物聯網應用于食品質量監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，監控物聯網中的食品質量。

關鍵詞：RFID；TTI；食品質量；物聯網

食品質量與人民的生活息息相關，在食品流通過程中，隨著環境溫度的變化和儲存時間的延長，食品質量會下降，甚至不宜食用。快速準確判定食品質量，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。而無線射頻識別技術（RFID）在食品加工生產、跟蹤、溯源、防偽、監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，監控物聯網中的食品質量呢？

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絡系統。RFID系統主要包括讀寫器和電子標簽，其他部分，如主機、信號發射機、信號接收機、發射接收天線等，可根據具體應用情況，有選擇的配備。

電子標簽進人磁場后，如果接收到讀寫器發出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，讀寫器讀取到電子標簽所發送的信息并解碼后，送至中央信息系統進行數據處理。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字顯示受監控食品所經歷溫度和時間共同累積效應引起的質量變化，顯示食品是否變質的質量監控器，可以對食品整個貨架期中的一些關鍵參數進行監控和記錄，指示食品的溫度變化歷程和剩余貨架信息，在現代食品物流與質量監管中發揮了重要作用。TTI的應用越來越廣泛，美軍在快餐口糧食品上已經應用專利“牛眼”標簽。由于快餐口糧保質期在熱區和寒區環境下相差數倍，通過TTI實時跟蹤經歷的溫度一時間，指示其質量變化，能夠顯著提高經濟效益。

2.2 TTI的工作原理

為什么TTI能夠指示食品質量變化呢？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（指數式）。

k為速率常數，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量與時間、溫度函數關系的數學模型。如經過這種理論模型推算，美快餐口糧（MRE）在16℃恒溫環境下保質期為12.5年，而40℃環境下保質期僅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，實時監控食品質量。二是作為食品包裝箱上的保質期標簽。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，對物資所處環境溫度進行測量和記錄，判斷物資在物聯網中的溫度是否超出允許范圍，以此實現質量全過程可追溯。

基于RFID技術的TTI主要由芯片和天線組成，可定時檢測溫度、接收和傳送數據。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據傳送給計算機網絡，從而使管理人員得到商品的質量信息。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發射監測點的溫度數據，發現異常立即報警。同時，系統具有趨勢分析功能，對溫度數據作長時間記錄，并實時進行分析。對溫度變化呈現逐步升高的監測點，可在溫度達到上限之前進行預警，把故障消除在萌芽狀態。

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節一次性上傳時間—溫度數據，分環節監控物品質量；另一種是通過GPRS實時傳輸數據。目前包含記錄溫度傳感器的RFID標簽已經實現產業化，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，監控最長時間目前只有100天，無法滿足食品監控要求，距離產業化尚有一定距離。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，未來完全能夠實現物聯網中食品質量監控的自動化和信息化。

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