RFID技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)非接觸式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)。進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，RFID 技術(shù)在人們的日常生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如物流、服飾、門(mén)禁安全、零售業(yè)、制造業(yè)、軍工、航天等各個(gè)領(lǐng)域^[1-3]。隨著RFID 技術(shù)的推廣其在醫(yī)療行業(yè)內(nèi)也發(fā)揮著重要的作用，比如可以應(yīng)用到對(duì)醫(yī)療藥品、醫(yī)用設(shè)備、倉(cāng)儲(chǔ)管理、醫(yī)護(hù)人員信息管理等諸多方面[4]。

1   概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年因醫(yī)療錯(cuò)誤造成的死亡人數(shù)在48,000 至96,000 之間，不僅是美國(guó)，全球每年由醫(yī)療錯(cuò)誤引起的死亡人數(shù)始終居高不下，尤其在醫(yī)療條件相對(duì)落后的地區(qū)醫(yī)療錯(cuò)誤的可能性更高[5]。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是知識(shí)和信息采集不足以及身份識(shí)別錯(cuò)誤，因此對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理的管理可以大大降低這種醫(yī)療錯(cuò)誤。

本文研究了一種基于RFID 技術(shù)的信息管理系統(tǒng)，可以將RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)通過(guò)讀寫(xiě)器識(shí)別后發(fā)送給上位機(jī)管理系統(tǒng)，上位機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、分類(lèi)、存儲(chǔ)、備份等操作，方便快捷地獲取產(chǎn)品信息。通過(guò)使用RFID 技術(shù)來(lái)進(jìn)行醫(yī)用物品信息登記及更新，相比于傳統(tǒng)條形碼具有很大的優(yōu)勢(shì)。

2   RFID概述

2.1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

RFID 系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、天線、讀寫(xiě)器、上位機(jī)管理系統(tǒng)組成。電子標(biāo)簽是一個(gè)微型無(wú)線收發(fā)裝置，內(nèi)置天線和芯片，可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)^[6-7]。讀寫(xiě)器是一種接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)的設(shè)備，其不僅可以接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)，也可以將新數(shù)據(jù)寫(xiě)入到RFID 標(biāo)簽中。上位機(jī)管理系統(tǒng)可以通過(guò)物理I/O（輸入輸出）接口連接讀寫(xiě)器，對(duì)讀寫(xiě)器進(jìn)行頻段、讀寫(xiě)速率等參數(shù)設(shè)置，并可以通過(guò)讀寫(xiě)器獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)，對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行管理[8]。RFID 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.2 RFID標(biāo)簽分類(lèi)及其特點(diǎn)

RFID 標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間根據(jù)標(biāo)簽的供電方式可以將其分為三類(lèi)：無(wú)源RFID 標(biāo)簽、有源RFID 標(biāo)簽、半有源RFID 標(biāo)簽^[9-10]。

無(wú)源RFID 電子標(biāo)簽自身不需電源供電，它通過(guò)接收讀寫(xiě)器輸出的微波信號(hào)和通過(guò)電磁感應(yīng)線圈獲取能量進(jìn)行短暫供電，所以無(wú)源標(biāo)簽只有在與讀寫(xiě)器一定范圍內(nèi)才能將信息發(fā)送給讀寫(xiě)器。無(wú)源RFID 標(biāo)簽不需要供電模塊，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是受通信距離限制，只能用于近距離的信息識(shí)別，主要工作在低頻段。

有源RFID 標(biāo)簽使用外接電源供電，可以主動(dòng)向讀寫(xiě)器發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，相對(duì)于無(wú)源RFID 標(biāo)簽其體積比較大，但是傳輸距離和傳輸速率有了很顯著的提升，最高傳輸距離可達(dá)百米。有源RFID 標(biāo)簽主要工作在高頻頻段，且具有一次識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的功能^[11]。

而半有源RFID 標(biāo)簽通過(guò)自主供電模式實(shí)現(xiàn)良好的傳輸距離和傳輸速率。一般情況下半有源RFID 標(biāo)簽處于休眠狀態(tài)，只給標(biāo)簽中數(shù)據(jù)部分供電，耗電量很小。只有在接收到讀寫(xiě)器低頻信號(hào)后才會(huì)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，在工作狀態(tài)下再發(fā)送高頻信號(hào)將數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫(xiě)器。其通常應(yīng)用在一個(gè)高頻信號(hào)所能覆蓋的大范圍中，在不同位置安置多個(gè)低頻讀寫(xiě)器用于激活半有源RFID 標(biāo)簽，既完成了標(biāo)簽定位又完成數(shù)據(jù)采集和傳遞。

2.3 RFID標(biāo)簽優(yōu)勢(shì)

RFID 標(biāo)簽相比于傳統(tǒng)條形碼來(lái)說(shuō)，在獲取標(biāo)簽信息的操作機(jī)制、重復(fù)使用性、環(huán)境適應(yīng)性、獲取數(shù)據(jù)速度、應(yīng)用領(lǐng)域等方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)^[12-13]。表1 所示為RFID 標(biāo)簽與傳統(tǒng)條形碼的比較結(jié)果。

3   系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文研究了一種基于RFID 技術(shù)進(jìn)行標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集及管理記錄的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含硬件設(shè)計(jì)、軟件流程設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該系統(tǒng)包含RFID標(biāo)簽，以及由無(wú)線收發(fā)模塊、MCU（微控制器）控制模塊、存儲(chǔ)模塊、物理接口組成的讀寫(xiě)器，電源供電模塊以及上位機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。其中RFID 標(biāo)簽可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)讀寫(xiě)器讀取或者寫(xiě)入數(shù)據(jù)信息，讀寫(xiě)器與上位機(jī)通過(guò)物理接口連接，將獲取的標(biāo)簽信息傳遞到上位機(jī)管理系統(tǒng)，也可以在上位機(jī)設(shè)置一些參數(shù)修改RFID 標(biāo)簽的信息。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

3.2 軟件流程設(shè)計(jì)

軟件操作流程如圖3 所示。

根據(jù)軟件操作流程：首先準(zhǔn)備一定數(shù)量的無(wú)源RFID 標(biāo)簽，并將天線與讀寫(xiě)器連接。然后將標(biāo)簽放入天線的接收范圍內(nèi)，將讀寫(xiě)器接通電源。讀寫(xiě)器上電后使用USB（通用串行總線）線連接讀寫(xiě)器與上位機(jī)軟件，上位機(jī)軟件各界面的初始狀態(tài)為灰色，表示禁止相關(guān)設(shè)置，如圖4 所示。正確設(shè)置串口號(hào)和波特率，點(diǎn)擊連接讀寫(xiě)器，如果讀寫(xiě)器接入成功，軟件界面各選擇框和按鈕可以進(jìn)行選擇和點(diǎn)擊界面，如圖5 所示；如果連接失敗，就需檢查讀寫(xiě)器與計(jì)算機(jī)間連接是否正確。在軟件連接讀寫(xiě)器成功后，選擇讀取標(biāo)簽界面，點(diǎn)擊開(kāi)始讀取，讀取成功輸出標(biāo)簽信息，讀取失敗則重新設(shè)置測(cè)試環(huán)境。

圖4 上位機(jī)軟件初始狀態(tài)

圖5 上位機(jī)軟件連接狀態(tài)

4   系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析

4.1 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試時(shí)將14 個(gè)無(wú)源RFID 標(biāo)簽和讀寫(xiě)器布置在測(cè)試環(huán)境中，讀寫(xiě)器帶有8 個(gè)TNC（射頻同軸連接器）天線接口，任意選擇3 個(gè)接口接入3 根天線，RFID 標(biāo)簽布置在天線覆蓋范圍內(nèi)，使用USB 轉(zhuǎn)串口將讀寫(xiě)器與上位機(jī)軟件連接。系統(tǒng)工作頻率為840~960 MHz，支持符合EPCCLASS1 G2、ISO18000-6B 標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽；輸出功率為33 dBm；供電使用單+9 V 供電，可以使用POE供電。

4.2 結(jié)果分析

連接讀寫(xiě)器成功后選擇測(cè)試標(biāo)簽界面，開(kāi)始查詢標(biāo)簽，標(biāo)簽查詢成功如圖6 所示。

圖6 中顯示已查詢到標(biāo)簽數(shù)量為14，與實(shí)際放置的標(biāo)簽數(shù)一致，并可看到14 個(gè)標(biāo)簽查詢時(shí)間只有0.296 s，比傳統(tǒng)的條形碼查詢更快、更高效。此外圖中還顯示累計(jì)查詢數(shù)量可以達(dá)到計(jì)數(shù)的功能，對(duì)統(tǒng)計(jì)匯總有一定的參考價(jià)值。

圖6 標(biāo)簽查詢成功

5   結(jié)束語(yǔ)

RFID 系統(tǒng)讀取標(biāo)簽信息準(zhǔn)確、快速，且在一定范圍內(nèi)不需對(duì)準(zhǔn)的特點(diǎn)，可以廣泛地應(yīng)用在生活的各個(gè)方面，將RFID 技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療行業(yè)具有廣闊的前景。RFID 系統(tǒng)結(jié)合醫(yī)療信息化管理系統(tǒng)可以更方便快捷的登記和更新各種醫(yī)療物品信息和人員信息，減少因信息差錯(cuò)產(chǎn)生的醫(yī)療事故。RFID 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，標(biāo)簽?zāi)陀眯詮?qiáng)，能適應(yīng)惡劣環(huán)境，應(yīng)用范圍廣泛，為極端環(huán)境下產(chǎn)品信息采集與維護(hù)提供了途徑。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年3月期）