RFID技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

　　0　前言

　　無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)( Radio Frequency Identification RFID ) 是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)， 通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)須人工干預(yù)。與傳統(tǒng)的條形碼、磁條、磁卡、IC卡等自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比，RFID 技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、識(shí)別距離遠(yuǎn)、儲(chǔ)存信息量大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，能更好的保證器具的安全性。

　　“民以食為天， 食以安為先”食品的安全問(wèn)題，越來(lái)越讓人們關(guān)心將來(lái)能否“ 放心的吃”。食品的安全性關(guān)系到人民的健康， 社會(huì)的穩(wěn)定， 尤其是我國(guó)加入WTO 之后，食品的安全問(wèn)題更是關(guān)系到我國(guó)的對(duì)外貿(mào)易。所以，在科技高度發(fā)達(dá)的今天，如何保證食品的安全性，該問(wèn)題已經(jīng)成為執(zhí)法、公正、研究部門、執(zhí)法部門、生產(chǎn)流通部門等方面關(guān)注的重要課題。而無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是2 1 世紀(jì)的重要技術(shù)，它已逐漸成為優(yōu)化食品生產(chǎn)、確保食品安全的重要手段，并在食品加工生產(chǎn)、跟蹤溯源、生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化、防偽等方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　1 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)及原理

　　RFID 系統(tǒng)必須需要具備2種關(guān)鍵能力，首先是自動(dòng)識(shí)別、數(shù)據(jù)讀寫能力；其次是能滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理能力。一般RFID 系統(tǒng)的以下3個(gè)基本部件組成：

　　1. 1　電子標(biāo)簽

　　一般由芯片以及耦合元器件組成， 主要功能是完成與讀/ 寫器的通信。與條碼、磁卡、IC卡等同期或早期的識(shí)別技術(shù)相比， 射頻識(shí)別卡具有非接觸、工作距離長(zhǎng)、適于惡劣環(huán)境、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。

　　按照能量供給方式的不同，RFID 標(biāo)簽可以分為被動(dòng)標(biāo)簽、半主動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽，其中半主動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽中芯片的能量由電子標(biāo)簽所附的電池提供，主動(dòng)標(biāo)簽可以主動(dòng)發(fā)出射頻信號(hào)。而按照工作頻率的不同，RFID 標(biāo)簽可以分為微波、超高頻( UFH) 、高頻( HF ) 和低頻（LF）等不同種類。不同頻段的RFID 工作原理不同，微波和超高頻段的RFID 一般采用電磁發(fā)射原理，高頻和低頻段的RFID 電子標(biāo)簽一般采用電磁耦合原理。

　　1. 2　讀寫器

　　讀寫器是用于讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備。RFID 讀寫器是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)， 并接收標(biāo)簽的應(yīng)答， 對(duì)標(biāo)簽的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶標(biāo)簽上其他相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。

　　在多數(shù)RFID 系統(tǒng)中，讀寫器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波( 區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸) ?？ㄆ瑑?nèi)有一個(gè)LC 串聯(lián)諧振電路，頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過(guò)這個(gè)區(qū)域時(shí)，在電磁波的激勵(lì)下，LC 諧振電路產(chǎn)生共振， 從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個(gè)電容的另一端， 接有一個(gè)單向通道的電子泵，將電容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V 時(shí)，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來(lái)決定數(shù)據(jù)的有效性，然后，通過(guò)RS232 、RS422 、RS485 或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單的RFID 產(chǎn)品就是一種非接觸的IC 卡，而復(fù)雜的RFID產(chǎn)品能和外部傳感器接口連接來(lái)測(cè)量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與GP S 系統(tǒng)連接來(lái)跟蹤物體。

　　1. 3　數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)

　　讀寫器發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)， 當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流， 射頻卡獲得能量被激活，射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)卡內(nèi)置發(fā)送出去，系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
　　無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是利用射頻信號(hào)和空間耦合的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)由讀寫器( 閱讀器，讀頭，Reader ) 、電子標(biāo)簽( Tag ) 和數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)三個(gè)部分組成。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的原理是：閱讀器在可閱讀的范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)能量場(chǎng)以激勵(lì)電子標(biāo)簽， 當(dāng)附有電子標(biāo)簽的食品進(jìn)入這個(gè)距離范圍時(shí)，閱讀器將受控發(fā)射出微波查詢信號(hào)， 而電子標(biāo)簽受到閱讀器的信號(hào)后，將信號(hào)與標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息合成一體反射回閱讀器，反射回的微波合成信號(hào)，已經(jīng)攜帶有電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)信息，閱讀器接收到標(biāo)簽反射回來(lái)的微波信號(hào)后，經(jīng)閱讀器內(nèi)部微處理器處理后即可將標(biāo)簽內(nèi)儲(chǔ)存的信息讀取出來(lái)。

　　2　無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)在食品中的應(yīng)用

　　隨著人民食品安全意識(shí)的增強(qiáng)，政府部門對(duì)食品安全的重視，新聞媒體對(duì)安全事故的曝光，使食品安全問(wèn)題變的日趨嚴(yán)峻。食品直接關(guān)系著人們的身體健康，除建立一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用以規(guī)范食品生產(chǎn)加工和銷售過(guò)程外，還需要采用高科技手段對(duì)食品安全進(jìn)行管理。將RFID 技術(shù)應(yīng)用于食品行業(yè)可以有效地確保信息采集的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，提高食品安全和監(jiān)控管理的水平，協(xié)調(diào)食品鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，增加了人們對(duì)食品了解的透明度，確保了食品的安全行。RFID 技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用主要有一下幾個(gè)方面：

　　2. 1　RFID技術(shù)在食品防偽方面的應(yīng)用

　　由于目前我國(guó)法制的不健全，市場(chǎng)不規(guī)范，國(guó)內(nèi)外一些不法分子為牟取暴利，專門仿冒名優(yōu)產(chǎn)品，以次充好，以假亂真，形成了一定的假冒偽劣商品市場(chǎng)，嚴(yán)重?cái)_亂了社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)秩序，偽劣食品中以名酒、保健品、名優(yōu)特產(chǎn)居多。利用RFID射頻識(shí)別技術(shù)防偽，與其他防偽技術(shù)如數(shù)字防偽、激光防偽等技術(shù)相比，RFID 的優(yōu)點(diǎn)在于：每個(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)全球唯一的ID 號(hào)碼，且無(wú)法修改和仿造；無(wú)機(jī)械磨損，防磁性、防污損和防水；RFID的讀寫器具有不直接對(duì)最終用戶開(kāi)放的物理接口，保證其自身的安全性；讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證的過(guò)程；且RFID能耐高溫，使用壽命長(zhǎng)，存儲(chǔ)量也比較大；標(biāo)簽容易集成進(jìn)各種商品里，可大大提高偽造者造假的難度和成本。

　　在美國(guó)加州，Sea Smoke Cellars 葡萄酒廠把RFID 的標(biāo)簽貼在酒桶上然后追尋酒的信息，防止竄貨等。

　　中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所RFID 研究中心研制出了針對(duì)酒類的RFID 防偽系統(tǒng)，該系統(tǒng)由特殊設(shè)計(jì)的瓶蓋和瓶體、通信網(wǎng)絡(luò)、RFID 讀寫器和防偽數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成。

　　2. 2　RFID技術(shù)用于食品的跟蹤和溯源

　　歐盟《通用食品法》界定的可溯源性概念為：在所有生產(chǎn)、加工和銷售階段溯源和跟蹤預(yù)期加進(jìn)食品或飼料的食品、飼料、食品動(dòng)物或物質(zhì)的能力。食品安全追溯系統(tǒng)就是利用現(xiàn)代信息標(biāo)識(shí)技術(shù)， 過(guò)對(duì)食品供應(yīng)鏈全過(guò)程的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的標(biāo)識(shí)，供應(yīng)鏈中食品原料、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程的質(zhì)量控制和跟蹤與溯源，信息流與實(shí)物流系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)，一旦發(fā)現(xiàn)危害健康問(wèn)題，根據(jù)生產(chǎn)和銷售全過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)所必須記載的信息，追蹤流向，采取食品召回或撤銷上市等食品安全應(yīng)急反應(yīng)措施。

　　食品的跟蹤和溯源是RFID 技術(shù)在食品行業(yè)中的主要應(yīng)用方面。應(yīng)用RFID 系統(tǒng)可確保食品供應(yīng)鏈的高質(zhì)量數(shù)據(jù)交流，徹底實(shí)施“源頭” 食品追蹤方案和在食品供應(yīng)鏈中提供完全透明度的能力。RFID 系統(tǒng)可提供食品鏈中食品與來(lái)源之間的聯(lián)系，確保食品源的清晰， 以追蹤到具體的動(dòng)物或植物及農(nóng)場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)“從農(nóng)田到餐桌”的質(zhì)量監(jiān)控和追溯。

　　近年來(lái)，世界上相繼發(fā)生的諸多危及人身健康的畜禽及其產(chǎn)品的食品安全事件， 如英國(guó)的“瘋牛病事件”，比利時(shí)“二惡英事件”，日本的“O157暴發(fā)流行事件”、“ 口蹄疫事件”以及2003 年的“SARS 事件”和2004 年波及多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的“禽流感事件”等。一系列大的肉與肉制品安全性事件，產(chǎn)生的損失相當(dāng)巨大，造成的后果也十分嚴(yán)重。

　　美國(guó)政府規(guī)定食用牛必須配帶電子標(biāo)簽。采用RFID 技術(shù)對(duì)畜禽進(jìn)行跟蹤，獲得食品供應(yīng)鏈中肉類食品與其動(dòng)物來(lái)源之間的聯(lián)系， 可以追查到肉類食品的來(lái)源，達(dá)到為人們提供放心食品的目的。

　　北京市食品安全監(jiān)督協(xié)調(diào)辦公室2006 年提出在重點(diǎn)養(yǎng)殖基地通過(guò)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)品佩帶耳標(biāo)、腳標(biāo)，在屠宰、生產(chǎn)和流通個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)用RFID 技術(shù)、以實(shí)現(xiàn)畜產(chǎn)品養(yǎng)殖、收購(gòu)、屠宰、分割、運(yùn)輸、銷售的信息進(jìn)行記錄， 形成追朔檔案，以便跟蹤。

　　上海市建立了基于RFID 技術(shù)的豬肉監(jiān)控系統(tǒng)，在豬耳上打上電子射頻耳標(biāo)記錄生豬的飼料、病歷、喂藥、轉(zhuǎn)群、檢疫等信息。在進(jìn)入主要市境道口和屠宰場(chǎng)使用RFID卡進(jìn)行“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”監(jiān)管，確保生豬進(jìn)入指定的屠宰場(chǎng)。在批發(fā)市場(chǎng)， 通過(guò)電子標(biāo)簽，記錄進(jìn)場(chǎng)交易的豬肉的來(lái)源地、交易時(shí)間、食用農(nóng)產(chǎn)品安全檢測(cè)結(jié)果。

　　2. 3　RFID技術(shù)用于食品品質(zhì)監(jiān)控

　　在食品的加工和儲(chǔ)藏中，溫、濕度、時(shí)間等因素對(duì)食品品質(zhì)影響很大，記錄分析這些因素就顯得十分重要。將RFID 技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，可以感知周圍物品和環(huán)境的溫度、濕度和光照等狀態(tài)信息， 可利用無(wú)線通信技術(shù)方便地把這些狀態(tài)信息及其變化傳遞出來(lái)。

　　Fresh Alert 公司則將溫度傳感器和定時(shí)器內(nèi)置于RFID 標(biāo)簽中，從而能夠在食品腐爛無(wú)法食用時(shí)發(fā)出信號(hào)。

　　北美最大的食品服務(wù)營(yíng)銷和分配組織SYSCO公司已經(jīng)完成低溫儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的無(wú)線射頻和傳感系統(tǒng)測(cè)試，表明RFID 技術(shù)在食品運(yùn)輸過(guò)程中具有監(jiān)控溫度和環(huán)境條件的能力。

　　日本NTT 公司開(kāi)展了使用RFID 技術(shù)保持酒質(zhì)新鮮的試驗(yàn)， 通過(guò)監(jiān)控運(yùn)輸過(guò)程中的溫度變化來(lái)掌握米酒的品質(zhì)變化。

　　2. 4　RFID技術(shù)用于食品的物流管理

　　為了保證食品在運(yùn)輸流通中不會(huì)被誤送或丟失，或者為了降低物流成本，提高運(yùn)輸?shù)男剩枰獙?duì)整個(gè)物流過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和管理。將RFID 技術(shù)應(yīng)用到食品的物流管理系統(tǒng)中，可以充分發(fā)揮它遠(yuǎn)距離識(shí)別、多標(biāo)簽同時(shí)處理的特點(diǎn)，大大的提高食品的分揀能力、處理速度以及準(zhǔn)確性， 降低因誤送或丟失而引起的巨額損失。此外，在進(jìn)行重要物資或危險(xiǎn)品跟蹤， 或者在許多物品中查找某件定物品時(shí)，應(yīng)用RFID 技術(shù)也可以大大的提高工作的效率。運(yùn)輸企業(yè)和銷售企業(yè)還可以通過(guò)無(wú)限射頻識(shí)別技術(shù)掌握貨物的最新位置， 并可防止盜竊、調(diào)包等問(wèn)題。

　　加拿大阿特拉斯冷凍倉(cāng)儲(chǔ)集團(tuán)在其食品物流冷鏈在低溫環(huán)境中廣泛使用RFID 系統(tǒng)，不僅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大幅度提高了效率，促進(jìn)了食品冷庫(kù)和冷鏈經(jīng)營(yíng)管理的一體化。

　　澳大利亞Moraitis 公司已采用RFID系統(tǒng)替代條形碼管理其溶液培養(yǎng)番茄的運(yùn)輸銷售，該系統(tǒng)能夠?yàn)楣咎峁┚_的數(shù)據(jù)，包括包裝的時(shí)間、地點(diǎn)、包裝日期以及品質(zhì)、類別及大小等

　　5年上海五豐上市公司投入運(yùn)行了RFID屠宰實(shí)施上產(chǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)生豬進(jìn)行標(biāo)識(shí)和相關(guān)數(shù)據(jù)的加載，實(shí)現(xiàn)屠宰上產(chǎn)全過(guò)程的數(shù)據(jù)采集和信息管理， 讓生產(chǎn)管理者及時(shí)掌握與了解產(chǎn)品的生產(chǎn)及質(zhì)量狀況。

　　2. 5 　RFID技術(shù)在其他方面的應(yīng)用

　　此外，RFID 技術(shù)可用于加工對(duì)象和加工工位的控制，保證產(chǎn)品的精確配方精細(xì)控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量；RFID 技術(shù)還可以快速查明產(chǎn)品不合格的原因，及時(shí)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量；RFID 技術(shù)還可以用在飼養(yǎng)業(yè)上，可以用來(lái)標(biāo)識(shí)動(dòng)物、記錄和控制瘟疫等，主要有項(xiàng)圈電子標(biāo)簽、鈕扣式電子耳標(biāo)、耳部注射式電子標(biāo)簽以及通過(guò)食道放置的瘤胃電子標(biāo)簽等方式來(lái)記錄動(dòng)物的信息。

　　3　RFID技術(shù)前景展望

　　RFID技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速，它可以應(yīng)用到食品領(lǐng)域中的多個(gè)環(huán)節(jié)中，可確保的食品的安全， 有效控制食源性疾病的爆發(fā)，排除我國(guó)食品進(jìn)出口一些法律法規(guī)的限制，為食品品行業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保障。RFID是一項(xiàng)蓬勃發(fā)展的技術(shù)，有著巨大的市場(chǎng)潛力。我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用還處于初級(jí)發(fā)展階段，但隨著技術(shù)提高，成本和價(jià)格下降，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，前景也是非常誘人的。