RFID技術(shù)在醫療設備管理系統中的研究與應用

來(lái)實(shí)現對非接觸式目標自動(dòng)識別的技術(shù)。進(jìn)入21 世紀以來(lái)，RFID 技術(shù)在人們的日常生活中應用越來(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(zhù)RFID 技術(shù)的推廣其在醫療行業(yè)內也發(fā)揮著(zhù)重要的作用，比如可以應用到對醫療藥品、醫用設備、倉儲管理、醫護人員信息管理等諸多方面[4]。

1   概述

據統計，美國每年因醫療錯誤造成的死亡人數在48,000 至96,000 之間，不僅是美國，全球每年由醫療錯誤引起的死亡人數始終居高不下，尤其在醫療條件相對落后的地區醫療錯誤的可能性更高[5]。導致這種現象的主要原因是知識和信息采集不足以及身份識別錯誤，因此對醫療系統進(jìn)行科學(xué)、合理的管理可以大大降低這種醫療錯誤。

本文研究了一種基于RFID 技術(shù)的信息管理系統，可以將RFID 標簽數據通過(guò)讀寫(xiě)器識別后發(fā)送給上位機管理系統，上位機管理系統對標簽數據進(jìn)行分析、處理、分類(lèi)、存儲、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)行醫用物品信息登記及更新，相比于傳統條形碼具有很大的優(yōu)勢。

2   RFID概述

2.1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

RFID 系統主要由電子標簽、天線(xiàn)、讀寫(xiě)器、上位機管理系統組成。電子標簽是一個(gè)微型無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置，內置天線(xiàn)和芯片，可以存儲數據^[6-7]。讀寫(xiě)器是一種接收標簽數據的設備，其不僅可以接收標簽數據，也可以將新數據寫(xiě)入到RFID 標簽中。上位機管理系統可以通過(guò)物理I/O（輸入輸出）接口連接讀寫(xiě)器，對讀寫(xiě)器進(jìn)行頻段、讀寫(xiě)速率等參數設置，并可以通過(guò)讀寫(xiě)器獲取標簽數據，對標簽數據進(jìn)行管理[8]。RFID 系統結構如圖1 所示。

2.2 RFID標簽分類(lèi)及其特點(diǎn)

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

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

有源RFID 標簽使用外接電源供電，可以主動(dòng)向讀寫(xiě)器發(fā)送數據信號，相對于無(wú)源RFID 標簽其體積比較大，但是傳輸距離和傳輸速率有了很顯著(zhù)的提升，最高傳輸距離可達百米。有源RFID 標簽主要工作在高頻頻段，且具有一次識別多個(gè)標簽的功能^[11]。

而半有源RFID 標簽通過(guò)自主供電模式實(shí)現良好的傳輸距離和傳輸速率。一般情況下半有源RFID 標簽處于休眠狀態(tài)，只給標簽中數據部分供電，耗電量很小。只有在接收到讀寫(xiě)器低頻信號后才會(huì )進(jìn)入正常工作狀態(tài)，在工作狀態(tài)下再發(fā)送高頻信號將數據發(fā)送給讀寫(xiě)器。其通常應用在一個(gè)高頻信號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 標簽，既完成了標簽定位又完成數據采集和傳遞。

2.3 RFID標簽優(yōu)勢

RFID 標簽相比于傳統條形碼來(lái)說(shuō)，在獲取標簽信息的操作機制、重復使用性、環(huán)境適應性、獲取數據速度、應用領(lǐng)域等方面都具有很大的優(yōu)勢^[12-13]。表1 所示為RFID 標簽與傳統條形碼的比較結果。

3   系統設計

本文研究了一種基于RFID 技術(shù)進(jìn)行標簽數據采集及管理記錄的系統，該系統主要包含硬件設計、軟件流程設計兩個(gè)部分。

3.1 硬件設計

系統整體硬件結構如圖2 所示。該系統包含RFID標簽，以及由無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、MCU（微控制器）控制模塊、存儲模塊、物理接口組成的讀寫(xiě)器，電源供電模塊以及上位機數據管理系統。其中RFID 標簽可以存儲數據信息，可以通過(guò)讀寫(xiě)器讀取或者寫(xiě)入數據信息，讀寫(xiě)器與上位機通過(guò)物理接口連接，將獲取的標簽信息傳遞到上位機管理系統，也可以在上位機設置一些參數修改RFID 標簽的信息。

圖2 系統硬件結構圖

3.2 軟件流程設計

軟件操作流程如圖3 所示。

根據軟件操作流程：首先準備一定數量的無(wú)源RFID 標簽，并將天線(xiàn)與讀寫(xiě)器連接。然后將標簽放入天線(xiàn)的接收范圍內，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(xiàn)）線(xiàn)連接讀寫(xiě)器與上位機軟件，上位機軟件各界面的初始狀態(tài)為灰色，表示禁止相關(guān)設置，如圖4 所示。正確設置串口號和波特率，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)器與計算機間連接是否正確。在軟件連接讀寫(xiě)器成功后，選擇讀取標簽界面，點(diǎn)擊開(kāi)始讀取，讀取成功輸出標簽信息，讀取失敗則重新設置測試環(huán)境。

圖4 上位機軟件初始狀態(tài)

圖5 上位機軟件連接狀態(tài)

4   系統測試及結果分析

4.1 測試環(huán)境

測試時(shí)將14 個(gè)無(wú)源RFID 標簽和讀寫(xiě)器布置在測試環(huán)境中，讀寫(xiě)器帶有8 個(gè)TNC（射頻同軸連接器）天線(xiàn)接口，任意選擇3 個(gè)接口接入3 根天線(xiàn)，RFID 標簽布置在天線(xiàn)覆蓋范圍內，使用USB 轉串口將讀寫(xiě)器與上位機軟件連接。系統工作頻率為840~960 MHz，支持符合EPCCLASS1 G2、ISO18000-6B 標準的電子標簽；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 結果分析

連接讀寫(xiě)器成功后選擇測試標簽界面，開(kāi)始查詢(xún)標簽，標簽查詢(xún)成功如圖6 所示。

圖6 中顯示已查詢(xún)到標簽數量為14，與實(shí)際放置的標簽數一致，并可看到14 個(gè)標簽查詢(xún)時(shí)間只有0.296 s，比傳統的條形碼查詢(xún)更快、更高效。此外圖中還顯示累計查詢(xún)數量可以達到計數的功能，對統計匯總有一定的參考價(jià)值。

圖6 標簽查詢(xún)成功

5   結束語(yǔ)

RFID 系統讀取標簽信息準確、快速，且在一定范圍內不需對準的特點(diǎn)，可以廣泛地應用在生活的各個(gè)方面，將RFID 技術(shù)應用到醫療行業(yè)具有廣闊的前景。RFID 系統結合醫療信息化管理系統可以更方便快捷的登記和更新各種醫療物品信息和人員信息，減少因信息差錯產(chǎn)生的醫療事故。RFID 系統操作簡(jiǎn)單，標簽耐用性強，能適應惡劣環(huán)境，應用范圍廣泛，為極端環(huán)境下產(chǎn)品信息采集與維護提供了途徑。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年3月期）