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基于RFID技术的医院物资识别系统的研究
作者：应俊 王剑 李开元 胡敏露
来源：RFID世界网
日期：2007-06-29 14:49:47
摘要：一种适于在医院库房管理中应用的基于RFID技术的物资识别系统，该系统通过将无线识别解决方案与射频通信技术相结合，实现对库房药品耗材以及设备的库存情况进行准确的识别、记录、统计，不仅节省了人力，也提高了工作效率。
RFID(Radio Frequency Identification)~术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现的无接触式信息传递， 并通过所传递的信息达到识别目的的技术。其工作原理为：当带有电子标签的物品在读写器的可读范围时，读写器发出的查询信号将会激活标签，标签根据接收到的查询信号要求反射信号，读
写器接收到标签反射回的信号后，经过内部电路的解码处理可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的m。然后进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点．可支持快速读写、 非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理，且RFID标签可以完全替代条码功能并比条码更有优越性，以上特点均为RFID技术在医院库房管理中的推广提供了便利。
1 系统概述
在RFID识别系统中，1台库房内计算机的串口连上无收发设备即可设为中央站，其与多个无线手持式RFID终端可通过无线射频通信进行实时的接收或上传数据，无线通信的距离可以达到室内50m，覆盖到库房内的全部空间。手持终端对物资上所贴的电子标签进行读写操作，手持式RFID终端具有体积小、重量轻、机动性强、性能优等特点。通过手持终端， 计算机可以及时地采集或修改电子标签内的物资信息。无线手持式RFID终端包括单片机控制模块、RFID模块、无线通信、键盘、显示与电源等部分组成，中央站的计算机连接到库房的管理数据库，能够将通过无线传输的物资信息及时更新到数据库．整个系统的结构如图1所示。其中，我们选用MSP430Fl121A型单片机作为控制模块的核心芯片．RFID解决方案采用为Mifare标签与MF RC522读写IC。RF通信模块采用单片射频收发器nRF905。
2．1 控制模块
MSP430F1121A为16位微控制器， 它为20管脚POWB 封装，具有体积小、功耗低等特点，且具备足够的硬件资源，其 中包括4KB ROM，256B RAMfl1 。微控制器采用普通I／O 口模拟SPI接口与RFID模块以及RF通信模块进行通信。SPI接口主要由CSN、SCK、MOSI和MISO端口组成，传输的时钟SCK由微处理器决定，数据的收发通过MOSI和MISO完成，每个时钟信号的上升沿收发一位数据嘲。在无线手持式RFID终端上，微处理器还连接有键盘与点阵汉字显示模块，键盘包括读标签、写标签、查询等，显示模块能够实时显示当前手持设备的工作状态以及所扫描标签的详情等。
2．2 RFID方案
系统以采用Mifare标签以及读写芯片MF RC522作为RFID解决方案，Mifare标签容量为1-8KB不等，数据可以保存10年，读写次数达10万次。由于采用多重加密算法与反冲突机制．提高了数据存储与交换的安全性。标签与读写芯片之间的高速RF通讯速率可达106kBPS， 整个刷标签过程在100ms内完成。
MF RC522是一款非接触式低功耗读写基站芯片，它应用于13．56MHz非接触式通信中高集成IC系列中。该系列利用了先进的调制和解调概念．完全集成了13．56MHz下所有类型的被动非接触式通读方式和协议。MF RC522支持ISO14443A所有的层．传输速度最高达424Kbps．具有3种主机接口方式：SPI模式、UART模式、I2C模式。我们采用SPI接口进行数据交换。其微处理器读写数据时序示意见表1、表2。
该部分是采用无线收发模块nRF905来完成的．芯片工作于433／868／915MHz 3个ISM(T业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650~s。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成．不需外加声表滤波器，芯片采用ShockBumtTM 工作模式， 自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)．使用SPI接口与微控制器实现无缝连接，配置非常方便。芯片的寄存器主要由状态、射频配置、发送地址、发送数据和接收数据5个寄存器组成。其中，状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息： 射频配置寄存器包含收发器配置信息．如频率和输出功能等：发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送数据包的信息，如字节数等：接收数据寄存器包含有接收数据的字节数等信息。当nRF905进入关机模式或空闲模式时，寄存器中的内容保持不变。
3 软件设计
系统的软件设计包括手持式终端控制程序与计算机上的数据库程序。数据库除了管理着库房内全部物资信息．还通过与中央站的无线收发设备进行通信来管理多个无线手持式终端的工作。手持式终端工作时会不断地与中央站进行数据与指令的交换。其工作流程如图2所示。
早在1983年世界著名零售公司沃尔玛采用自动识别技术来管理库房物资．不但减少了库管人员的数量，而且降低了工作强度，减少了管理成本。医疗医药行业是个不允许出错的行业，对医院药品耗材与器械的库房管理要求高度准确，因稍有不慎就可能埋下酿成医疗事故的隐患。因此，在医疗物资流通的每个环节，如进货、
入库、点验、上架、保管、盘点、出库等，均需要正确无误地记录物资的品名、数量等基本信息，若采用人工记录，不仅管理成本高，工作效率低，工作量大，而且准确率得不到保证。通过RFID识别技术识别，可以快速准确地将物资的资料传到医院信息系统中，以便对药品、耗材等随时进行查询与统计。掌握药品、耗材精准的库存与使用信息，对医院进行科学的计划与采购有重要的指导意义。本研究也为RFID技术在医疗卫生事业中的推广提供了一些思路与方法。
写器接收到标签反射回的信号后，经过内部电路的解码处理可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的m。然后进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点．可支持快速读写、 非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理，且RFID标签可以完全替代条码功能并比条码更有优越性，以上特点均为RFID技术在医院库房管理中的推广提供了便利。
1 系统概述
在RFID识别系统中，1台库房内计算机的串口连上无收发设备即可设为中央站，其与多个无线手持式RFID终端可通过无线射频通信进行实时的接收或上传数据，无线通信的距离可以达到室内50m，覆盖到库房内的全部空间。手持终端对物资上所贴的电子标签进行读写操作，手持式RFID终端具有体积小、重量轻、机动性强、性能优等特点。通过手持终端， 计算机可以及时地采集或修改电子标签内的物资信息。无线手持式RFID终端包括单片机控制模块、RFID模块、无线通信、键盘、显示与电源等部分组成，中央站的计算机连接到库房的管理数据库，能够将通过无线传输的物资信息及时更新到数据库．整个系统的结构如图1所示。其中，我们选用MSP430Fl121A型单片机作为控制模块的核心芯片．RFID解决方案采用为Mifare标签与MF RC522读写IC。RF通信模块采用单片射频收发器nRF905。
2．1 控制模块
MSP430F1121A为16位微控制器， 它为20管脚POWB 封装，具有体积小、功耗低等特点，且具备足够的硬件资源，其 中包括4KB ROM，256B RAMfl1 。微控制器采用普通I／O 口模拟SPI接口与RFID模块以及RF通信模块进行通信。SPI接口主要由CSN、SCK、MOSI和MISO端口组成，传输的时钟SCK由微处理器决定，数据的收发通过MOSI和MISO完成，每个时钟信号的上升沿收发一位数据嘲。在无线手持式RFID终端上，微处理器还连接有键盘与点阵汉字显示模块，键盘包括读标签、写标签、查询等，显示模块能够实时显示当前手持设备的工作状态以及所扫描标签的详情等。
2．2 RFID方案
系统以采用Mifare标签以及读写芯片MF RC522作为RFID解决方案，Mifare标签容量为1-8KB不等，数据可以保存10年，读写次数达10万次。由于采用多重加密算法与反冲突机制．提高了数据存储与交换的安全性。标签与读写芯片之间的高速RF通讯速率可达106kBPS， 整个刷标签过程在100ms内完成。
MF RC522是一款非接触式低功耗读写基站芯片，它应用于13．56MHz非接触式通信中高集成IC系列中。该系列利用了先进的调制和解调概念．完全集成了13．56MHz下所有类型的被动非接触式通读方式和协议。MF RC522支持ISO14443A所有的层．传输速度最高达424Kbps．具有3种主机接口方式：SPI模式、UART模式、I2C模式。我们采用SPI接口进行数据交换。其微处理器读写数据时序示意见表1、表2。
该部分是采用无线收发模块nRF905来完成的．芯片工作于433／868／915MHz 3个ISM(T业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650~s。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成．不需外加声表滤波器，芯片采用ShockBumtTM 工作模式， 自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)．使用SPI接口与微控制器实现无缝连接，配置非常方便。芯片的寄存器主要由状态、射频配置、发送地址、发送数据和接收数据5个寄存器组成。其中，状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息： 射频配置寄存器包含收发器配置信息．如频率和输出功能等：发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送数据包的信息，如字节数等：接收数据寄存器包含有接收数据的字节数等信息。当nRF905进入关机模式或空闲模式时，寄存器中的内容保持不变。
3 软件设计
系统的软件设计包括手持式终端控制程序与计算机上的数据库程序。数据库除了管理着库房内全部物资信息．还通过与中央站的无线收发设备进行通信来管理多个无线手持式终端的工作。手持式终端工作时会不断地与中央站进行数据与指令的交换。其工作流程如图2所示。
早在1983年世界著名零售公司沃尔玛采用自动识别技术来管理库房物资．不但减少了库管人员的数量，而且降低了工作强度，减少了管理成本。医疗医药行业是个不允许出错的行业，对医院药品耗材与器械的库房管理要求高度准确，因稍有不慎就可能埋下酿成医疗事故的隐患。因此，在医疗物资流通的每个环节，如进货、
入库、点验、上架、保管、盘点、出库等，均需要正确无误地记录物资的品名、数量等基本信息，若采用人工记录，不仅管理成本高，工作效率低，工作量大，而且准确率得不到保证。通过RFID识别技术识别，可以快速准确地将物资的资料传到医院信息系统中，以便对药品、耗材等随时进行查询与统计。掌握药品、耗材精准的库存与使用信息，对医院进行科学的计划与采购有重要的指导意义。本研究也为RFID技术在医疗卫生事业中的推广提供了一些思路与方法。
