基于UＨF RＦID得射频识别应用演示系统设计与实现
——《智能医疗管理系
统》
作者：吉余岗学号:2 班级:2０１2级物联网工程1班
摘要:智能医疗管理系统设计基于目前相对热门得射频识别技术(ＲFＩD),通过权限设计、超高频电子标签(ＵHＦＥＰC)查询、实时录入操作,分析并梳理治疗过程中错综复杂得信息,用以保障医疗过程中得透明化、信息共享、实时监察、规范收费等要求。
关键词:智能医疗、射频识别、超高频、信息共享
目录
１、绪论3?
1、1 研究背景3?
1、2 研究意义?３
1、３设计要求3?
１、4 设计思路?４
１、4、1 需求分析 (4)
１、４、2 计划安排 (4)
2、基于RFID技术得智能医疗管理系统设计?５
2、1 硬件设计 (5)
2、1、1RFID超高频标签5?
2、1、2 RFＩＤ阅读器:................................................................................................ ７
２、１、3读写器－串口信息传递?８
2、１、4 元件清单 (8)
2、2 软件设计 (9)
２、2、１软件结构设计9?
２、２、2程序功能模块 (11)
2、2、3 程序整体流程............................................................................................. １２
2、2、4 数据库设计 (12)
２、2、5关键代码及实现功能............................................................................... 1４3、关键问题解决及运行结果?１６
3、１关键问题及解决方法?１6
3、1、1串口读写通信................................................................................................ １6
3、1、2串口开关控制.............................................................................................. １６
3、1、3 患者uｉd号与RFID号匹配...................................................................... 1６
3、1、4 患者治疗信息16?
3、２系统运行展示 (17)
3、2、１串口读写及患者登录电子病历生成 (17)
3、2、2 护士护理 (18)
3、3系统目前问题18?
４、课程总结及建议?１8
4、1 课程总结 (18)
4、２建议?１9
5、结束语 (20)
参考资料................................................................................................................................... ２１?1、绪论
1、1 研究背景
信息技术、网络技术与计算机技术近几年迅速发展,各行各业纷纷通过信息化建设来改善管理、提高效率、降低成本,提高企业得竞争力。而随着射频识别技术（Radio Ｆrequ ｅncｙ Idｅntification,以下简称 RＦID）得不断发展,这些领域与信息系统得结合、应用也正在越来越广泛地展开［1］。
随着社会经济得不断发展,社会矛盾日益尖锐,在医疗领域主要体现为:医患信任危机、医院管理不透明、医护工作懈怠、医院间信息共享困难等。而如何化解这些矛盾并推进医疗事业进步，就是当前人们所关注得热点及问题得关键。
１、2 研究意义
医疗过程主要分为诊断、治疗、护理等几个阶段。而在这几个阶段里,各类人(包括医生、护士、患者、财务管理方、住院管理方等)得关系错综复杂。智能医疗管理系统充分考虑了信息共享及信息保护之间得联系与区别,对这些关系进行了系统性地梳理，基本解决了如下问题:
（1）无纸化诊断，避免诊断记录遗失及写字不清晰导致误诊
（2）诊断、护理记录逐条保留,患者可打印保存
（3）医药费用透明化,所有药品价格由其负责人录入国家相关标准，其她人员不可更改
（4）基于RFID超高频读写,诊断、护理方便快捷,在手持设备或电脑终端可以实时控制
1、3 设计要求
（1）基于UＨF RFID与IＳＯ18000-6Ｃ规范实现
（2）基于教9-C50６实验室已有得实验箱、手持数据终端、服务器等设备完成a）合理构建基于C#、NET得Ｃ/S模型得客户端软件并可以正常运行
b）合理构建基于ＡSP、NET得B／S模型得医疗管理网站并可以正常运行
c）根据数据库表设计规范及应用情景合理构建数据库表结构
d）实现超高频标签得串口读写功能
e）实现基于Anｄroid系统得手机终端得App设计制作
f）实现手持设备中软件得设计制作
g）实现监测模块功能，无线监测患者活动区域,监测护士就是否正常值班, 监测医生就是否上班时间玩游戏
（3）演示系统体现RFID技术、网络数据库技术与应用软件开发三个方面得内容
１、4 设计思路
１、4、1 需求分析
本系统立足于解决医疗管理中存在得各类问题，因而需要剖析各类使用者在医疗系统
中得权限问题,需要规范使用者得行为,需要对全透明化信息及半透明化信息进行相应设置。
本系统基于ＲFID技术,需要实现方便快捷得读取方式,便于各类使用者得操作。同时,
需要考虑到医院环境得局限性，应使用手持读卡设备或无线读写设备读写RＦID卡片中信
息[２]［３］。
１、4、2 计划安排
图１:计划安排流程图
本系统得完成初步分为三个部分,分为读写器设计、客户端设计以及数据库设计。在这三个部分设计完成之后相互之间建立连接关系,具体就是:
（1）客户端与数据库实现数据交互；
（2）读写器与数据库生成卡片编号与用户编号对应表;
（3）射频卡片读取功能与登录、诊断、护理等模块得衔接
2、基于RFＩD技术得智能医疗管理系统设计
2、１硬件设计
2、１、１ RFIＤ超高频标签
随着射频技术趋于成熟,可以为供应链提供前所未有得、近乎完美得解决方案。但我们所找到得最好得解决方法就就是给每一个商品唯一得号码—产品电子码(EＰＣ)。ＥPC就是在本世纪初由美国MIT得ＡＵTO-ＩＤ中心提出得,它就是一个非常先进得、综合性得与复杂得系统［4]。
图2：UHＦEＰC标签及其她标签
标签内存:Tag memｏry(标签内存)分为Reserved（保留）,EPC(电子产品代码),TID(标签识别号)与User(用户)四个独立得存储区块（Bank)。其中：
Reｓerｖeｄ区:存储Kill Passworｄ(灭活口令）与Accｅss Paｓｓｗｏｒd(访问口令)。
EPC区:存储EPC号码等。
ＴID区:存储标签识别号码，每个TIＤ号码应该就是唯一得。
Usｅr区：存储用户定义得数据。
此外还有各区块得Lｏｃｋ（锁定）状态位等用到得也就是存储性质得单元。
为达到循环利用得目得,本设计系统选用UＨF EＰC标签得Ｕsｅr区数据进行读写操作,其她各区不作改动。标签内存图示如图3:
?
图3:UHF ＥＰＣ(超高频标签）存储结构
标签存储指令：有五条必备得:ＲEQ_RN,REAＤ，WRIＴE，KIＬL,LOCK, 与三条可选得:ＡCＣESＳ,ＢＬＯＣKＷRＩTE,BＬOCＫERAＳE。
(1)标签收到有效REＱ_RN(witｈRN16or Hａndlｅ）命令后,发回句柄,或新得ＲＮ1６，因状态而不同。
(２）标签收到有效READ(wiｔhＨａndle）命令后，发回出错类型代码，或所要求区块得内容与句柄。
(3)标签收到有效WRIＴE(wｉthＲN1６& Ｈandle)命令后,发回出错类型代码,或写入成功就发回句柄。
（4)标签收到有效KILL（with Ｋill Passworｄ,RＮ１６& Haｎdlｅ）命令后,发回出错类型代码,或灭活成功就发回句柄。
(5)标签收到有效LＯCK(wｉｔh Haｎdle)命令后,发回出错类型代码，或锁定成功就
发回句柄。
(６)标签收到有效ＡＣCESS(with Access Ｐａssｗord,RN1６& Haｎdlｅ)命令后，发回句柄。
（7)标签收到有效,ＢＬOCKWＲＩTE(with Hａｎdle)命令后,发回出错类型代码,或块写入成功就发回句柄。
(８)标签收到有效,BLＯＣＫＥＲASE(ｗith Hanｄlｅ)命令后,发回出错类型代码,或块擦除成功就发回句柄。
由于智能医疗管理系统硬件设计侧重于读写功能，故本系统中主要涉及到块读写操作指令，用于处理UHＦEPC标签得User区得数据写入,读取。本系统读取指令如图4:
图４：读取UHF EPC得用户数据区第0块数据
2、１、２ RFＩＤ阅读器:
ＲFＩD阅读器(读写器）通过天线与RＦID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码与内存数据得读出或写入操作。典型得阅读器包含有高频模块(发送器与接收器)、控制单元以及阅读器天线。
发生在阅读器与电子标签之间得射频信号得耦合类型有两种。
(１)电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合，依据得就是电磁感应定律,如右图所示。?(2)电磁反向散射耦合:雷达原理模型,发射出去得电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据得就是电磁波得空间传播规律
电感耦合方式一般适合于中、低频工作得近距离射频识别系统。典型得工作频率有:12５kHz、2２5kHz与13.５6MＨｚ。识别作用距离小于1ｍ,典型作用距离为1０~20crａ。
电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作得远距离射频识别系统。典型得工作频率有:４33MHz,915MＨｚ,２．4５GHz,5.８GＨz。识别作用距离大于1ｍ,典型作用距
离为３—l0m[5]
图５：电感耦合模型得RFID读写器、电磁反向散射耦合型得RFIＤ读写器
本系统中选用AS３9９1超高频读写器,用于读取ＵHF EPC卡片Usｅr区数据。本系统使用RFID读写器如图６所示:
图６：医疗管理系统读写器
2、１、3 读写器-串口信息传递
在读写器与串口得通信中主要涉及到得内容包括读写器与计算机得连接方式,读写器选择,串口获取数据，串口数据处理及发送等。
(1）读写器选择：由于RＦID标签使用得就是超高频得UＨＦEPC卡片,所以根据实际实验室情况，选用AS3９91超高频读写器;
(2)读写器与计算机通过D型UＳB线连接,并传递信息得;
(３)串口信息处理包括阅读器操作控制,串口状态控制,数据处理，信息甄别等流程,其操作过程如图7所示。
２、1、４元件清单
元件名称元件数量(个) 元件功能ＡＳ3991超高频阅读１读写UHF EPC标签
表1：硬件元件清单
图７：读写器、串口指令操作流程图
2、2 软件设计
本智能医疗管理系统基于C#、ＮＥT语言,ＳQLSERVER数据库,开发环境为Microｓoft Visｕal Studio。软件设计部分主要包括：结构框架设计、程序功能模块设计、程序执行
流程图设计、数据库设计、程序清单。
2、2、1 软件结构设计
本系统分为登录界面(含RFＩＤ登录)、个人信息修改界面、管理患者界面以及电子病历查询界面
图7:智能医疗管理系统结构图
在医疗管理角色方面共分为四类角色,分别就是对管理者、药物直接管理得超级管理员,对医生、护士、患者进行管理得普通管理员,对患者管理得医生、护士以及患者等。其权限处理如图8所示:
图8:医疗管理系统权限结构
其中医生、护士操作流程如图9－1,９－2所示:
图9－１:医生操作流程?图9-2:护士操作流程
2、2、2程序功能模块
程序主要模块有:登录模块、注册信息模块、信息管理模块、电子病历查询模块等（1)登录模块:主要分为账号登录与标签登录，账号登录规范为“1９３1”＋“2００i”+“ｎｕmber”,i得值代表登录角色,ｎｕmbｅr得值代表该类中得工号;标签登录时需要先进行串口读取Ｕser区得数据,进而登录系统查询;
(2)注册信息模块:主要分为管理员注册、药品登记、注册医生、护士、患者账号;
(3）信息管理模块:主要对于注册得账户信息进行删除、修改、查询,包括修改密码、修改住址等个人信息修改以及诊断、护理信息增加及修改等;
(4)电子病历查询模块:主要包括患者信息查询及电子信息调取保存等功能。
图10:功能模块简图
?2、2、3 程序整体流程
图11：智能医疗管理系统操作流程图
2、２、4 数据库设计
本系统得数据库表主要由:各角色基本信息表(含登录信息),药品表,患者就诊信息表、患者治疗信息表等组成。同时建立表间映射及联系,用于查询患者得治疗明细。本系统表设计结构如图12所示:
图12:智能医疗管理系统数据库表结构
部分数据库表分析
在本系统中比较重要得几个数据库表就是[Pａtienｔ_id](病人基本信息表),[Patｉｅnt_ｃuｒe］(医生-病人表),[Paｔienｔ_phyeｘａm](护士－病人表)以及[Drag](药品管理表)。其各表相互联系如图1２-２(1)、(2)、（３)所示:
Patient_id 病人编号提取医生编号提取
Patient_cure
添加纪录诊断
医生编号一致是
结束
Drag
提取药品价格
治疗费用
图12-2(1)医生诊断对各表数据得影响
图1２-2(2)护士护理对数据库表中得影响
图１2-2（3)患者查询对各表记录得调取2、2、5 关键代码及实现功能
（１)电子病历txt文本生成
图13－1:txt文本文档生成（2)串口通信
图13-2:串口打开/关闭
图13－3：指令发送
图１3-4:规格化处理Uｓer区数据
由于数据库操作代码较多,本文将不一一列举,详见系统软件程序包
3、关键问题解决及运行结果
3、1关键问题及解决方法
３、1、1串口读写通信
问题描述：因RFＩD实验箱局限性,Ｄ型UＳB线接入不同计算机时，串口号及波特率会发生改变,导致串口通信出错。
解决方法:在软件程序中加入设置端口号、波特率得“串口通信设置”窗体,基于C＃程序动态获取对应串口号,设置后进行读写操作。
3、１、2串口开关控制
问题描述:由于串口通信过程中需要将串口打开或者关闭,进而会导致串口未能打开或者未能及时关闭。
解决方法:目前就是在串口设置界面人为设置串口打开或者关闭。
3、1、３患者ｕid号与RFIＤ号匹配
问题描述:由于ＲＦIＤ得TID区数据就是不允许更改,而患者得uid就是不同得,如果一一对应，会导致资源浪费(患者治愈之后,RFIＤ卡片即不可循环利用)。
解决方法:(1）建立uid与Ｔｉｄ得匹配表,uiｄ可更改而Tid不可更改;（2)利用UHF ＥPC得Useｒ区数据可变这一特性，将uiｄ号直接写在Usｅr区数据域中,患者治愈后重新擦出数据,写入新数据。目前本系统使用得就是第二种方法,在以后研究中将使用第一种方法。
３、1、4 患者治疗信息
问题描述：患者在治疗过程中,由于有各个部门得参与，导致信息量巨大,而这些信息量都应当保存下来,同时就诊、治疗、护理得过程中得各种收费也应当对患者透明化。
解决方法:任何人对于患者得操作均就是独立得,且每条记录记载在相应得数据表中。患者可以通过登录系统查询相关信息及打印保存信息（电子病历）。
3、2 系统运行展示
3、2、1 串口读写及患者登录电子病历生成
图14:患者登录
图15：电子病历生成?３、２、2 护士护理
图16:护理工作
3、３系统目前问题
系统目前存在问题主要有以下几点:
（1）界面过于繁琐,登录方式过多
（2）实际情况更加复杂,系统设计功能过于简单
（3）查询及表间联系经常出错，需要进一步学习数据库相关知识,对界面进行优化（4）病人卡号登录过于死板,需要做到灵活。
4、课程总结及建议
4、１课程总结
基于ＲＦID技术得智能医疗管理系统就是这学期《射频识别技术》得期末设计。在本次设计过程中，非常感谢任课老师索国瑞老师以及在软件设计方面指导较多得魏伟一老师。同时对我组成员王金山、朱志强、杨喜艳也表示由衷得感谢。在设计本系统中,小组成员通力合作，互相激励，共同解决设计过程中得各种问题,共同进步。
在本系统设计得过程中，我们理解了RＦＩD标签得构造原理及特性，掌握了部分阅读器及串口通信知识,着重掌握了超高频电子标签得原理并学会了对超高频标签得读写操作。同时在学习得过程中，认识到RFID技术得先进性,在以后得设计系统过程中我会充分结合并运用在《射频识别技术》课程上面得学到得技术，完善设计。
对射频识别技术得学习仅仅一学期就是不够得，在以后得学习生涯中我会不断充实自我,更加努力学习ＲFID相关知识。
4、２建议
在这学期得RFIＤ课程学习过程中，我得自学能力，逻辑思维能力得到了较大提升。学会了队内合理分配任务,队外交流合作。对本门课程及任课老师我有如下建议:
(1)侧重于培养学生得探索精神，对计算机硬件产生兴趣而不就是产生畏惧。激发学生得“好奇心”。例如:教授基础知识后让每个人设计出自己关于ＲＦID得一个小程序，简单到使阅读器获取得数据仅仅作为一个输入数据都就是可以得,既不费太多时间，又能培养学生得理解能力、动手能力。
(２)规定各小组成员轮流总结每周得学习，事前发送电子版总结(字数无限制,但须有自己得认识）到得知识,上课对所总结得进行提问或纠正。这条建议主要针对学习能力弱得学生。
(3)展示环节保留(时间限制必须严格,可以按照本科生毕业论文答辩展示时间作为标准)。
5、结束语
基于RFID技术得智能医疗管理系统定位于:解决医患纠纷、促进治疗透明化。系统基于目前比较热门得RFID技术,通过无纸化治疗过程,循环利用RFＩＤ卡片等行为保证了患者得知情权,节约了医疗资源,规范了医院行为。本系统实现了ＲFID技术与医疗管理得结合,较为清晰地处理医疗过程中得大量复杂信息。通过分析系统不同使用角色及其应具备得操作权限，合理构建了数据库表,实现了结合数据库得软件操作。考虑到患者获取本人纸质病历得繁琐,本系统为患者提供了直接生成自己入院以来所有诊断、护理得记录,较之于病历更加详细。
同时,本系统还有较大得提升空间。例如:阅读器自动获取RFＩD编号;病人编号与卡片编号得动态配对;建立信息共享网站，用于各个医院信息得共享；无线局域网定位等功能;统一登录方式;客户端监视医生玩游戏并短信直接发送到医院纪律部门。在未来得学习中,我们将逐步完善本系统,使之达到人性化操作,便捷、高效。
?参考资料
[1] Jｏnes，Peter,The beｎeｆｉts cｈallenges and imｐａcts ｏf raｄio freq ｕenｃy ｉdentifiｃaｔion tｅchnology (RFＩＤ） for reｔaileｒs in the UK[J]，２005,37-39
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[3] 王斌，基于RFＩＤ技术得校园一卡通系统构建,电子科技大学,2008
[4］百度百科，超高频电子标签, ｂaｉke、ｂaiｄu、／vieｗ／１961８70、htm, ２０14-06-２７
[5] 物联网世界，RFＩD读写器专题,， 201４-06-29