RFID技术在医疗设备管理系统中的研究与应用

来实现对非接触式目标自动识别的技术。进入21 世纪以来，RFID 技术在人们的日常生活中应用越来越广泛，如物流、服饰、门禁安全、零售业、制造业、军工、航天等各个领域^[1-3]。随着RFID 技术的推广其在医疗行业内也发挥着重要的作用，比如可以应用到对医疗药品、医用设备、仓储管理、医护人员信息管理等诸多方面[4]。

1   概述

据统计，美国每年因医疗错误造成的死亡人数在48,000 至96,000 之间，不仅是美国，全球每年由医疗错误引起的死亡人数始终居高不下，尤其在医疗条件相对落后的地区医疗错误的可能性更高[5]。导致这种现象的主要原因是知识和信息采集不足以及身份识别错误，因此对医疗系统进行科学、合理的管理可以大大降低这种医疗错误。

本文研究了一种基于RFID 技术的信息管理系统，可以将RFID 标签数据通过读写器识别后发送给上位机管理系统，上位机管理系统对标签数据进行分析、处理、分类、存储、备份等操作，方便快捷地获取产品信息。通过使用RFID 技术来进行医用物品信息登记及更新，相比于传统条形码具有很大的优势。

2   RFID概述

2.1 RFID技术简介

RFID 系统主要由电子标签、天线、读写器、上位机管理系统组成。电子标签是一个微型无线收发装置，内置天线和芯片，可以存储数据^[6-7]。读写器是一种接收标签数据的设备，其不仅可以接收标签数据，也可以将新数据写入到RFID 标签中。上位机管理系统可以通过物理I/O（输入输出）接口连接读写器，对读写器进行频段、读写速率等参数设置，并可以通过读写器获取标签数据，对标签数据进行管理[8]。RFID 系统结构如图1 所示。

2.2 RFID标签分类及其特点

RFID 标签与读写器之间根据标签的供电方式可以将其分为三类：无源RFID 标签、有源RFID 标签、半有源RFID 标签^[9-10]。

无源RFID 电子标签自身不需电源供电，它通过接收读写器输出的微波信号和通过电磁感应线圈获取能量进行短暂供电，所以无源标签只有在与读写器一定范围内才能将信息发送给读写器。无源RFID 标签不需要供电模块，成本低，结构简单，但是受通信距离限制，只能用于近距离的信息识别，主要工作在低频段。

有源RFID 标签使用外接电源供电，可以主动向读写器发送数据信号，相对于无源RFID 标签其体积比较大，但是传输距离和传输速率有了很显著的提升，最高传输距离可达百米。有源RFID 标签主要工作在高频频段，且具有一次识别多个标签的功能^[11]。

而半有源RFID 标签通过自主供电模式实现良好的传输距离和传输速率。一般情况下半有源RFID 标签处于休眠状态，只给标签中数据部分供电，耗电量很小。只有在接收到读写器低频信号后才会进入正常工作状态，在工作状态下再发送高频信号将数据发送给读写器。其通常应用在一个高频信号所能覆盖的大范围中，在不同位置安置多个低频读写器用于激活半有源RFID 标签，既完成了标签定位又完成数据采集和传递。

2.3 RFID标签优势

RFID 标签相比于传统条形码来说，在获取标签信息的操作机制、重复使用性、环境适应性、获取数据速度、应用领域等方面都具有很大的优势^[12-13]。表1 所示为RFID 标签与传统条形码的比较结果。

3   系统设计

本文研究了一种基于RFID 技术进行标签数据采集及管理记录的系统，该系统主要包含硬件设计、软件流程设计两个部分。

3.1 硬件设计

系统整体硬件结构如图2 所示。该系统包含RFID标签，以及由无线收发模块、MCU（微控制器）控制模块、存储模块、物理接口组成的读写器，电源供电模块以及上位机数据管理系统。其中RFID 标签可以存储数据信息，可以通过读写器读取或者写入数据信息，读写器与上位机通过物理接口连接，将获取的标签信息传递到上位机管理系统，也可以在上位机设置一些参数修改RFID 标签的信息。

图2 系统硬件结构图

3.2 软件流程设计

软件操作流程如图3 所示。

根据软件操作流程：首先准备一定数量的无源RFID 标签，并将天线与读写器连接。然后将标签放入天线的接收范围内，将读写器接通电源。读写器上电后使用USB（通用串行总线）线连接读写器与上位机软件，上位机软件各界面的初始状态为灰色，表示禁止相关设置，如图4 所示。正确设置串口号和波特率，点击连接读写器，如果读写器接入成功，软件界面各选择框和按钮可以进行选择和点击界面，如图5 所示；如果连接失败，就需检查读写器与计算机间连接是否正确。在软件连接读写器成功后，选择读取标签界面，点击开始读取，读取成功输出标签信息，读取失败则重新设置测试环境。

图4 上位机软件初始状态

图5 上位机软件连接状态

4   系统测试及结果分析

4.1 测试环境

测试时将14 个无源RFID 标签和读写器布置在测试环境中，读写器带有8 个TNC（射频同轴连接器）天线接口，任意选择3 个接口接入3 根天线，RFID 标签布置在天线覆盖范围内，使用USB 转串口将读写器与上位机软件连接。系统工作频率为840~960 MHz，支持符合EPCCLASS1 G2、ISO18000-6B 标准的电子标签；输出功率为33 dBm；供电使用单+9 V 供电，可以使用POE供电。

4.2 结果分析

连接读写器成功后选择测试标签界面，开始查询标签，标签查询成功如图6 所示。

图6 中显示已查询到标签数量为14，与实际放置的标签数一致，并可看到14 个标签查询时间只有0.296 s，比传统的条形码查询更快、更高效。此外图中还显示累计查询数量可以达到计数的功能，对统计汇总有一定的参考价值。

图6 标签查询成功

5   结束语

RFID 系统读取标签信息准确、快速，且在一定范围内不需对准的特点，可以广泛地应用在生活的各个方面，将RFID 技术应用到医疗行业具有广阔的前景。RFID 系统结合医疗信息化管理系统可以更方便快捷的登记和更新各种医疗物品信息和人员信息，减少因信息差错产生的医疗事故。RFID 系统操作简单，标签耐用性强，能适应恶劣环境，应用范围广泛，为极端环境下产品信息采集与维护提供了途径。

参考文献：

[1] 李远洋, 王新沛, 王晓民. RFID技术在医疗设备信息化管理中的应用分析[J]. 中国医疗设备, 2013, 28(4):3.

[2] 杨永, 刘婷, 贺佳彦,等. RFID技术在医用耗材管理系统中的应用研究[J]. 物联网技术,2020, 10(3):2.

[3] 张磊.基于RFID技术的智慧医疗管理系统[J].电子技术与软件工程,2016, 000(003):71-71.

[4] 唐郁葱. RFID技术在医疗设备管理中的应用[J].电子技术与软件工程, 2017(12):102-102.

[5] 姚宗碧. 基于射频识别技术的医院医疗设备管理系统[J]. 医疗装备, 2019, 032(004):65-66.

[6] 李彬. 基于RFID技术的仓储管理系统的优化与设计[J]. 信息系统工程, 2018(4):58-58.

[7] 范健威, 傅蓉. 基于RFID的病理标本管理系统设计与实现[J]. 计算机工程与设计,2018, 039(006):1788-1794.

[8] 申大雪. 基于RFID的化学药品管理系统设计与实现[D].济南:山东大学,2018.

[9] 章怡. 基于RFID的固定资产信息管理系统设计[J]. 微型电脑应用, 2019,035(011):92-95.

[10] 姚宗碧. 基于射频识别技术的医院医疗设备管理系统[J]. 医疗装备, 2019, 032(004):65-66.

[11] 徐志明,潘晓东,陆婷娟. 基于 RFID 技术的医疗设备定位管理系统的应用[J].中国医疗设备,2016,31(11):145－146,149.

[12] 陈雷, 王丽娟, CHEN,等. 浅析RFID技术在医疗设备管理中的应用[J]. 中国医疗器械信息, 2017, 13(v.14):135-137.

[13] 李长兴, 窦富贤, 杨千粟,等. 射频识别系统在医用耗材管理中的应用[J]. 中国医疗设备, 2019, 34(003):146-148.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2022年3月期）