物聯網技術在防控電子封條設計中的應用

韓笑，孔文樂

（1.廣東理工學院；2.廣東理工學院信息技術學院，廣東 肇慶 526100）

物聯網技術的進步催生了各類新型智能物聯網設備，為提升生產、物流、供應鏈等環節的信息化和智能化管理提供了有力支撐。防控電子封條作為一種新興的物聯網技術應用，通過融合多種核心技術實現對物品的精確定位跟蹤和環境監測，大幅提高了過程控制和管理的精細化水平。研究防控電子封條的應用和發展，對推動物聯網技術在實際場景中的應用落地具有重要意義。本文首先介紹防控電子封條的相關技術構成，然后分析典型的應用實例，最后從現狀和趨勢兩個維度探討該技術的發展，以期為行業提供可參考的知識框架和洞見。

1 物聯網技術在防控電子封條設計中的應用

1.1 RFID 技術（如圖1）

圖1 RFID 技術

RFID（射頻識別）技術在防控電子封條中起著重要作用。它通過無線電波實現遠程自動識別與跟蹤，提供遠程識別和防偽溯源能力。在系統設計中，選擇的RFID頻段影響標簽的識讀距離。LF 頻段（125 ～134kHz）識讀距離短，抗金屬干擾能力強；HF 頻段（13.56MHz）閱讀距離可達1m 左右，抗金屬干擾能力強，成本低；UHF頻段（860 ～960MHz）的識讀距離可達10m 以上，但抗金屬干擾能力較差。根據需求選擇合適的頻段，如物流監控用UHF 標簽，對抗金屬干擾需LF/HF 標簽。天線形狀、尺寸和布置影響讀取距離和可靠性，與封條材料相容性也需考慮。RFID 標簽需要安全可靠的芯片，支持密碼驗證、數據加密等防偽機制，提高系統安全性。通過合理選型與匹配設計，系統能滿足不同需求，具有抗干擾、長距離識讀和安全防偽能力。

1.2 傳感器技術

防控電子封條集成多種傳感器，實時監測運輸與存儲環境，提供歷史數據。常見傳感器有溫濕度、震動、光照和氣體傳感器。溫濕度傳感器監測重要，如食品運輸。TTL 接口溫濕度傳感器適合封條集成，體積小、成本低。集成震動傳感器采用微機電技術，檢測震動沖擊，尺寸小，可直接封條內。光照傳感器監測存放環境亮度。氣體傳感器用于監測特殊物品運輸，如電池中的氫氣。傳感器通過數字或模擬接口與封條電子標簽連接，實時傳輸數據。接口設計需考慮抗干擾性、易用性，數字接口如I2C、SPI 適合封條設計，成本低且易擴展。各類傳感器技術使防控電子封條能持續監測環境，實現過程控制，提供重要環境參數信息。

1.3 數字通信技術

防控電子封條需采用數字無線通信技術進行標簽數據遠程傳輸。在選擇通信技術時，要考慮傳輸距離、網絡覆蓋范圍和功耗等因素，以滿足應用需求。NB-IoT 是一種低功耗LPWAN 技術，其最大特點是低功耗，可達20uA 的待機電流，適用于防控電子封條的低功耗要求。此外，NB-IoT 網絡部署簡單，覆蓋范圍廣，基站成本低，已得到運營商支持?；谶@些特點，NB-IoT 非常適用于電池供電和大規模連接的防控電子封條應用。LoRa 也是一種具備長距離和低功耗特點的LPWAN 技術，但網絡部署復雜，需大量網關支持覆蓋，成本較高，不如NB-IoT適合商用。短距離無線技術ZigBee 具有超低功耗、網絡靈活、成本低等優勢，但傳輸距離有限。綜合考慮傳輸距離、網絡覆蓋范圍、成本等因素，NB-IoT 是防控電子封條數字無線通信的最佳選擇，具有長距離低功耗傳輸能力，廣泛網絡覆蓋，中等成本，標準化模塊，能為防控電子封條提供穩定可靠的無線數據傳輸支持。

1.4 云計算技術

云計算技術在防控電子封條解決方案中起著極為重要的作用，主要提供強大的后臺數據存儲、處理和分析功能。云平臺架構采用虛擬化技術，利用多臺服務器集群組建云服務器，實現高性能、高可用。平臺具有橫向可擴展的優勢，可以隨時擴充服務器提升處理能力，應對海量數據的存儲和計算需求。云平臺提供了標準化的Web API 接口，用于標簽數據的采集。標簽數據包括RFID 信息、GPS 定位、溫濕度、震動等多種傳感器參數，可以通過數字通信模塊以較高頻率定時推送到云服務器。接口采用RESTful 架構，基于HTTPS 通信，確保接口數據安全性。在存儲大規模標簽數據的基礎上，云平臺可以利用大數據分析技術開發數據應用。比如，通過挖掘標簽定位記錄，可以精確繪制物流路徑軌跡，進行運輸監控；通過統計分析環境傳感器數據可以發現，溫濕度異常情況，及時預警。大數據分析為防控電子封條的應用提供了有力支撐。此外，云平臺也采用了權限控制、數據隔離、加密等手段確保數據安全性。用戶只能訪問自己的數據，對服務器數據訪問實行細粒度權限控制并隔離，防止非法訪問。標簽與云平臺之間的通信使用SSL/TLS 等加密機制，防止數據泄露。為了防止數據丟失，云平臺還需要關注數據備份與災備措施，設置多地數據副本，制定災備預案與演練。綜上所述，云計算技術為防控電子封條提供可靠、安全、可擴展的后臺支撐，大數據分析也開啟了應用創新空間，是電子封條解決方案中不可或缺的關鍵技術。

2 設計案例分析

2.1 某快遞企業的防控電子封條設計

某快遞企業采用防控電子封條進行快件監控，實現精確定位跟蹤和環境監測。該方案中，電子封條采用全球通用的UHF RFID 標簽，并內置NB-IoT 通信模塊、溫濕度及震動傳感器，其公式為：

標簽數據通過NB-IoT 網絡實時傳輸到物聯網云平臺。云平臺實現海量標簽數據的處理和溯源分析。使用860 ～960MHz 頻段的UHF RFID 標簽，配置Impinj Monza4芯片，最大讀取距離可達10m，滿足快件跟蹤需要。標簽采用樹脂材質包裹，屏蔽金屬干擾。標簽數據包含唯一標識碼。集成Sensirion 公司的SHT30 數字溫濕度傳感器，測量范圍為-40 ～125℃，誤差±0.3℃；集成STM LIS2DW12 MEMS 數字震動傳感器，3 軸檢測，±2g/±4g/±8g 量程。采用中國移動的NB-IoT 通信模塊，性價比高，覆蓋范圍廣，單片機通過UART 接口控制NB 模塊工作，其公式為：

自主研發物聯網云平臺，提供HTTP RESTful 接口用于NB-IoT 標簽數據接收，并進行存儲、可視化顯示。利用大數據平臺進行快件軌跡分析。該防控電子封條解決方案實現了對快件全程的精確定位跟蹤，parseError率≤0.5%?？梢詫崟r監測快件在運輸過程中的溫濕度變化，有效防范快件損壞。大數據分析優化了配送路線，提高了快件派送效率15%。

2.2 某醫藥企業的防偽溯源電子封條設計

某醫藥企業在藥品包裝上應用防偽溯源電子封條，通過RFID 標簽、傳感器模塊采集數據，使用NB-IoT 網絡實時上傳到企業自主開發的區塊鏈云平臺，實現藥品從出廠到銷售的整個供應鏈可追溯，提高防偽溯源能力。該技術方案采用了13.56MHz HF 頻段RFID 標簽，配置NXP UCODE 7 系列芯片，讀取距離可達10cm，具備防碰撞優勢，可以應對高密度標簽的識讀。標簽與包裝全面貼合，防止被非法剝離。同時，集成了光敏傳感器，可以監測包裝是否被非法開啟，并實時上報光照變化情況，實現對非法打開的監測。為確保標簽數據傳輸，選用NB-IoT 通信模塊，其低功耗設計實現了10 年以上超長電池壽命，覆蓋廣泛，滿足標簽全程工作需要。在后臺方面，企業自主研發區塊鏈云平臺，采用去中心化賬本，確保標簽數據透明不可篡改，實現端到端的溯源與防偽。該平臺同時也具備存儲、處理海量標簽數據的高性能計算能力。平臺還向消費者提供了網頁和App 的查詢接口，可以掃碼查看藥品詳細的生產、運輸、銷售信息，溯源解析度達100%。通過防偽標簽、實時監控和區塊鏈溯源技術的結合，該方案可以有效防止藥品包裝被非法開啟，并實現全供應鏈的可追溯，大幅提升防偽性。

3 存在的問題和發展趨勢

3.1 存在的問題

當前，防控電子封條的制造成本還比較高，這主要是由于封條中所集成的射頻識別技術、各類傳感器技術以及數字無線通信技術等核心器件的成本較高所導致。其中尤以一些性能指標較高的技術模塊和先進的傳感器，由于制造工藝復雜，單價居高不下。這導致整個防控電子封條系統的成本居高，阻礙了該技術在各類物聯網應用中的廣泛推廣。要實現防控電子封條的大規模商業化應用，降低其成本是關鍵所在。目前，防控電子封條在技術設計和實現上，主要依賴射頻識別、傳感器采集以及無線數字通信等幾種核心技術的集成應用。但這些不同技術之間存在相對孤立，整體融合不夠深入。系統并沒有進行優化設計，無法實現技術單元間的深度協同。如果能在系統層面進行跨技術的融合創新，以及與封條應用場景的深度匹配，可以進一步提升技術的綜合性能和性價比。目前，防控電子封條技術融合仍有很大的提升空間。目前，業內在防控電子封條技術的各類接口標準、數據格式規范、信息系統對接協議等方面還沒有形成統一的標準。不同廠家的產品和解決方案存在差異，使得終端用戶在選擇和應用時缺乏標準依據，帶來一定的選擇困擾。這也不利于防控電子封條產業的快速健康發展。因此，亟需業內主要企業和行業組織共同推動標準的制定，形成技術規范體系，以利行業技術的統一。

3.2 發展趨勢

隨著射頻識別、傳感器、無線通信等物聯網核心技術的持續發展與進步，關鍵器件的技術水平不斷提高，產能規模效應逐漸顯現，器件的單價也在快速下降。因此，防控電子封條的成本還具有較大的下降空間，未來隨著核心技術的成熟，其成本優勢將更加明顯，商業競爭力也會大幅提升。通過對封條系統的深度優化，使封條中集成的射頻識別芯片、各類傳感器、微處理器和數字通信模組等能夠實現深度匹配與融合創新，將是防控電子封條技術發展的必然方向。深入挖掘不同技術間的協同效應，可以顯著提高系統的性能和增值性。隨著防控電子封條技術的應用不斷拓展，相關行業企業和組織機構將積極推動行業規范的制定。通過行業共識和技術積累，未來可能會形成統一的防控電子封條技術標準體系，推動產業更快發展。

4 結語

防控電子封條技術是基于物聯網技術為核心的新型智能化標簽技術，其應用為提高物流、供應鏈等領域的過程式監控提供了重要支撐。當前，該技術主要通過RFID、各類傳感器、數字無線通信和云計算技術的有機融合實現。其應用案例表明，防控電子封條能夠實現實時精確定位跟蹤和環境監測，大幅提高防偽溯源和過程監控的效率。但是，該技術也存在成本較高、技術融合不足以及標準不統一等問題亟待解決。展望未來，隨著核心器件技術進步和規模效應出現，防控電子封條成本將大幅下降；通過深度的系統優化設計，不同技術之間將實現更好的融合創新；行業標準的建立也將有助于應用推廣。