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案例頻道 如今，物聯網已成為當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一，發展物聯網對于促進經濟發展和社會進步具有重要的現實意義。
物聯網普遍被分為感知層、傳輸層、智能處理層及應用層，其中感知層主要包括傳感器及傳感網絡，這是物聯網的核心和基礎，也是整個物聯網產業鏈中需求量最大、價值最高的環節。
傳感技術及產業有它自身的特點，一是基礎、應用兩頭依附。基礎依附是指傳感技術依附于敏感機理、敏感材料、工藝設備和檢測技術四塊基石。敏感機理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設備各不相同，檢測技術大相徑庭，沒有上述四塊基石的支撐，傳感技術難以為繼。二是技術、投資兩個密集。傳感技術是典型的交叉學科，技術密集是指傳感器在研制和制造過程中技術的多樣性、交叉性和綜合性。它是多種高技術的綜合產物，也是人才密集型產業。傳感器在一定程度上代表了一個國家的基礎科研能力和產業能力，它的研發周期較長，相關所需如材料制備、加工設備、封裝、測試設備等投入較大。因此研究開發和生產某一種傳感器要求一定的投資強度，尤其是在工程化研究以及建立規模經濟生產線時更要求較大的投資。三是傳感器產品分類和品種繁多，粗略可分為10大類、42小類，近6000多個品種。其應用滲透到各個產業和行業部門，它的發展既有各個產業發展的推動力，又強烈地依賴于各產業的支撐作用。只有按照市場需求，不斷調整產業結構和產品結構，才能實現傳感器產業的全面、協調、可持續發展。
圖1 多參量傳感器節點
1 創新發展
昆侖海岸在總結成長歷程，分析產業特點的基礎上，制定了抓住機遇、創新發展、穩步前進的一系列措施。
一是集成創新，更好地為農業現代化服務；二是原始創新，更好地為冷鏈運輸業服務；三是協同創新，為更好更快地推廣物聯網應用服務。
在現代農業科學技術中，已開始使用各種傳感器進行各種參數的檢測與控制，如精準農業中土壤墑情和肥力監測、農業生長狀態監測、設施農業中溫室的溫度、濕度、光照、營養液成分的監測，現代畜牧業中飼喂環境自動監測等。中國是一個農業大國，半數以上的人口還工作和散住在農村。現代農業用的傳感器以趨勢判斷為主，精度要求較低，價格也相對便宜。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點（如圖1所示），迅速推向市場，成為第一家能產業化生產多參量傳感器節點和農業大棚監控系統（如圖2所示）的公司。
圖2 農業大棚監控系統
物流業是物聯網很早就實實在在落地的行業之一。冷鏈運輸是指運輸全過程中，無論是裝卸搬運，變更運輸方式、更換包裝等環節，都使其運輸的貨物始終保持一定溫度的運輸。冷鏈運輸方式可以是公路運輸、水路運輸、鐵路運輸、航空運輸，也可以是多種運輸方式組成的綜合運輸方式，冷鏈運輸是冷鏈物流的一個重要環節。主要運輸對象有醫藥品，如疫苗、血液制品，保鮮食品如：速凍食品、肉類、冷飲、蔬菜、水果、水產品等。
2 RFID溫度標簽
昆侖海岸是國內第一家將RFID射頻技術與測量溫度的傳感器、記錄溫度的記錄器集于一體，研制出既識別、又測溫、過程全追溯的RFID溫度標簽。并將原始創新成果迅速產業化生產。目前有兩類產品能滿足市場的需要，一類是可用于事后追溯的半有源RFID溫度標簽，另一類是可用于大量貨物實時溫度采集的有源RFID溫度標簽。
圖3 13.56M半有源溫度標簽以及讀卡器
圖4 3.56M半有源大功率讀卡器
(1)半有源溫度標
簽半有源溫度標簽通過內置電池為溫度采集和存儲提供能量，可獨立完成溫度的采集和存儲，當進入到讀卡器的有效識別范圍內，通過讀卡器的激勵來獲取能量從而完成數據交換，這種溫度標簽具有極低的消耗電流。
半有源的溫度標簽主要有兩種類型分別是符合ISO/IEC 15693標準的高頻溫度標簽（如圖3所示）和符合ISO/IEC 18000標準的超高頻溫度標簽。二者主要的區別體現在穿透力和識別距離上，高頻溫度標簽的穿透力較強，適用范圍比較廣泛，可同時適用于液態貨物（如血液制品）和固態貨物（如速凍食品）的運輸，其缺點是識別距離比較短，即便是借助于大功率的讀卡器（如圖4所示），其有效識別的距離也通常保持在1米范圍之內，而對于超高頻的標簽來說，其識別的距離大大增加，但其穿透性又弱于高頻標簽。
圖5 應用流程圖
半有源溫度標簽的使用流程如下：在產品出庫時，根據貨物運輸的需要，將溫度標簽設置好溫度標簽的啟動時間和采集間隔周期，將溫度標簽放到貨物運輸箱內交付貨運方；貨物出庫完畢，溫度標簽在達到指定的時間后，會自動啟動溫度記錄功能，以預設的采集周期不間斷的記錄環境溫度值；在貨物中轉過程中，通過手持終端讀取貨箱RFID標簽的信息和溫度，以保證貨物的有效性；在產品的入庫，可由手持終端或者大功率固定式讀卡器根據RFID標簽信息，方便、快速、準確分揀貨物的同時，驗證其溫度是否符合存儲溫度，直接拒收不合格產品。滿足存儲溫度要求的貨物在入庫的同時，會把溫度數據同步導入數據庫，整個物流過程中實現了全程的溫度記錄，確保了產品品質。應用流程如圖5所示。
（2） 有源RFID溫度標簽
半有源溫度標簽具有溫度記錄的功能，類似于黑匣子，主要用于事后責任認定，對于運輸過程中的實時溫度報警，則可采用有源溫度標簽，如圖6所示。有源溫度標簽可以實時測量環境溫度值，并將數據主動發送給接收設備，因此對于異常的情況能快速做出反應，以提醒司機采取措施，避免損失。讀取設備（如圖7所示）可實現大量溫度標簽的實時溫度同時讀取，通過讀卡器內置的SD卡實現數據記錄功能，通過GSM模塊實現短信實時溫度報警，此外接收設備本身具備網關功能還可以實現遠程監控，通過聯網功能將數據直接存儲到數據中心，終端客戶也可以通過Web網頁及時查看產品溫度信息，有源溫度標簽須和讀取設備配套使用，因此局限于冷鏈運輸過程中對于車廂貨物溫度的監控，以實現貨物溫度的實時監控。
圖6 有源溫度標簽
圖7 有源溫度標簽讀卡器
有源溫度標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。由于有源溫度標簽屬于主動發送數據，因此除了功耗、有效識別距離之外，數據的防碰撞能力和識別標簽的最大數量也是一個重要的性能指標。
目前昆侖海岸正按照“政、產、學、研、用”相結合的模式堅持協同創新，在開發新型智能傳感器和傳感器網絡上下功夫，在研究成果快速產業化生產上下功夫，在更好地為用戶服務上下功夫，以更好更快地開展示范應用的實際行動來推動物聯網產業的發展。
摘自《自動化博覽》2012年第九期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號