论文——基于RFID医疗点滴系统病患模块设计

基于RFID医疗点滴系统病患模块设计摘要：本文针对现行输液大厅医疗管理体系的弊端，设计了一套适合于在输液大厅推广普及的医疗点滴占座系统。采用13.56MHz的射频识别技术，协同比特位的防冲突碰撞算法，实现在多张电子标签同时出现在读写器读写范围内时，读写器可顺利完成寻卡，读卡和写卡等操作，通过串行通信，完成系统与上位机之间的重要信息及数据的实时交互，并将座位占用信息实时显示在液晶显示屏上。本系统逐渐在快节奏的医院服务体系中崭露头角，显示出该系统高效便捷的一面。Abstract：In this paper, the drawbacks which the infusion hall medical management system gradually come up, we had designed a hall suitable for popularizing medical infusion drip system suitable for occupying seats. Using 13.56MHz RFID technology ,when there are more than one electronic tags in the range of the reader, collaborative collision bit anti-collision algorithm is ready to complete the following operations, such as searching, reading and writing. And through the serial communication , real-time interaction can be built between the host computer and this system, besides, the seat state information can be displayed on the LCD screen.This task will emerges in a fast-paced hospital service system, as well as showing that the system is efficient and convenient side.0 引言医院的输液大厅人群拥挤的现象特别明显，特别是在流感高发期，患者人数几乎平常人数的几倍。同时，输液流程繁琐复杂，病患付款缴费后，先在医药中心取药，再将取得的输液药水和病例交给医务站的医务人员进行登记，再找到空位置，由护士过来扎针，整个输液流程复杂繁琐，耗时耗力，不仅降低医院服务的质量和效率，还影响到患者治疗的积极性。如何简化流程，方便病患及早找到输液位置是优化输液管理体系的关键性环节。本系统致力于简化输液程序，将病患信息集成到信息管理中心，故病患只需要在缴费后，携带一张标签卡即可到输液大厅完成输液过程，无需取药、交药、登记和寻找座位并告知医务人员等一些列过程，省时省力。本课题是基于射频识别课程的实验平台完成的，主要用到实验箱的13.56MHz的射频模块，液晶显示屏作为人机交互的界面，凌阳单片机最小系统作为本课题的MCU，主要负责控制射频模块的正常读写工作以及显示和传输等操作。UART串口传输模块，完成系统与上位机之间的数据通信。1 射频识别技术本课题涉及的RFID技术是一种利用射频信号实现数据信息交互的非接触式自动识别技术。任何一种RFID系统的终极目标都是在恰当时间和地点，完成双向数据传输和交互，由此满足特定用户的特殊应用需求1。常见的RFID系统一般由读写器、电子标签和中央处理器组成，如下图1.1所示。读写器，作为RFID 系统的数据信息接收和传送中心站点，主要由天线、控制模块、射频模块以及接口模块组成，起着与电子标签和中心处理器通信的承接作用。标签是RFID系统中数据信息的物理载体，因其存储容量限制，仅包含目标对象的标志性数据信息。中央处理器，亦为数据交换与管理系统，主要负责数据存储及处理等相关工作，为实现其与读写器及标签之间的非接触式通信提供了最基本最完整的软件功能，并对收集的数据信息进行分类存储和系统管理2。图1.1 一般的RFID系统框图RFID系统的基本工作原理如下：读写器起着承接RFID系统中电子标签与中央处理器之间信息交互的中间桥梁作用，首先，它可以通过天线线圈以电磁波形式向电子标签辐射能量，完成数据信息的读取或写入。带防碰撞功能的读写器则能在极短时间内同时识别读写范围内的多个电子标签，且不发生标签碰撞的现象，也能达到数据信息交换的目的；其次，它能够借助接口模块完成数据信息到中央处理器的传输3。最终，由中央处理器完成对数据信息的智能化处理、存储和管理。此外，RFID技术具有非接触性好、环境适应性强、识别自动化等众多优点，在众多领域得到实质性的推广和应用。目前备受关注的民生问题是国家经济建设和蓬勃发展的基础性问题，医疗保健又是民生问题的重要组成部分，因此，RFID在医疗药物领域的应用尤为普遍。医疗行业智能化已成为医疗事业欣欣向荣的风向标，其优势日渐突显，其便利势必普及大众4。2 硬件设计医疗点滴占座系统主要由标签电路、阅读模块、液晶显示模块以及串口传输模块四个部分组成，图3.1是医疗点滴占座系统的演示系统框图。标签电路采用无源电子标签，由读写器通过天线辐射电磁波实现能量供应，同时完成数据信息的读取和写入。标签卡的内存较小，本设计使用的电子标签内存为128K。任意一张电子标签都有其唯一的标签序列号。本课题需要两张电子标签卡，其序列号分别为219157201186和171158201186。读写器采用PHILIPS高度集成读卡芯片MFRC522及其兼容芯片，采用凌阳单片机SPCE061A控制读写器的正常工作，实现在13.56MHz频段上的数据交互。所选读写芯片支持ISO14443 TYPE A/MIFARE标准，读写距离约为：20-100mm,该数值与天线尺寸有关5。液晶显示采用501液晶及与之匹配的驱动器，在额定电压及功率下正常工作，作为人机交互的界面完成英文字母以及汉字，图片的显示等功能，亦可通过编程调节液晶的亮度和对比度等参数6。串口传输部分采用的是RS232接口电路，实现中等距离的有线通信，在指定条件下将单片机内存储的标签号发送到PC端的上位机中7，并由串口调试助手代替上位机进行接收完成演示工作。图3.1 医疗点滴占座系统的演示框图3 软件开发本课题要达到的目标主要有以下几个方面：首先，本系统要实现在读卡器天线范围内寻卡和读卡，获取病患手持的RFID序列号，并让液晶显示屏的相应位置显示为占用状态，其中，暗表示被占用，亮表示座位未被占用。其次，系统还要实现与PC端的上位机之间的数据通信，当座位被占用时，系统及时将病人手中的RFID射频卡内的标签序列号传送到上位机中；当占用关系被解除时，系统将及时更新上位机中的数据信息。本课题需要使用液晶作为人机交互的界面来显示显示信息，读写器读取天线范围内标签内的信息和序列号，进行后续的操作和处理，UART串口来完成医疗点滴系统与PC端上位机之间的数据通信，主要是完成将标签卡序列号从SPCE061A到PC机的传输8。软件设计包括整体流程设计和模块流程设计。其中，模块设计有以下几个方面：寻卡模块设计、显示模块设计以及数据通信模块设计9。如图4.1是系统设计的基本流程。图4.1 软件设计的流程图液晶在使用之前需要进行初始化设置，而液晶模组的驱动器SPLC051芯片的驱动程序则是保证液晶模组显示英文字母，汉字和图片的关键。而串口则需要进行参数设置，包括引脚、波特率以及串行传输中断等多个变量进行设置，在串口正常工作前，还需要激活串口10。读写器需要进行正常的供电，同时还需要驱动程序，完成寻卡、读卡和写卡等多种功能，驱动程序是依据ISO 14443协议中的防碰撞算法进行编写的，保证寻卡读卡等操作正常进行。4 测试本课程在完成硬件设计和软件编程之后，需要对系统进行测试，以保证系统的正常运行。对于第一张标签卡，表示该标签对应的座位被占用，再次刷卡时，表示占用关系被解除。当然相关的标签序列号和占座信息都将传输到PC端的串口调试助手软件中，并在其界面上显示。具体结果如下图4.13所示。测试过程中需要使用串口调试助手进行数据接收，对软件的配置影响到数据能否在串口界面上正常显示。因此，在串口设置一栏中，选择合适的COM口，设置波特率为9600bps，与程序设置保持一致，确保数据发送和接收匹配，以及上位机得到的数据不存在乱码，即数据的正确性。在校验位一栏，选择“NONE”这一项。数据位为8位，停止位为1位。最后在确定串口与PC机的USB连接正常，则可以打开串口，进行数据接收。图4.13 串口调试助手界面5 参考文献1赵中军，基于RFID的快速识别系统研究D，黑龙江:黑龙江大学，2012.2武立宁，RFID系统中防碰撞算法的研究与改进D，河北:河北大学，2013.3薛青，智慧医疗：物联网在医疗卫生领域的应用J信息化建设，2010(5):56-58.4武岳山，“智慧地球”概念的内涵浅析(三)IBM的“智慧地球”概念说了些什么?J物联网技术，2011,01(6):90925PhilipsDesign of MF RC500 Matching Circuits and AntennasEB/OL.6凌阳科技大学计划，SPLC550011液晶显示模组使用说明书 V2.02005.08.137王立峰，创新应用打造病人安全网络一专访”医院