．RFID 技術在食品工業中的應用

Food & Beverage Industry RFID Logistics System

來源：萬方數據作者：安曉霞

RFID 是一種非接觸式的自動辨識技術，透過射頻信號自動辨識目標對象，並獲取相關數據，無須人工干預。與傳統的條碼、磁條、磁卡、IC 卡等自動辨識技術相比，RFID 技術具有自動化程度高、辨識距離遠、儲存資料量大、環境適應性強等優點，而且RFID 技術實現了無源和免接觸操作，應用便利，無機械磨損，壽命長，能更好的保證器具的安全性。

「民以食為天，食以安為先」食品的安全問題，越來越讓人們關心將來能否「放心的吃」。食品的安全性關係到人民的健康，社會的穩定，尤其是加入 WTO 之後，食品的安全問題更是關係到對外的貿易。

所以，在科技高度發達的今天，如何保證食品的安全性，該問題已經成為執法、公正、研究部門、執法部門、生產流通部門等方面，關注的重要課題。

而無線射頻辨識技術是 21 世紀的重要技術，它已逐漸成為優化食品生產、確保食品安全的重要手段，並在食品加工生產、跟蹤溯源、生產過程優化、防偽等方面得到了越來越廣泛的應用。

1 無線射頻辨識技術及原理

RFID 系統必須需要具備 2 種關鍵能力，首先是自動辨識、數據讀寫能力；其次是能滿足數據儲存，和數據轉換的數據處理能力。一般 RFID 系統的以下 3 個基本組件的組成：

1.1 電子標籤

一般由晶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 卡等同期或早期的辨識技術相比，射頻辨識卡具有非接觸、工作距離長、適於惡劣環境、可識別運動目標等優點。

按照能量供給方式的不同，RFID 標籤可以分為被動標籤、半主動標籤和主動標籤，其中半主動標籤和主動標籤中，晶片的能量由電子標籤所附的電池提供，主動標籤可以主動發出射頻信號。

而按照工作頻率的不同，RFID 標籤可以分為微波、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 一般採用電磁發射原理，高頻和低頻段的 RFID 電子標籤一般採用電磁耦合原理。

1.2 讀寫器

讀寫器是用於讀取標籤資訊的設備。RFID 讀寫器是控制射頻模組，向標籤發射讀取信號，並接收標籤的應答，對標籤的對象標識資訊進行解碼，將對象標識資訊，連帶標籤上其他相關資訊，傳輸到主機以供處理。

在多數 RFID 系統中，讀寫器在一個區域內發射電磁波( 區域大小取決於工作頻率和天線尺寸) 。卡片內有一個 LC 串聯諧振電路、頻率與讀寫器發射的頻率相同。當射頻卡經過這個區域時，在電磁波的激勵下，LC 諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向通道的電子泵，將電容內的電荷，送到另一個電容內儲存。當所累積的電荷達到 2V 時，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去，或接取讀寫器的數據。

讀寫器接收到卡的數據後，解碼並進行錯誤校驗，來決定數據的有效性，然後，透過 RS232 、RS422 、RS485 或無線方式，將數據傳送到電腦網路。簡單的 RFID 產品就是一種非接觸的 IC 卡，而複雜的 RFID 產品，能和外部感測器接口連接來測量、記錄不同的參數，甚至可與 GPS 系統連接來跟蹤物體。

1.3 數據交換與管理系統

讀寫器發送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發射天線工作區域時，產生感應電流，射頻卡獲得能量被啟動，射頻卡將自身編碼等資訊，透過卡內置發送出去，系統接收天線，接收到從射頻卡發送來的載波信號，經調節器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調和解碼，然後送到後台主系統進行相關處理，主系統根據邏輯運算，判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作。

無線射頻辨識技術，是利用射頻信號和空間耦合的傳輸特性，實現對被辨識物體的自動辨識。無線射頻辨識系統由讀寫器( 閱讀器、讀頭、Reader ) 、電子標籤( Tag ) 和數據交換與管理系統三個部分組成。無線射頻辨識技術的原理是：閱讀器在可閱讀的範圍內，產生一個能量場，以激勵電子標籤，當附有電子標籤的食品，進入這個距離範圍時，閱讀器將受控發射出微波查詢信號，而電子標籤受到閱讀器的信號後，將信號與標籤中的數據資訊，合成一體反射回閱讀器，反射回的微波合成信號，已經攜帶有電子標籤上的數據資訊，閱讀器接收到標籤，反射回來的微波信號後，經閱讀器內部微處理器處理後，即可將標籤內儲存的資訊讀取出來。

2 無線射頻辨識技術在食品中的應用

隨著人民食品安全意識的增強，政府部門對食品安全的重視，新聞媒體對安全事故的曝光，使食品安全問題變的日趨嚴峻。食品直接關係著人們的身體健康，除建立一系列國家標準和行業標準，用以規範食品生產加工和銷售過程外，還需要採用高科技手段對食品安全進行管理。

將 RFID 技術應用於食品行業，可以有效地確保資訊，採集的即時性和準確性，提高食品安全和監控管理的水準，協調食品鏈的各個環節，增加了人們對食品瞭解的透明度，確保了食品的安全行。RFID 技術在食品行業中的應用主要有一下幾個方面：

2.1 RFID 技術在食品防偽方面的應用

由於目前法制的不健全，市場不規範，國內外一些不法分子為牟取暴利，專門仿冒名優產品，以次充好，以假亂真，形成了一定的假冒偽劣商品市場，嚴重擾亂了社會市場經濟秩序，偽劣食品中以名酒、保健品、名優特產居多。

利用 RFID 射頻辨識技術防偽，與其他防偽技術如數位防偽、雷射防偽等技術相比，RFID 的優點在於：每個標籤都有一個全球唯一的 ID 號碼，且無法修改和仿造;無機械磨損，防磁性、防污損和防水；RFID 的讀寫器具有不直接對最終用戶開放的實體接口，保證其自身的安全性；讀寫器與標籤之間存在相互認證的過程；且 RFID 能耐高溫，使用壽命長，儲存量也比較大;標籤容易集成進各種商品里，可大大提高偽造者造假的難度和成本。

在美國加州，Sea Smoke Cellars 葡萄酒廠把RFID 的標籤貼在酒桶上然後追尋酒的信息，防止竄貨等。

中國科學院自動化研究所 RFID 研究中心，研製出了針對酒類的 RFID 防偽系統，該系統由特殊設計的瓶蓋和瓶體、通信網路、RFID 讀寫器和防偽數據庫伺服器組成。

2.2 RFID 技術用於食品的跟蹤和溯源

歐盟《通用食品法》界定的可溯源性概念為：在所有生產、加工和銷售階段溯源和追蹤，預期加進食品或飼料的食品、飼料、食品動物或物質的能力。食品安全追溯系統就是利用現代資訊標識技術，過對食品供應鏈全過程，每一個節點進行有效的標識，供應鏈中食品原料、加工、包裝、貯藏、運輸、銷售等環節進行全程的品質控制和追蹤與溯源，資訊流與實物流系統地結合起來，一旦發現危害健康問題，根據生產和銷售全過程，各個環節所必須記載的資訊，追蹤流向，採取食品召回或撤銷上市等食品安全應急反應措施。

食品的跟蹤和溯源是 RFID 技術在食品行業中的主要應用方面。應用 RFID 系統，可確保食品供應鏈的高品質數據交流，徹底實施「源頭」食品追蹤方案，和在食品供應鏈中，提供完全透明度的能力。RFID 系統可提供食品鏈中，食品與來源之間的聯繫，確保食品源的清晰，以追蹤到具體的動物或植物及農場，從而實現「從農田到餐桌」的質量監控和追溯。

近年來，世界上相繼發生的，諸多危及人身健康的畜禽，及其產品的食品安全事件，如英國的「瘋牛病事件」，比利時「二惡英事件」，日本的「 O157 暴發流行事件」、「口蹄疫事件」以及 2003 年的「SARS 事件」和 2004 年波及多個國家的「禽流感事件」等。一系列大的肉與肉製品安全性事件，產生的損失相當巨大，造成的後果也十分嚴重。

美國政府規定食用牛必須配帶電子標籤。採用 RFID 技術對畜禽進行追蹤，獲得食品供應鏈中肉類食品，與其動物來源之間的聯繫，可以追查到肉類食品的來源，達到為人們提供放心食品的目的。

在重點養殖基地，透過對動物產品佩帶耳標、腳標，在屠宰、生產和流通個環節運用RFID 技術、以實現畜產品養殖、收購、屠宰、分割、運輸、銷售的信息進行記錄，形成追朔檔案，以便跟蹤。

基於 RFID 技術的豬肉監控系統，在豬耳上打上電子射頻耳標記錄生豬的飼料、病歷、餵藥、轉群、檢疫等資訊。在進入主要市境道口和屠宰場使用 RFID 卡進行「點對點」監管，確保生豬進入指定的屠宰場。在批發市場，透過電子標籤，記錄進場交易的豬肉的來源地、交易時間、食用農產品安全檢測結果。

2.3 RFID 技術用於食品品質監控

在食品的加工和儲藏中，溫、濕度、時間等因素對食品品質影響很大，記錄分析這些因素就顯得十分重要。將 RFID 技術與感測器技術相結合，可以感知周圍物品和環境的溫度、濕度和光照等狀態資訊，可利用無線通信技術，方便地把這些狀態資訊及其變化傳遞出來。

Fresh Alert 公司則將溫度感測器和定時器內置於 RFID 標籤中，從而能夠在食品腐爛無法食用時發出信號。

北美最大的食品服務行銷和分配組織 SYSCO 公司，已經完成低溫儲運系統的無線射頻，和感測系統測試，顯示 RFID 技術在食品運輸過程中，具有監控溫度和環境條件的能力。

日本 NTT 公司開展了使用 RFID 技術，保持酒質新鮮的試驗，透過監控運輸過程中的溫度變化，來掌握米酒的品質變化。

2.4 RFID 技術用於食品的物流管理

為了保證食品在運輸流通中，不會被誤送或丟失，或者為了降低物流成本，提高運輸的效率，需要對整個物流過程進行監控和管理。將 RFID 技術應用到食品的物流管理系統中，可以充分發揮它遠距離辨識、多標籤同時處理的特點，大大的提高食品的分揀能力、處理速度以及準確性，降低因誤送或丟失，而引起的巨額損失。此外，在進行重要物資或危險品跟蹤，或者在許多物品中查找某件定物品時，應用 RFID 技術也可以大大的提高工作的效率。運輸企業和銷售企業，還可以透過無限射頻辨識技術掌握貨物的最新位置，並可防止盜竊、調包等問題。

加拿大阿特拉斯冷凍倉儲集團，在其食品物流冷鏈在低溫環境中廣泛使用 RFID 系統，不僅降低了工人的勞動強度，而且大幅度提高了效率，促進了食品冷庫和冷鏈經營管理的一體化。

澳洲 Moraitis 公司已採用 RFID系統，替代條碼管理其溶液培養番茄的運輸銷售，該系統能夠為公司提供精確的數據，包括包裝的時間、地點、包裝日期以及品質、類別及大小等，5 年五豐上市公司，投入運行了 RFID 屠宰實施上產監控管理系統，對生豬進行標識和相關數據的加載，實現屠宰上產全過程的數據採集和資訊管理，讓生產管理者及時掌握與瞭解產品的生產及品質狀況。

2.5 RFID 技術在其他方面的應用

此外，RFID 技術可用於加工對象和加工工位的控制，保證產品的精確配方精細控制，提高產品品質；RFID 技術還可以快速查明產品不合格的原因，及時改進產品品質; RFID 技術還可以用在飼養業上，可以用來標識動物、記錄和控制瘟疫等，主要有項圈電子標籤、鈕扣式電子耳標、耳部注射式電子標籤以及通過食道放置的瘤胃電子標籤等方式來記錄動物的資訊。