■ 胡亚欣 焦利敏 亓 新 金 轮 闫蓓蓓 刘冬阳
（中国家用电器研究院）
摘 要：鉴于在智慧家庭应用场景下，智能冰箱是家居中唯一长期通电的非移动终端，人机交互性频繁，用户粘性高，这样的优势让冰箱正在成为智慧家庭的主要入口之一，食材管理功能于智能电冰箱而言更是技术突破和品宣的必争之地。为明晰此类食材管理电冰箱的发展，T/CAS 432-2020《家用及类似用途食材管理电冰箱》团标及时发布实施。本文就该标准的背景、原理、关键性指标进行了详细论述与解读，并以测试试验对标准进行了验证。
排水帽关键词：智慧家庭，食材管理，电冰箱
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2021.05.026
Interpretation of T/CAS 432-2020, Household and similar electrical
refrigerators for ingredients management
HU Ya-xin JIAO Li-min QI xin JIN Lun YAN Bei-bei LIU Dong-yang
（China Household Electric Appliance Research Institute）
Abstract: Given the smart family application scenarios, intelligent refrigerator as the only long-term household electric non-mobile terminal with frequent man-machine interaction and high stickiness. Such advantages make refrigerator one of the main entrances of smart family, and food management functions for intelligent refrigerators are important technological breakthroughs and brand publicity. In order to clarify the development of such food material management refrigerators, T/CAS 432-2020, Household and similar electrical refrigerators for ingredients management, was released and implemented in a timely manner. In this paper, the background, principle and key indexes of the standard are discussed and interpreted in detail, and the standard is verified by testing.
Keywords: smart family, ingredients management, electrical refrigerators
标准评析
1 引 言MKD-S78
电冰箱作为家居中为数不多的24小时长期通电状态设备，已被大多数智能家电企业视为搭载智慧家庭
系统的主要入口之一，冰箱的智能化发展受到越来越多的关注与竞争。智能电冰箱产业属“顾客驱动型”产业，然而随着人们生活水平的提高，人们不再满足冰箱制冷功能，对食材的保鲜和智能化管理迫切地提出了新的需求。
只有识别到冰箱内存储的食材，才谈得上智能冰箱的管理，常用的食材识别方式为RFID和图像识别。与图像识别技术相比，RFID识别食材更精准、灵活，受存储空间的影响比较小，受其他食材遮挡造成不能识别或错误识别率也更小。在业内品牌纷
胡亚欣，焦利敏，亓新等：家用及类似用途食材管理电冰箱标准解读
纷着力以RFID为突破口完善食材识别与管理的情况下，更多企业和消费者对此类食材管理电冰箱还处于概念模糊、发展方向混乱的状态，2020年9月7日，由中国标准化协会发布的T/CAS 432-2020《家用及类似用途食材管理电冰箱》团体标准及时有效地解决了困惑。
2 RFID原理
作为构建物联网的关键技术，RFID（无线射频识别技术）电子标签已经广泛应用于很多行业。一套完整RFID系统由读写器、电子标签和天线3部分组成，依据电子标签的供电方式不同分为有源RFID 和无源RFID两类。目前应用于食材管理电冰箱的均为无源RFID系统，故本文重点针对此类系统工作原理进行详述。 2.1 原理剖析
图1 无源RFID系统结构
读写器通过天线发射一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签获得能量被激活；标签将自身编码等信息通过天线发送出去；系统接收天线接收从标签发送过来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收到的信号进行解调后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，根据不同的设定进行相关的处理，并通过天线修改标签的内部信息（可读写标签）。
电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。电子标签依据供电方式分为有源电子标签、无源电子标签和半无源电子标签；依据频率分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签；依据封装形式分为线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标
签及特殊用途的异形标签等；根据其工作模式分为主动标签和被动标签。
读写器是用于读取或写入电子标签信息的设备，根据具体使用环境和需求可设计成多类产品。读写器通过天线与电子标签进行无线通信，可以实现对电子标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的读写器包含高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及读写器天线。当然，RFID系统在实际应用时，还需要计算机等其他硬件设备以及软件的支持。图1为典型的RFID系统组成图。
2.2 关键影响因素
基本的RFID系统由RFID电子标签、RFID读写器、RFID天线三部分组成。作为系统中重要的组成部分，RFID读写器的读写距离、读写成功率均与读写器的性能、天线、标签有关，同时也受到环境因素的影响。
（1）读写器：R FID读写器的发射功率影响读写距离，读写器发射功率越大，读写距离也会越大。
（2）天线：RFID读写器天线增益和波束宽度影响读写距离和范围，天线增益越大和波束宽度越小，则读写距离越远，范围越窄（读取的范围控制越好）。
（3）标签：R FID标签按供电状态分为有源RFID标签和无源RFID标签。有源RFID标签：自身带有电池供电，读写距离较远，同时体积较大，与无源RFID标签相比成本较高；无源RFID标签：无源RFID
标签没有电池，成本较低，且使用寿命长，读写距离则较近。RFID标签的尺寸对读写距离也有影响，理论上，RFID标签的尺寸越大，所能读取的距离越远。
（4）环境：环境主要指RFID读写器天线与标
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签之间是否存在障碍物（金属、液体等）、环境中是
否存在频率接近的电磁干扰等因素。RFID标签的
信号可以穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明
的材质，并能够进行穿透识别。但金属和液体会对
电磁波产生影响，影响读写距离。RFID电子标签不
能透过金属，如果标签被金属遮挡，会影响读写距
离，甚至无法读取。同时，RFID电子标签也很难穿
透水，如果被水阻隔，读写距离也会受到限制。这
种情况下，需要使用抗金属和抗液体标签。
3 术语定义及示意图概览
本着对既定技术概念和社会认知的认可，该标准以引用的方式明确了“射频识别”的定义。通过对技术原理的深入掌握以及关键影响因素的剖析，该标准又补充并明确了食材管理电冰箱的核心术语的定义，即“全空间食材识别”和“食材管理电冰箱”。“全空间食材识别”强调冰箱“所有间室”的食材信息识别、录入和管理；“食材管理电冰箱”的定义主要用于与传统基础功能的电冰箱进行区分。
该标准在对食材管理电冰箱做具体要求前，先以示意图的方式为标准读者、测试试验人员提供“食材管理功能”的概览。如图2所示，表示该标准的电冰箱既有对冰箱基础的“保鲜”“除菌”等方面要求，又对新兴的核心“食材管理”方面有详细要求。
图2 食材管理功能的示意图
4 指标要求
标准第五章首先提出电冰箱的“基础要求”，即安全性能、电磁兼容、能效、性能和有害物质这五方面均要求满足对应的国标相关条款，此外，针对食材管理电冰箱，该标准以列表（见表1）的形式简明汇总出八项智能化功能并进行要求。
4.1 食材识别
雨水口智能电冰箱的食材管理首要动作即为“食材识别”，识别率的高低直接影响其由此决策的存储保质期、温湿度调节等。考虑到除硬件基础性能影响外，周围环境的水分（湿度）、金属遮挡等因素对RFID识别率的影响至关重要，而冰箱冷藏室由于
表1 食材管理电冰箱功能要求
序号智能化功能要求测试方法非冷冻食品储藏室冷冻食品储藏间室1食材识别 5.3 6.1识别率≥90%识别率≥99% 2食材存储时间管理 5.4 6.2满足满足
3食材保鲜 5.5 6.3满足满足
4食谱推荐 5.6 6.4满足满足
网页抓取数据5RFID标签属性（如有） 5.7 6.5满足满足
6RFID标签可靠性（如有） 5.8 6.6满足满足
7除菌能力 5.9 6.7满足满足
8信息技术安全 5.10 6.8满足满足
红薯清洗机开关门频次更高、搁架摆放物体包装材料更复杂、遮挡率更高等因素，标准提出“非冷冻食品储藏间室，食材自动识别准确率应≥90%”，对于冷冻室实际使用过程中的开门频次明显低于冷藏室，造成的湿度波动较小，且摆放物品移动频次较低，包装相对单一，对冷冻室的食材识别率要求“冷冻食品储藏间室，食材自动识别准确率应≥99%”。另外针对实际智能冰箱多有跨0℃的变温室，标准中以“注”的形式明确这种情况需对此类间室分别按照冷冻和非冷冻食品储藏间室进行两次实验，以期最大化标准的适用性和合理性。
该标准以附录的形式给出食材识别功能的测试方法。为同时满足中国居民生活习惯和试验条件、结果的可复现性，附录A首先从试验用食材种类、数量及标签数量三方面统一规定试验前的准备条件。具体试验方法步骤中对标签摆放位置，冷冻食品储藏室设定温度值，非冷冻食品储藏间室设定温度值以及重复次数均进行逐一详述及规定。最后用公式表达食材管理准确率的计算方法，以实现标准表述的准确清晰。
4.2 RFID标签属性及可靠性
标签属性录入和运输存放过程中的可靠性也是类似用途食材管理电冰箱必须考虑的要素。该标准对RFID标签属性从能否支持用户自定义以及录入方式两方面进行要求，对其可靠性则是主要参考GB/T 2
423系列标准，从低温、温度冲击和耐久性方面检查其符合性。
5 食材识别率测试
依据该团标对目前业内几款相关技术领先的食材管理电冰箱进行试验验证工作，样品的内置RFID读写器天线布局应确保信号覆盖全空间，冰箱内部识别模块图片如图3所示。
图3为测试电冰箱样品的自带标签，第一排A~T 为支持用户自定义标签，共计20个，第二排为制造商预定义标签，共计16个
。
图3 标签
本次试验选取食材种类和数量详见表2所示。
依据标准附录A食材识别功能评价方法步骤进行试验，且对标签进行多种材料（详见表4中的“环境条件”列）遮挡，测试结果如表3所示。
应用标准中准确率计算公式计算得出冷冻食品储藏室P=100%，非冷冻食品储藏室的识别正确率为P=97.2%，均满足标准要求。
6 结 语
当前，冰箱食材智能化管理的技术发展仍然受到来自行业、企业、用户、产品等方面的制约，如何促进以RFID和图像识别为代表的食材识别技术、物联网、移动互联网和大数据技术与冰箱产品的高效联合，实现全空间、多温区的食材自动识别和管理，以用户为中心、让冰箱更智慧，成为行业内重点关注的挑战。此标准从核心竞争技术的实现效果和用户关注点方面出发进行制定，以期实现对行业起到方向引领、对消费者起到解惑的作用。
胡亚欣，焦利敏，亓新等：家用及类似用途食材管理电冰箱标准解读
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表2 试验用食材信息表
食材标签
名称规格数量(多单位)
预定义标签自定义标签
合计(个)名称数量(个)名称数量(个)
油麦菜0.33kg/袋25绿叶菜/火腿2A~E57雪花梨1kg/袋8苹果/橙子2——2缤纷田园鲜鸡蛋30个/盒1鸡蛋1——1思念速冻水饺1kg/袋8水饺1F~J56猪小排0.5kg/袋10其余蓝紫标签10——10巴沙鱼片0.5kg/袋10——K~T1010怡泉矿泉水555ml/瓶10—————青岛啤酒500ml/瓶10—————百事可乐330ml/听10—————合计——————36
表3 食材识别功能测试结果表
羽绒睡袋
序号多识别（个）少识别（个）错识别（个）标签总数环境条件备注
100036矿泉水冷冻食品储藏室（冷冻室） 200030矿泉水冷冻食品储藏室（宽温室） 300036易拉罐冷冻食品储藏室（冷冻室） 400030易拉罐冷冻食品储藏室（宽温室） 500036玻璃瓶冷冻食品储藏室（冷冻室） 600030玻璃瓶冷冻食品储藏室（宽温室） 700036矿泉水冷冻食品储藏室（冷
冻室） 800030矿泉水冷冻食品储藏室（宽温室） 900036易拉罐冷冻食品储藏室（冷冻室） 1000030易拉罐冷冻食品储藏室（宽温室） 1100036玻璃瓶冷冻食品储藏室（冷冻室） 1200030玻璃瓶冷冻食品储藏室（宽温室） 1301036矿泉水非冷冻食品储藏室（冷藏室）1400030矿泉水冷冻食品储藏室（冷冻室） 1500036易拉罐冷冻食品储藏室（宽温室） 1600030易拉罐冷冻食品储藏室（冷冻室） 1700036玻璃瓶冷冻食品储藏室（宽温室） 1800030玻璃瓶冷冻食品储藏室（冷冻室）1901036玻璃瓶非冷冻食品储藏室（真空仓）2001036易拉罐非冷冻食品储藏室（真空仓）
作者简介
胡亚欣，工程师，主要从事智能家电检测和技术标准方向的研究。焦利敏，高级工程师，主要从事智能家电检测和技术标准方向的研究。亓新，正高级工程师，中国家用电器检测所副总工，主要从事家电检测和技术标准方向的研究。
金轮，工程师，主要从事智能家电检测、研发、应用的研究。
闫蓓蓓，工程师，主要从事智能家电检测、研发、应用的研究。
刘冬阳，工程师，主要从事智能家电检测、研发、应用的研究。
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