基于PIC32的醫院新生嬰兒防盜系統設計

　　1項目概述

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　　本項目主要是完成具有防錯抱、防被偷及門(mén)禁功能的新生嬰兒防盜系統研究與實(shí)現，具體工作包括以下部分：

　　系統基本功能：

　　建立主動(dòng)式電子標簽(紐扣電池供電);

　　實(shí)現對電子標簽識別與應答的閱讀器;

　　研究PIC32單片機的中心處理硬件的開(kāi)發(fā);

　　在相關(guān)的出口建立檢測器;

　　建立異常情況處理機制，例如嬰兒標記被破壞，標記檢測不到，嬰兒進(jìn)去非法區域等，系統對于相應的情況進(jìn)行相關(guān)的處理;

　　擴展功能：

　　實(shí)現與醫院網(wǎng)絡(luò )連接，并和醫院的包圍中心進(jìn)行聯(lián)動(dòng);

　　可以加入電子溫度感應，對新生嬰兒進(jìn)行體溫測量，防止嬰兒發(fā)燒或者低燒，發(fā)現較晚引起不良的結果。

　　1.2開(kāi)發(fā)背景

　　無(wú)線(xiàn)射頻識別(RFID)技術(shù)是一項已經(jīng)存在數十年的應用技術(shù)，其在物流與供應連接領(lǐng)域的應用才剛剛起步，在其他領(lǐng)域的應用也還處于早期階段。RFID具有非可視識別、識別距離較遠、環(huán)境適應性強、具有唯一的ID號、偽造與克隆困難、數據可以現場(chǎng)改寫(xiě)和數據存儲量較大的特點(diǎn)。近年來(lái)，RFID技術(shù)在許多方面取得長(cháng)足的進(jìn)步，例如日本哈理資公司制造的旋轉式封裝機使電子標簽的單臺年封裝能力達到兩億枚;RCG宏霸數碼科技(北京)有限公司將RFID與生物識別并重;軟件工程國家工程研究中心在公共信息平臺上已經(jīng)取得初步的成功;甲骨文公司的“基于RFID傳感器技術(shù)信息化管理”;諾基亞公司的“諾基亞的NFC驗證方案”等。

　　醫院每天都有新生嬰兒誕生，由于新生嬰兒外貌特征相似，且沒(méi)有理解和表達能力，若不加以有效標識往往會(huì )造成嬰兒錯抱及嬰兒被盜等問(wèn)題，給醫院及嬰兒家庭帶來(lái)災難性的后果。為了有效避免這種問(wèn)題的出現，我們設計了一種基于RFID技術(shù)的嬰兒防盜系統，能夠徹底防止嬰兒在醫院內被盜，有效保護嬰兒的安全。無(wú)線(xiàn)射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，可通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象.無(wú)需可見(jiàn)光源，具有穿透性，無(wú)需與目標直接接觸就可以獲取數據。

　　醫院是人員復雜、流動(dòng)量又非常大的公共場(chǎng)所。近年來(lái)，新生嬰兒在醫院被丟失、盜竊的事件經(jīng)常發(fā)生，傳統的嬰兒監護管理通常由采用可視識別文字、條碼、卡片來(lái)識別的人工看護管理方式,該管理方式往往容易因錯誤識別而導致被調換和被盜竊事件發(fā)生,給醫院和家屬帶來(lái)巨大損失和影響。

　　在此提出一種全新的基于RFID技術(shù)的新生兒電子防盜系統應用設計方案,由于RFID具有遠距離非接觸快速準確的讀取特性,非常適合用來(lái)對新生兒特征信息進(jìn)行讀取和監控,系統中數據處理更加合理科學(xué),系統運行可靠.

　　現在,新生兒病區由于缺乏可靠的嬰兒識別產(chǎn)品,采用的是一塊膠布,上面寫(xiě)著(zhù)病人的病床號,貼在病兒的頭部和手部,它是該病人在整個(gè)住院期間重要標識,由于膠布在洗澡、頭皮輸液后都需要重新填貼。另外,新生兒皮膚嬌嫩,如果病人住院時(shí)間較長(cháng),皮膚都會(huì )出現紅腫等皮膚過(guò)敏現象,經(jīng)常引起病人家屬的不滿(mǎn),造成不必要的醫療糾紛。為防止皮膚過(guò)敏,每天都要換地方重新粘貼,同時(shí)手寫(xiě)資料可能太潦草難以辨認,有時(shí)無(wú)法獲得正確信息,而且重復書(shū)寫(xiě)導致工作負擔加重?；谏鲜鲈?我們借助現代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在醫院的廣泛使用,將RFID(Radio Frequency ID)技術(shù)引進(jìn)到醫院新生兒管理上來(lái),做了一些嘗試。本文提出一種基于RFID的嬰兒監護系統應用模型,通過(guò)對RFID的數據采集、傳輸、處理、存儲、管理的流程闡述了RFID的新的應用模式結構,旨在對RFID的企業(yè)應用模型給出些借鑒的方案。

　　1.3 項目的意義

　　近年來(lái),新生嬰兒在醫院被盜的事件頻頻發(fā)生,傳統的嬰兒管理通常采用可視識別條碼、卡片來(lái)識別的人工看護管理方式,新生嬰兒往往特征相似而難以區分,而且其本身的理解和表達能力欠缺,如果不加以有效地標識往往會(huì )造成錯誤識別而被調換,結果會(huì )給事件所涉及的各方帶來(lái)無(wú)可挽回的巨大影響。因此克服了傳統的用做與網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)通信的監管系統(如下圖)具有接口不足，并且當醫院局域網(wǎng)出現故障時(shí)會(huì )出現信息的滯后性。以及改進(jìn)了傳統應答機制，實(shí)現智能化管理。

　　我們將傳統系統的中間件，以及傳統系統通過(guò)醫院局域網(wǎng)進(jìn)行的數據分析以及與相關(guān)業(yè)務(wù)平臺向對應的控制操作，集成在一塊MCU嵌入式系統中，由嵌入式系統做出智能的判斷。實(shí)現了系統平臺的多功能化，以及微小型化，通用性增強?？梢约尤敫嗟哪K功能，實(shí)現新生嬰兒管理的完全智能化。

　　2 詳細設計

　　本部分主要介紹基于RFID的新生嬰兒防盜，防錯抱系統的總體思路和研究方向，在實(shí)施過(guò)程中可能存在修改和變化。

　　2.1系統整體框圖

　　2.2功能描述

　　1..基本功能：

　　(1)這里我們所采用的基于PIC32的中心控制系統，使用The PIC32 Ethernet Starter Kit開(kāi)發(fā)板是一個(gè)功能強大的微控制器開(kāi)發(fā)板，并且其適用于嵌入式控制和機器人工程設計領(lǐng)域。作為檢控系統的中心控制芯片，以及與事件相關(guān)處理人員進(jìn)行通訊。其接受應答器發(fā)送的信息與數據，并對數據進(jìn)行分析，進(jìn)行精確的定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示出現在所有電子標簽的狀態(tài)，可以實(shí)時(shí)查看。并判斷出故障的地方與相應的編號。

　　(2)采用以每一個(gè)嬰兒或者其他監護人員配用一個(gè)電子標簽，電子標簽是采用主動(dòng)性電子標簽，使用紐扣型電池，具有工作可靠性高，作用距離遠等優(yōu)點(diǎn)。

　　(3)應答器則是用來(lái)感應電子標簽，在所裝有應答器的空間對所有的電子標簽進(jìn)行識別和地方確認。

　　(4)觸摸式液晶顯示，用于設置初始狀態(tài)，以及增加電子標簽和減少電子標簽(當嬰兒期滿(mǎn)出院，或者有新生兒出生)進(jìn)行相應的狀態(tài)輸入，以及數據的查詢(xún)。以及顯示對現狀的實(shí)時(shí)顯示，以及對突發(fā)狀況的特殊顯示(例如事故發(fā)生地點(diǎn)等)。

　　(5)如果有更多需要，則通過(guò)網(wǎng)絡(luò )或者GPRS等方式對相關(guān)人員進(jìn)行通知，要求進(jìn)行查證。也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與醫院的網(wǎng)絡(luò )中心進(jìn)行通訊，并且定時(shí)的將數據進(jìn)行備份記錄。

　　2.擴展功能：

　　(1)可以在模塊中加入其它生物，物理，化學(xué)等方面的傳感器，對相應的狀況進(jìn)行預警處理，例如在電子標簽中加入溫度感應，并且將可疑的情況進(jìn)行匯報，防止嬰兒或者病患的高燒或者低燒，導致問(wèn)題的發(fā)生，進(jìn)一步的保障病人的生命安全。

　　(2)可以在應答器中加入對氣體的感應模塊，有效的檢測空氣中的氣體成分，并對其分析，如果出現火災等事故，或者其他氣體的泄露等可以通過(guò)警報，并對相應的情況進(jìn)行適時(shí)的處理。

　　2.3硬件設計

　　中心控制模塊

　　PIC32的主頻可以達到80MHz,其帶有512K閃存，128K的RAM，以及集成的DMA，CAN和USB總線(xiàn)?？梢酝旰玫膶?shí)現本設計中的數據處理，以及數據存儲和與以太網(wǎng)通信的功能。通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現對閱讀器所采集數據的接收以及根據數據迅速的做出相應的判斷，以及可以通過(guò)此網(wǎng)絡(luò )實(shí)現與醫院網(wǎng)絡(luò )的通訊，以及根據原始數據進(jìn)行相關(guān)判斷并做出指示和控制。

　　觸摸屏模塊(人工輸入輸出顯示模塊)

　　我們所采用的是北京迪文科技有限公司的只能顯示終端DP104B，其帶有與PC機的DB9串口連接，可以實(shí)現與PC機的一致性，以及RS485接口，可以很好的與中心控制模塊實(shí)現數據的傳輸。迪文智能采用的是16位的顏色模式，最多可以表現65536種顏色，和可以接受外部訪(fǎng)問(wèn)的32MB用戶(hù)存儲器。完全的可以達到我們系統實(shí)現實(shí)時(shí)顯示的要求。以及可以在觸摸鍵盤(pán)上實(shí)現對系統的設置，以及一些數據的調用和改變，當一個(gè)嬰兒出院或者一個(gè)新生嬰兒出生時(shí)適當的設置。并且可以根據需求提供動(dòng)態(tài)數據統計顯示。

　　電子標簽與閱讀器

　　電子標簽采用的射頻模塊是nRF2401，其具有功耗低，體積小，成本低，便攜性強等優(yōu)點(diǎn)，它是一款新型的單片射頻收發(fā)器件，內置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調制器等功能模塊。其輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置，本系統采用2.4GHz的頻率。采用3V內置紐扣電池提供電源供電，可以實(shí)現主動(dòng)性識別。

　　閱讀器所使用的是nRF2401模塊，并采用3.3V直流供電，帶有RS485等接口，以及TCP/IP接口，實(shí)現與以太網(wǎng)的通信。