物联网应用于食品质量监控的自动化和信息化
2022-06-09
摘 要：时间—温度指示标签（TTI）能够指示时间和温度的累积效应。而无线射频识别技术（RFID）是食品物流信息化的重要手段。本文探讨将RFID技术与时间—温度指示标签（TTI）结合在一起，监控物联网中的食品质量。
关键词：RFID；TTI；食品质量；物联网
食品质量与人民的生活息息相关，在食品流通过程中，随着环境温度的变化和储存时间的延长，食品质量会下降，甚至不宜食用。快速准确判定食品质量，对保障食品安全具有重大的意义。时间—温度指示标签能够指示时间和温度的累积效应，预测食品安全风险，显示食品是否变质。而无线射频识别技术（RFID）在食品加工生产、跟踪、溯源、防伪、监控和自动化管理等方面得到了广泛应用。RFID技术与时间—温度指示标签能否结合在一起，监控物联网中的食品质量呢？
1 RFID技术及原理
无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种应用电磁波频谱，以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定识别信息的网络系统。RFID系统主要包括读写器和电子标签，其他部分，如主机、信号发射机、信号接收机、发射接收天线等，可根据具体应用情况，有选择的配备。
电子标签进人磁场后，如果接收到读写器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，读写器读取到电子标签所发送的信息并解码后，送至中央信息系统进行数据处理。RFID技术中主要应用在防伪、跟踪与溯源、物流管理三个方面。
2 TTI技术与原理
2.1 TTI的概念
时间—温度指示器（Time-Temperature Indicator或Time Temperature Indicator integrator，简称TTI）是能够通过颜色变化或数字显示受监控食品所经历温度和时间共同累积效应引起的质量变化，显示食品是否变质的质量监控器，可以对食品整个货架期中的一些关键参数进行监控和记录，指示食品的温度变化历程和剩余货架信息，在现代食品物流与质量监管中发挥了重要作用。TTI的应用越来越广泛，美军在快餐口粮食品上已经应用专利“牛眼”标签。由于快餐口粮保质期在热区和寒区环境下相差数倍，通过TTI实时跟踪经历的温度一时间，指示其质量变化，能够显著提高经济效益。
2.2 TTI的工作原理
为什么TTI能够指示食品质量变化呢？这是基于化学反应速率理论—分子碰撞理论，即化学反应速率与温度的关系符合Arrhenius方程运算：
k=Aexp-Ea/RT（指数式）。
k为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为活化能，A为指前因子（也称频率因子）。
Arrhenius关系式是反映食品质量与时间、温度函数关系的数学模型。如经过这种理论模型推算，美快餐口粮（MRE）在16℃恒温环境下保质期为12.5年，而40℃环境下保质期仅2年。
TTI可应用于两个方面：一是作为仓库管理的巡回检测工具，实时监控食品质量。二是作为食品包装箱上的保质期标签。每个包装箱上的TTI是一个活性的货架期智能标签，有助于快速准确判定箱内食品是否适宜食用，对保障食品安全具有十分重要的意义。
3 基于RFID技术的TTI
RFID和TTI相结合它能够在完成物资身份识别的同时，对物资所处环境温度进行测量和记录，判断物资在物联网中的温度是否超出允许范围，以此实现质量全过程可追溯。
基于RFID技术的TTI主要由芯片和天线组成，可定时检测温度、接收和传送数据。核心是含有IC芯片的射频电路和TTI电子传感器，通过读取智能标签中的数据传送给计算机网络，从而使管理人员得到商品的质量信息。传感器与测温终端之间采用无线通讯GPRS，按预定间隔时间自动连续发射监测点的温度数据，发现异常立即报警。同时，系统具有趋势分析功能，对温度数据作长时间记录，并实时进行分析。对温度变化呈现逐步升高的监测点，可在温度达到上限之前进行预警，把故障消除在萌芽状态。
4 基于RFID技术TTI的应用展望
基于RFID技术TTI的应用一般有两种模式，一种是在每个物流环节一次性上传时间—温度数据，分环节监控物品质量；另一种是通过GPRS实时传输数据。目前包含记录温度传感器的RFID标签已经实现产业化，价格为15-25美元。而RFID温度一时间指示标签单个成本在250美元以上，监控最长时间目前只有100天，无法满足食品监控要求，距离产业化尚有一定距离。随着技术更新的加快，结合TTI的RFID标签、解读器及相应外围设备价格将会越来越低，而且结合TTI的RFID标签具有可重复利用的特性，单次使用成本完全可以降到可接受的水平，因此，未来完全能够实现物联网中食品质量监控的自动化和信息化。
[参考文献]
[1]李梦寻，刘宏志.基于物联网的食品安全监理模型研究[J].北京工商大学学报（自然科学版），2011，29（2）：54-58.
[2]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，23（12）：1-7.
[3]吴俊.应用物联网技术提高食品安全探究[J].电脑知识与技术，2011，7（17）：4207-4208.
关键词：RFID；TTI；食品质量；物联网
食品质量与人民的生活息息相关，在食品流通过程中，随着环境温度的变化和储存时间的延长，食品质量会下降，甚至不宜食用。快速准确判定食品质量，对保障食品安全具有重大的意义。时间—温度指示标签能够指示时间和温度的累积效应，预测食品安全风险，显示食品是否变质。而无线射频识别技术（RFID）在食品加工生产、跟踪、溯源、防伪、监控和自动化管理等方面得到了广泛应用。RFID技术与时间—温度指示标签能否结合在一起，监控物联网中的食品质量呢？
1 RFID技术及原理
无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种应用电磁波频谱，以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定识别信息的网络系统。RFID系统主要包括读写器和电子标签，其他部分，如主机、信号发射机、信号接收机、发射接收天线等，可根据具体应用情况，有选择的配备。
电子标签进人磁场后，如果接收到读写器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，读写器读取到电子标签所发送的信息并解码后，送至中央信息系统进行数据处理。RFID技术中主要应用在防伪、跟踪与溯源、物流管理三个方面。
2 TTI技术与原理
2.1 TTI的概念
时间—温度指示器（Time-Temperature Indicator或Time Temperature Indicator integrator，简称TTI）是能够通过颜色变化或数字显示受监控食品所经历温度和时间共同累积效应引起的质量变化，显示食品是否变质的质量监控器，可以对食品整个货架期中的一些关键参数进行监控和记录，指示食品的温度变化历程和剩余货架信息，在现代食品物流与质量监管中发挥了重要作用。TTI的应用越来越广泛，美军在快餐口粮食品上已经应用专利“牛眼”标签。由于快餐口粮保质期在热区和寒区环境下相差数倍，通过TTI实时跟踪经历的温度一时间，指示其质量变化，能够显著提高经济效益。
2.2 TTI的工作原理
为什么TTI能够指示食品质量变化呢？这是基于化学反应速率理论—分子碰撞理论，即化学反应速率与温度的关系符合Arrhenius方程运算：
k=Aexp-Ea/RT（指数式）。
k为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为活化能，A为指前因子（也称频率因子）。
Arrhenius关系式是反映食品质量与时间、温度函数关系的数学模型。如经过这种理论模型推算，美快餐口粮（MRE）在16℃恒温环境下保质期为12.5年，而40℃环境下保质期仅2年。
TTI可应用于两个方面：一是作为仓库管理的巡回检测工具，实时监控食品质量。二是作为食品包装箱上的保质期标签。每个包装箱上的TTI是一个活性的货架期智能标签，有助于快速准确判定箱内食品是否适宜食用，对保障食品安全具有十分重要的意义。
3 基于RFID技术的TTI
RFID和TTI相结合它能够在完成物资身份识别的同时，对物资所处环境温度进行测量和记录，判断物资在物联网中的温度是否超出允许范围，以此实现质量全过程可追溯。
基于RFID技术的TTI主要由芯片和天线组成，可定时检测温度、接收和传送数据。核心是含有IC芯片的射频电路和TTI电子传感器，通过读取智能标签中的数据传送给计算机网络，从而使管理人员得到商品的质量信息。传感器与测温终端之间采用无线通讯GPRS，按预定间隔时间自动连续发射监测点的温度数据，发现异常立即报警。同时，系统具有趋势分析功能，对温度数据作长时间记录，并实时进行分析。对温度变化呈现逐步升高的监测点，可在温度达到上限之前进行预警，把故障消除在萌芽状态。
4 基于RFID技术TTI的应用展望
基于RFID技术TTI的应用一般有两种模式，一种是在每个物流环节一次性上传时间—温度数据，分环节监控物品质量；另一种是通过GPRS实时传输数据。目前包含记录温度传感器的RFID标签已经实现产业化，价格为15-25美元。而RFID温度一时间指示标签单个成本在250美元以上，监控最长时间目前只有100天，无法满足食品监控要求，距离产业化尚有一定距离。随着技术更新的加快，结合TTI的RFID标签、解读器及相应外围设备价格将会越来越低，而且结合TTI的RFID标签具有可重复利用的特性，单次使用成本完全可以降到可接受的水平，因此，未来完全能够实现物联网中食品质量监控的自动化和信息化。
[参考文献]
[1]李梦寻，刘宏志.基于物联网的食品安全监理模型研究[J].北京工商大学学报（自然科学版），2011，29（2）：54-58.
[2]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，23（12）：1-7.
[3]吴俊.应用物联网技术提高食品安全探究[J].电脑知识与技术，2011，7（17）：4207-4208.