物聯(lián)網(wǎng)應用于食品質(zhì)量監(jiān)控的自動化和信息化

郭麗娟

摘 要：時間—溫度指示標簽（TTI）能夠指示時間和溫度的累積效應。而無線射頻識別技術（RFID）是食品物流信息化的重要手段。本文探討將RFID技術與時間—溫度指示標簽（TTI）結合在一起，監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)中的食品質(zhì)量。

關鍵詞：RFID；TTI；食品質(zhì)量；物聯(lián)網(wǎng)

食品質(zhì)量與人民的生活息息相關，在食品流通過程中，隨著環(huán)境溫度的變化和儲存時間的延長，食品質(zhì)量會下降，甚至不宜食用?？焖贉蚀_判定食品質(zhì)量，對保障食品安全具有重大的意義。時間—溫度指示標簽能夠指示時間和溫度的累積效應，預測食品安全風險，顯示食品是否變質(zhì)。而無線射頻識別技術（RFID）在食品加工生產(chǎn)、跟蹤、溯源、防偽、監(jiān)控和自動化管理等方面得到了廣泛應用。RFID技術與時間—溫度指示標簽能否結合在一起，監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)中的食品質(zhì)量呢？

1 RFID技術及原理

無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是一種應用電磁波頻譜，以非接觸、無視覺、高可靠的方式傳遞特定識別信息的網(wǎng)絡系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)主要包括讀寫器和電子標簽，其他部分，如主機、信號發(fā)射機、信號接收機、發(fā)射接收天線等，可根據(jù)具體應用情況，有選擇的配備。

電子標簽進人磁場后，如果接收到讀寫器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，讀寫器讀取到電子標簽所發(fā)送的信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。RFID技術中主要應用在防偽、跟蹤與溯源、物流管理三個方面。

2 TTI技術與原理

2.1 TTI的概念

時間—溫度指示器（Time-Temperature Indicator或Time Temperature Indicator integrator，簡稱TTI）是能夠通過顏色變化或數(shù)字顯示受監(jiān)控食品所經(jīng)歷溫度和時間共同累積效應引起的質(zhì)量變化，顯示食品是否變質(zhì)的質(zhì)量監(jiān)控器，可以對食品整個貨架期中的一些關鍵參數(shù)進行監(jiān)控和記錄，指示食品的溫度變化歷程和剩余貨架信息，在現(xiàn)代食品物流與質(zhì)量監(jiān)管中發(fā)揮了重要作用。TTI的應用越來越廣泛，美軍在快餐口糧食品上已經(jīng)應用專利“牛眼”標簽。由于快餐口糧保質(zhì)期在熱區(qū)和寒區(qū)環(huán)境下相差數(shù)倍，通過TTI實時跟蹤經(jīng)歷的溫度一時間，指示其質(zhì)量變化，能夠顯著提高經(jīng)濟效益。

2.2 TTI的工作原理

為什么TTI能夠指示食品質(zhì)量變化呢？這是基于化學反應速率理論—分子碰撞理論，即化學反應速率與溫度的關系符合Arrhenius方程運算：

k=Aexp-Ea/RT（指數(shù)式）。

k為速率常數(shù)，R為摩爾氣體常量，T為熱力學溫度，Ea為活化能，A為指前因子（也稱頻率因子）。

Arrhenius關系式是反映食品質(zhì)量與時間、溫度函數(shù)關系的數(shù)學模型。如經(jīng)過這種理論模型推算，美快餐口糧（MRE）在16℃恒溫環(huán)境下保質(zhì)期為12.5年，而40℃環(huán)境下保質(zhì)期僅2年。

TTI可應用于兩個方面：一是作為倉庫管理的巡回檢測工具，實時監(jiān)控食品質(zhì)量。二是作為食品包裝箱上的保質(zhì)期標簽。每個包裝箱上的TTI是一個活性的貨架期智能標簽，有助于快速準確判定箱內(nèi)食品是否適宜食用，對保障食品安全具有十分重要的意義。

3 基于RFID技術的TTI

RFID和TTI相結合它能夠在完成物資身份識別的同時，對物資所處環(huán)境溫度進行測量和記錄，判斷物資在物聯(lián)網(wǎng)中的溫度是否超出允許范圍，以此實現(xiàn)質(zhì)量全過程可追溯。

基于RFID技術的TTI主要由芯片和天線組成，可定時檢測溫度、接收和傳送數(shù)據(jù)。核心是含有IC芯片的射頻電路和TTI電子傳感器，通過讀取智能標簽中的數(shù)據(jù)傳送給計算機網(wǎng)絡，從而使管理人員得到商品的質(zhì)量信息。傳感器與測溫終端之間采用無線通訊GPRS，按預定間隔時間自動連續(xù)發(fā)射監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常立即報警。同時，系統(tǒng)具有趨勢分析功能，對溫度數(shù)據(jù)作長時間記錄，并實時進行分析。對溫度變化呈現(xiàn)逐步升高的監(jiān)測點，可在溫度達到上限之前進行預警，把故障消除在萌芽狀態(tài)。

4 基于RFID技術TTI的應用展望

基于RFID技術TTI的應用一般有兩種模式，一種是在每個物流環(huán)節(jié)一次性上傳時間—溫度數(shù)據(jù)，分環(huán)節(jié)監(jiān)控物品質(zhì)量；另一種是通過GPRS實時傳輸數(shù)據(jù)。目前包含記錄溫度傳感器的RFID標簽已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，價格為15-25美元。而RFID溫度一時間指示標簽單個成本在250美元以上，監(jiān)控最長時間目前只有100天，無法滿足食品監(jiān)控要求，距離產(chǎn)業(yè)化尚有一定距離。隨著技術更新的加快，結合TTI的RFID標簽、解讀器及相應外圍設備價格將會越來越低，而且結合TTI的RFID標簽具有可重復利用的特性，單次使用成本完全可以降到可接受的水平，因此，未來完全能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中食品質(zhì)量監(jiān)控的自動化和信息化。

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