如今,物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一,發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
物聯(lián)網(wǎng)普遍被分為感知層、傳輸層、智能處理層及應(yīng)用層,其中感知層主要包括傳感器及傳感網(wǎng)絡(luò),這是物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ),也是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中需求量最大、價(jià)值最高的環(huán)節(jié)。
傳感技術(shù)及產(chǎn)業(yè)有它自身的特點(diǎn),一是基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附。基礎(chǔ)依附是指?jìng)鞲屑夹g(shù)依附于敏感機(jī)理、敏感材料、工藝設(shè)備和檢測(cè)技術(shù)四塊基石。敏感機(jī)理千差萬(wàn)別,敏感材料多種多樣,工藝設(shè)備各不相同,檢測(cè)技術(shù)大相徑庭,沒(méi)有上述四塊基石的支撐,傳感技術(shù)難以為繼。二是技術(shù)、投資兩個(gè)密集。傳感技術(shù)是典型的交叉學(xué)科,技術(shù)密集是指?jìng)鞲衅髟谘兄坪椭圃爝^(guò)程中技術(shù)的多樣性、交叉性和綜合性。它是多種高技術(shù)的綜合產(chǎn)物,也是人才密集型產(chǎn)業(yè)。傳感器在一定程度上代表了一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)科研能力和產(chǎn)業(yè)能力,它的研發(fā)周期較長(zhǎng),相關(guān)所需如材料制備、加工設(shè)備、封裝、測(cè)試設(shè)備等投入較大。因此研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)某一種傳感器要求一定的投資強(qiáng)度,尤其是在工程化研究以及建立規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)線時(shí)更要求較大的投資。三是傳感器產(chǎn)品分類和品種繁多,粗略可分為10大類、42小類,近6000多個(gè)品種。其應(yīng)用滲透到各個(gè)產(chǎn)業(yè)和行業(yè)部門,它的發(fā)展既有各個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力,又強(qiáng)烈地依賴于各產(chǎn)業(yè)的支撐作用。只有按照市場(chǎng)需求,不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu),才能實(shí)現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。
圖1 多參量傳感器節(jié)點(diǎn)
1 創(chuàng)新發(fā)展
昆侖海岸在總結(jié)成長(zhǎng)歷程,分析產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,制定了抓住機(jī)遇、創(chuàng)新發(fā)展、穩(wěn)步前進(jìn)的一系列措施。
一是集成創(chuàng)新,更好地為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化服務(wù);二是原始創(chuàng)新,更好地為冷鏈運(yùn)輸業(yè)服務(wù);三是協(xié)同創(chuàng)新,為更好更快地推廣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)。
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)中,已開(kāi)始使用各種傳感器進(jìn)行各種參數(shù)的檢測(cè)與控制,如精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中土壤墑情和肥力監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)中溫室的溫度、濕度、光照、營(yíng)養(yǎng)液成分的監(jiān)測(cè),現(xiàn)代畜牧業(yè)中飼喂環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)等。中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),半數(shù)以上的人口還工作和散住在農(nóng)村。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)用的傳感器以趨勢(shì)判斷為主,精度要求較低,價(jià)格也相對(duì)便宜。適合普及推廣。昆侖海岸以最快的速度,將單溫、單濕、單光照、單二氧化碳等傳感器集成在一起,成為多參量傳感器節(jié)點(diǎn)(如圖1所示),迅速推向市場(chǎng),成為第一家能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)多參量傳感器節(jié)點(diǎn)和農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)(如圖2所示)的公司。
圖2 農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)
物流業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)很早就實(shí)實(shí)在在落地的行業(yè)之一。冷鏈運(yùn)輸是指運(yùn)輸全過(guò)程中,無(wú)論是裝卸搬運(yùn),變更運(yùn)輸方式、更換包裝等環(huán)節(jié),都使其運(yùn)輸?shù)呢浳锸冀K保持一定溫度的運(yùn)輸。冷鏈運(yùn)輸方式可以是公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸,也可以是多種運(yùn)輸方式組成的綜合運(yùn)輸方式,冷鏈運(yùn)輸是冷鏈物流的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。主要運(yùn)輸對(duì)象有醫(yī)藥品,如疫苗、血液制品,保鮮食品如:速凍食品、肉類、冷飲、蔬菜、水果、水產(chǎn)品等。
2 RFID溫度標(biāo)簽
昆侖海岸是國(guó)內(nèi)第一家將RFID射頻技術(shù)與測(cè)量溫度的傳感器、記錄溫度的記錄器集于一體,研制出既識(shí)別、又測(cè)溫、過(guò)程全追溯的RFID溫度標(biāo)簽。并將原始創(chuàng)新成果迅速產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前有兩類產(chǎn)品能滿足市場(chǎng)的需要,一類是可用于事后追溯的半有源RFID溫度標(biāo)簽,另一類是可用于大量貨物實(shí)時(shí)溫度采集的有源RFID溫度標(biāo)簽。
圖3 13.56M半有源溫度標(biāo)簽以及讀卡器
圖4 3.56M半有源大功率讀卡器
(1)半有源溫度標(biāo)
簽半有源溫度標(biāo)簽通過(guò)內(nèi)置電池為溫度采集和存儲(chǔ)提供能量,可獨(dú)立完成溫度的采集和存儲(chǔ),當(dāng)進(jìn)入到讀卡器的有效識(shí)別范圍內(nèi),通過(guò)讀卡器的激勵(lì)來(lái)獲取能量從而完成數(shù)據(jù)交換,這種溫度標(biāo)簽具有極低的消耗電流。
半有源的溫度標(biāo)簽主要有兩種類型分別是符合ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的高頻溫度標(biāo)簽(如圖3所示)和符合ISO/IEC 18000標(biāo)準(zhǔn)的超高頻溫度標(biāo)簽。二者主要的區(qū)別體現(xiàn)在穿透力和識(shí)別距離上,高頻溫度標(biāo)簽的穿透力較強(qiáng),適用范圍比較廣泛,可同時(shí)適用于液態(tài)貨物(如血液制品)和固態(tài)貨物(如速凍食品)的運(yùn)輸,其缺點(diǎn)是識(shí)別距離比較短,即便是借助于大功率的讀卡器(如圖4所示),其有效識(shí)別的距離也通常保持在1米范圍之內(nèi),而對(duì)于超高頻的標(biāo)簽來(lái)說(shuō),其識(shí)別的距離大大增加,但其穿透性又弱于高頻標(biāo)簽。
圖5 應(yīng)用流程圖
半有源溫度標(biāo)簽的使用流程如下:在產(chǎn)品出庫(kù)時(shí),根據(jù)貨物運(yùn)輸?shù)男枰瑢囟葮?biāo)簽設(shè)置好溫度標(biāo)簽的啟動(dòng)時(shí)間和采集間隔周期,將溫度標(biāo)簽放到貨物運(yùn)輸箱內(nèi)交付貨運(yùn)方;貨物出庫(kù)完畢,溫度標(biāo)簽在達(dá)到指定的時(shí)間后,會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)溫度記錄功能,以預(yù)設(shè)的采集周期不間斷的記錄環(huán)境溫度值;在貨物中轉(zhuǎn)過(guò)程中,通過(guò)手持終端讀取貨箱RFID標(biāo)簽的信息和溫度,以保證貨物的有效性;在產(chǎn)品的入庫(kù),可由手持終端或者大功率固定式讀卡器根據(jù)RFID標(biāo)簽信息,方便、快速、準(zhǔn)確分揀貨物的同時(shí),驗(yàn)證其溫度是否符合存儲(chǔ)溫度,直接拒收不合格產(chǎn)品。滿足存儲(chǔ)溫度要求的貨物在入庫(kù)的同時(shí),會(huì)把溫度數(shù)據(jù)同步導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù),整個(gè)物流過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了全程的溫度記錄,確保了產(chǎn)品品質(zhì)。應(yīng)用流程如圖5所示。
(2) 有源RFID溫度標(biāo)簽
半有源溫度標(biāo)簽具有溫度記錄的功能,類似于黑匣子,主要用于事后責(zé)任認(rèn)定,對(duì)于運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度報(bào)警,則可采用有源溫度標(biāo)簽,如圖6所示。有源溫度標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度值,并將數(shù)據(jù)主動(dòng)發(fā)送給接收設(shè)備,因此對(duì)于異常的情況能快速做出反應(yīng),以提醒司機(jī)采取措施,避免損失。讀取設(shè)備(如圖7所示)可實(shí)現(xiàn)大量溫度標(biāo)簽的實(shí)時(shí)溫度同時(shí)讀取,通過(guò)讀卡器內(nèi)置的SD卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能,通過(guò)GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信實(shí)時(shí)溫度報(bào)警,此外接收設(shè)備本身具備網(wǎng)關(guān)功能還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,通過(guò)聯(lián)網(wǎng)功能將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心,終端客戶也可以通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)及時(shí)查看產(chǎn)品溫度信息,有源溫度標(biāo)簽須和讀取設(shè)備配套使用,因此局限于冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)于車廂貨物溫度的監(jiān)控,以實(shí)現(xiàn)貨物溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
圖6 有源溫度標(biāo)簽
圖7 有源溫度標(biāo)簽讀卡器
有源溫度標(biāo)簽的工作頻段主要有四種:433MHz、915MHz、2.4GHz和5.8GHz。這四種頻段并無(wú)明顯的差別,僅在穿透力上433頻段略勝一籌,最主要的還是成本的差異。由于有源溫度標(biāo)簽屬于主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù),因此除了功耗、有效識(shí)別距離之外,數(shù)據(jù)的防碰撞能力和識(shí)別標(biāo)簽的最大數(shù)量也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。
目前昆侖海岸正按照“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”相結(jié)合的模式堅(jiān)持協(xié)同創(chuàng)新,在開(kāi)發(fā)新型智能傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)上下功夫,在研究成果快速產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)上下功夫,在更好地為用戶服務(wù)上下功夫,以更好更快地開(kāi)展示范應(yīng)用的實(shí)際行動(dòng)來(lái)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第九期