基于RFID医疗点滴系统的
基于RFID医疗点滴系统的[20191215152148]
摘 要
本论文提供了一个可供参考的医疗点滴系统的实现模型，借助于凌阳SPEC061A单片机设计实现了可查询病人信息和治疗状况的RFID模块。在传统的医疗点滴系统统中，病患通过按床位前的按钮发出帮助信号，通知医生进行下一步的治疗。当病患治疗完成时，医生要记录当前病患所使用的床位号，以进行下次床位分配，这种人工记录的方法效率低，很不利于实现有限的医疗资源的充分利用，也使得医生不能实时监控病患当前的治疗状况。本设计通过凌阳单片机，实现了通过对病患卡的读取，在LCD屏上显示当前的床位使用信息，可以使医务人员及时了解所有床位的当前使用状况，以提示相关人员进行床位分配利用，避免医疗资源的浪费。在病人治疗过程中，可以通过刷其手中持有的“病患卡”，实时显示病患当前的治疗情况，同时将治疗信息、所用床位信息通过串口电路传送给PC机，PC机将接收到的信息进行处理，更改其实时信息，以使医务人员可以对病人的治疗情况、床位使用情况进行实时的监控。在设计中，考虑到有时会由于突发情况，导致使用人员过于靠近读卡器，而使读卡器出现误读的情况，所以设计了“病患卡”和“医生卡”的不同使用权限，只有在首次刷完医生卡时，读卡器才能正确读取病患卡的内容，实现对其的实时监控，这种方法在一定程度上避免了误刷的情况。
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关键字:射频识别,点滴系统,串口通信
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景，研究目的和意义 1
1.1.1 课题背景 1
1.1.2 研究目的和意义 1
1.2 RFID技术的出现 2
1.3 RFID技术存在的优势 2
1.4 RFID在医疗系统中的应用 3
第二章 系统设计软硬件简介 5
2.1 SPCE061A单片机简介 5
2.2 RFID读卡器部分 6
2.3 SPEC061A开发仿真器 7
2.4 软件集成开发环境μ’nSP IDE 8
2.5 DM Tool工具简介及主要功能： 8
2.6 ISO 14443协议 8
2.6.1 ISO 14443 中面向比特的防碰撞机制 9
2.6.2 存储卡结构 9
2.6.3 ISO 14443读标签 11
2.7 串行口UART原理 13
第三章 系统设计原理 16
3.1系统功能 16
3.2读卡过程的实现 18
3.2.1 RFID工作原理 18
3.2.2 读写模块 19
3.3 与PC机连接的UART串口通信的实现 20
3.4 看门狗的实现 21
3.5 液晶模块 22
第四章 系统设计实现 27
4.1系统软件分析与设计 27
4.1.1 软件设计方法与设计语言选择 27
4.1.2 系统总体程序流程设计 27
4.2 系统软件模块化设计 27
4.2.1 初始化模块 28
4.2.2主循环模块 29
4.2.3读写模块 29
4.2.4串口通信模块 30
4.2.5时间模块 30
4.2.6看门狗模块 31
4.3 系统防冲撞设计 31
4.4 系统最终实现图 32
第五章 总结与展望 37
5.1 总结 37
5.2 展望 37
参考文献 38
致 谢 40
附录一 翻译文献原文 42
附录二 翻译文献译文 49
第一章 绪论
1.1 课题研究背景，研究目的和意义
1.1.1 课题背景
RFID技术出现于上世纪20年代，是为适应战争需要应运而生。到上世纪80年代，RFID迎来了一次发展高潮，当时RFID技术成为了研究的热门课题，并催生出了一系列技术成果，使其在动物追踪，车辆管理，囚犯管理等方面得到广泛应用。
目前物联网技术被世界各国广泛提及，被视为世界第三次产业革命，其相关产业也呈爆发式增长。而射频识别技术作为物联网发展中的重要环节，也随着诸如智能建筑，智能医疗，智能农业，智能城市等概念的提出，得到了快速发转，其广泛的需求和广阔的前景也被各国电子厂商所看好。射频卡技术早在过去几年中就已渗入我们的生活中，如我们平时所用的校园卡，交通卡，门禁卡，市民卡等，这些非接触式的卡片由于其较大的信息存储量，快速的信息传输率，可靠的信息保密技术和无机械磨损等优点被广泛应用于工业生产，物流管理和我们的日常生活中，使其逐渐代替了存储量小，易磨损，可靠性差的接触式卡片。RFID广阔的应用前景是我们研究它的主要目的和动力，随着物联网技术的发展，作为其基础的RFID技术必将在传统的工业生产领域（如食品，印刷，服装等）内有所作为。
1.2.2 研究目的和意义
基于目前RFID飞速普及发展的现状，了解并促进其在各个领域的应用，使其能更加有效的为我们的日常生产生活服务有重要意义。目前国家高度重视医疗体制改革的问题，医疗机构自身也在加快其信息化的发展，面对现在紧张的医患关系，分清治疗过程中的病人和医务人员的职责，对于改善医患关系和加快医院体制改革都有重要意义。而作为这些改进的背后技术支持，RFID的可靠性和安全性正好可以适应其发展和改革中遇到的新问题。目前国内的医院和诊所的信息化程度与一些欧美发达国家相比还有很大的差距，这也给国内的RFID生产制造厂商带来很大的商机和发展空间。基于国内医疗机构的一些现状，本设计设计了一个可以用射频识别卡来查看医务人员的身份，其对应病人的身份，病人当天床位占用情况，病人药物使用情况，使医生能够实时掌握所照看的病人的治疗情况，避免由于人为疏忽导致病人得不到及时照顾和用药混乱的情况，这对于医务人员和病患来说都是比较实际和实用的。
1.3 RFID技术的出现
最早的RFID技术是上世纪20年代出现的，是在雷达技术发展和应用之后出现的，现在看来最早的RFID技术是所谓的被动式RFID技术，雷达发射的电波遇到目标物体之后，通过反射回的无线电波计算出目标物体的位置和速度。而后在40年代第二次世界大战之间，英国军队在飞机上装入了射频识别标签，盟友飞机发射雷达信号，当遇到装有标签的友军飞机时，通过其发来的回复信号来辨别身份。40年代末期，一篇名为《利用反射功率通信》文章的发表，极大的促进了人们对射频技术的认识，并且随着后来晶体管制造技术，网络技术的应用发展，拉开了RFID技术进入商用阶段的序幕，期间也出现了大量关于RFID的论文和专利的出现。七、八十年代，欧美发达国家和日本等都逐步在各领域安装了RFID识别系统，如实现了汽车自动识别，动物跟踪，高速路不停车收费系统等，都极大的提高了社会的运行效率并节省了人力。
1.3 RFID技术存在的优势
RFID技术已被实践证明具有很多其他自动识别技术所不具备的优点。
1） RFID是通过电磁波的发射传送数据的，因此它不用人的干预就能自动完成
数据的传输交换与存储。
2） RFID标签的数据存储量大，能够通过读卡器获得存储卡的实时信息以及其
运行情况。
3） 射频识别的数据传输速度很快，一般可达几十微秒。
4） 安全性能好，可以通过设置对射频卡的访问权限高低，对卡内的不通模块实
现不同的存储操作，而且没有访问权限不能强行改变卡内数据。
5） 具有很强的抗干扰能力，可以在不同的环境下使用，不易受污染和气候的影
响，且没有机械磨损，使用寿命长，携带方便。
6） 可实现多功能的用途，如一张射频卡可以实现门禁卡，饭卡，医疗卡等多种
用途。
表1.1 现有识别技术的主要特点
信息 载体 信 息 量 读/写 性 读取 方式 保 密 性 智 能 化 环境适应能力 寿 命 ISO标准 成 本
条 码 纸、塑料薄膜、金属表面 小 只 读 CCD或激光束扫描 差 无 差 较 短 有 最 低
磁 性 条 磁性物质 一般 读/ 写 电磁 转换 一 般 无 较 差 短 有 低
IC卡 E2PROM 大 读/ 写 电擦除 较好 有 好 长 有，不全 较 高
RFID 卡 E2PROM 大 读/ 写 无线 通讯 最 好 有 很 好 最 长 有 较 高
1.4 RFID在医疗系统中的应用
虽然RFID的优点很多，但是目前我国在RFID 生产设计与推广方面还与发达国家有很大的差距，特别是在医疗系统中，在医疗器材管理，医疗垃圾跟踪监控，医药行业，血液管理，点滴系统等方面与发达国家的差距还比较大。目前医院对自主识别技术的需求主要集中在：身份识别，包括病患身份识别，医生身份识别，样品识别，包括化验品识别，药品识别[1]；相应的也有多种识别方式。在这其中，最重要的是身份识别，它的功能是首要的，基础的。
目前几乎所有的医疗机构都在大力推进医院信息化的进程，其目标是在正确的时间，正确的地点，对病患给予快速有效的救治，信息化进程不仅可以加快医院的工作速率，更重要的是可以在短时间内对病患进行正确的治疗，避免因为对病人信息的掌握程度不够和身份识别错误而造成医疗事故。由于在许多医院，每天就诊的病患人数很多，或者由于一些突发状况，使得大量的病人涌入医院，这就要求医院能对所有的就诊病人进行快速的身份确认，迅速完成入院登记并立刻进行正确的治疗。而RFID技术的安全性，可靠性，快速的信息传递和较大的数据存储性能可以满足医疗机构的要求，使得医生可以通过病患持有的射频卡迅速的了解病患的基本信息，对病患实施有效的监控和治疗，提高医疗机构的运行效率。所以RFID在医疗行业的应用是非常广阔的。
第二章 系统设计软硬件简介
本次设计的核心采用的是凌阳SPEC061A单片机，采用常用的13.56MHz 读卡模块，用到了带背光的128×64点阵液晶显示和集成开发环境软件μ’nSP IDE，其中μ’nSP IDE采用了类似VC开发环境的界面风格，还包含了其他大多数集成开发环境中所不具备的烧写器驱动程序。此外设计中还采用了DM TOOL字模图像提取软件，实现对汉字字模和图形的字母提取，以使其显示在LCD屏上。
2.1 SPCE061A单片机简介
SPCE061A所用的微处理器是16位的u’nSP CPU，它的内部时钟由锁相环PLL震荡器提供，可以达到0.31MHz ~ 49.152MHz.，可以为医疗点滴系统的运行提供可靠稳定的时钟；处理器内部配置了2K字的数据存储单元（RAM），同时也增加了32K字可以实现多次擦写的程序存储单元（Flash ROM），这就使得此单片机可以开发较为复杂的应用程序，并且可以方便的进行程序的修改升级。SPCE061A单片机内置了在线仿真功能单元ICE，从而极大的简化了片外仿真器的硬件逻辑，甚至免用外接那种传统的仿真器，也就使其可以把传统的仿真器简化为一条电缆，方便了设计编程过程，提高了开发效率。
“混合信号处理器”是SPCE061A单片机显著的特点，有多种功能,例如“逻辑数字信号”的完成，为“音频模拟信号”处理器的硬件资源提供可辅助的程序，LCD的显示和音频的播报也可以通过它来完成[3]，方便医生对病患信息进行正确提取，2个10位数/模转换器（DAC）输出通道（便于输出2声道的音频信号），同时使用凌阳音频编码SACM_S240方式（2.4K位/秒），音频模数转换输入通道中[3]，内置了两级麦克风放大器（AMP），并且带有自动增益控制（AGC）功能，能容纳210秒的语音数据，这些特点，保证了输出音频的质量；
摘 要
本论文提供了一个可供参考的医疗点滴系统的实现模型，借助于凌阳SPEC061A单片机设计实现了可查询病人信息和治疗状况的RFID模块。在传统的医疗点滴系统统中，病患通过按床位前的按钮发出帮助信号，通知医生进行下一步的治疗。当病患治疗完成时，医生要记录当前病患所使用的床位号，以进行下次床位分配，这种人工记录的方法效率低，很不利于实现有限的医疗资源的充分利用，也使得医生不能实时监控病患当前的治疗状况。本设计通过凌阳单片机，实现了通过对病患卡的读取，在LCD屏上显示当前的床位使用信息，可以使医务人员及时了解所有床位的当前使用状况，以提示相关人员进行床位分配利用，避免医疗资源的浪费。在病人治疗过程中，可以通过刷其手中持有的“病患卡”，实时显示病患当前的治疗情况，同时将治疗信息、所用床位信息通过串口电路传送给PC机，PC机将接收到的信息进行处理，更改其实时信息，以使医务人员可以对病人的治疗情况、床位使用情况进行实时的监控。在设计中，考虑到有时会由于突发情况，导致使用人员过于靠近读卡器，而使读卡器出现误读的情况，所以设计了“病患卡”和“医生卡”的不同使用权限，只有在首次刷完医生卡时，读卡器才能正确读取病患卡的内容，实现对其的实时监控，这种方法在一定程度上避免了误刷的情况。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:射频识别,点滴系统,串口通信
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景，研究目的和意义 1
1.1.1 课题背景 1
1.1.2 研究目的和意义 1
1.2 RFID技术的出现 2
1.3 RFID技术存在的优势 2
1.4 RFID在医疗系统中的应用 3
第二章 系统设计软硬件简介 5
2.1 SPCE061A单片机简介 5
2.2 RFID读卡器部分 6
2.3 SPEC061A开发仿真器 7
2.4 软件集成开发环境μ’nSP IDE 8
2.5 DM Tool工具简介及主要功能： 8
2.6 ISO 14443协议 8
2.6.1 ISO 14443 中面向比特的防碰撞机制 9
2.6.2 存储卡结构 9
2.6.3 ISO 14443读标签 11
2.7 串行口UART原理 13
第三章 系统设计原理 16
3.1系统功能 16
3.2读卡过程的实现 18
3.2.1 RFID工作原理 18
3.2.2 读写模块 19
3.3 与PC机连接的UART串口通信的实现 20
3.4 看门狗的实现 21
3.5 液晶模块 22
第四章 系统设计实现 27
4.1系统软件分析与设计 27
4.1.1 软件设计方法与设计语言选择 27
4.1.2 系统总体程序流程设计 27
4.2 系统软件模块化设计 27
4.2.1 初始化模块 28
4.2.2主循环模块 29
4.2.3读写模块 29
4.2.4串口通信模块 30
4.2.5时间模块 30
4.2.6看门狗模块 31
4.3 系统防冲撞设计 31
4.4 系统最终实现图 32
第五章 总结与展望 37
5.1 总结 37
5.2 展望 37
参考文献 38
致 谢 40
附录一 翻译文献原文 42
附录二 翻译文献译文 49
第一章 绪论
1.1 课题研究背景，研究目的和意义
1.1.1 课题背景
RFID技术出现于上世纪20年代，是为适应战争需要应运而生。到上世纪80年代，RFID迎来了一次发展高潮，当时RFID技术成为了研究的热门课题，并催生出了一系列技术成果，使其在动物追踪，车辆管理，囚犯管理等方面得到广泛应用。
目前物联网技术被世界各国广泛提及，被视为世界第三次产业革命，其相关产业也呈爆发式增长。而射频识别技术作为物联网发展中的重要环节，也随着诸如智能建筑，智能医疗，智能农业，智能城市等概念的提出，得到了快速发转，其广泛的需求和广阔的前景也被各国电子厂商所看好。射频卡技术早在过去几年中就已渗入我们的生活中，如我们平时所用的校园卡，交通卡，门禁卡，市民卡等，这些非接触式的卡片由于其较大的信息存储量，快速的信息传输率，可靠的信息保密技术和无机械磨损等优点被广泛应用于工业生产，物流管理和我们的日常生活中，使其逐渐代替了存储量小，易磨损，可靠性差的接触式卡片。RFID广阔的应用前景是我们研究它的主要目的和动力，随着物联网技术的发展，作为其基础的RFID技术必将在传统的工业生产领域（如食品，印刷，服装等）内有所作为。
1.2.2 研究目的和意义
基于目前RFID飞速普及发展的现状，了解并促进其在各个领域的应用，使其能更加有效的为我们的日常生产生活服务有重要意义。目前国家高度重视医疗体制改革的问题，医疗机构自身也在加快其信息化的发展，面对现在紧张的医患关系，分清治疗过程中的病人和医务人员的职责，对于改善医患关系和加快医院体制改革都有重要意义。而作为这些改进的背后技术支持，RFID的可靠性和安全性正好可以适应其发展和改革中遇到的新问题。目前国内的医院和诊所的信息化程度与一些欧美发达国家相比还有很大的差距，这也给国内的RFID生产制造厂商带来很大的商机和发展空间。基于国内医疗机构的一些现状，本设计设计了一个可以用射频识别卡来查看医务人员的身份，其对应病人的身份，病人当天床位占用情况，病人药物使用情况，使医生能够实时掌握所照看的病人的治疗情况，避免由于人为疏忽导致病人得不到及时照顾和用药混乱的情况，这对于医务人员和病患来说都是比较实际和实用的。
1.3 RFID技术的出现
最早的RFID技术是上世纪20年代出现的，是在雷达技术发展和应用之后出现的，现在看来最早的RFID技术是所谓的被动式RFID技术，雷达发射的电波遇到目标物体之后，通过反射回的无线电波计算出目标物体的位置和速度。而后在40年代第二次世界大战之间，英国军队在飞机上装入了射频识别标签，盟友飞机发射雷达信号，当遇到装有标签的友军飞机时，通过其发来的回复信号来辨别身份。40年代末期，一篇名为《利用反射功率通信》文章的发表，极大的促进了人们对射频技术的认识，并且随着后来晶体管制造技术，网络技术的应用发展，拉开了RFID技术进入商用阶段的序幕，期间也出现了大量关于RFID的论文和专利的出现。七、八十年代，欧美发达国家和日本等都逐步在各领域安装了RFID识别系统，如实现了汽车自动识别，动物跟踪，高速路不停车收费系统等，都极大的提高了社会的运行效率并节省了人力。
1.3 RFID技术存在的优势
RFID技术已被实践证明具有很多其他自动识别技术所不具备的优点。
1） RFID是通过电磁波的发射传送数据的，因此它不用人的干预就能自动完成
数据的传输交换与存储。
2） RFID标签的数据存储量大，能够通过读卡器获得存储卡的实时信息以及其
运行情况。
3） 射频识别的数据传输速度很快，一般可达几十微秒。
4） 安全性能好，可以通过设置对射频卡的访问权限高低，对卡内的不通模块实
现不同的存储操作，而且没有访问权限不能强行改变卡内数据。
5） 具有很强的抗干扰能力，可以在不同的环境下使用，不易受污染和气候的影
响，且没有机械磨损，使用寿命长，携带方便。
6） 可实现多功能的用途，如一张射频卡可以实现门禁卡，饭卡，医疗卡等多种
用途。
表1.1 现有识别技术的主要特点
信息 载体 信 息 量 读/写 性 读取 方式 保 密 性 智 能 化 环境适应能力 寿 命 ISO标准 成 本
条 码 纸、塑料薄膜、金属表面 小 只 读 CCD或激光束扫描 差 无 差 较 短 有 最 低
磁 性 条 磁性物质 一般 读/ 写 电磁 转换 一 般 无 较 差 短 有 低
IC卡 E2PROM 大 读/ 写 电擦除 较好 有 好 长 有，不全 较 高
RFID 卡 E2PROM 大 读/ 写 无线 通讯 最 好 有 很 好 最 长 有 较 高
1.4 RFID在医疗系统中的应用
虽然RFID的优点很多，但是目前我国在RFID 生产设计与推广方面还与发达国家有很大的差距，特别是在医疗系统中，在医疗器材管理，医疗垃圾跟踪监控，医药行业，血液管理，点滴系统等方面与发达国家的差距还比较大。目前医院对自主识别技术的需求主要集中在：身份识别，包括病患身份识别，医生身份识别，样品识别，包括化验品识别，药品识别[1]；相应的也有多种识别方式。在这其中，最重要的是身份识别，它的功能是首要的，基础的。
目前几乎所有的医疗机构都在大力推进医院信息化的进程，其目标是在正确的时间，正确的地点，对病患给予快速有效的救治，信息化进程不仅可以加快医院的工作速率，更重要的是可以在短时间内对病患进行正确的治疗，避免因为对病人信息的掌握程度不够和身份识别错误而造成医疗事故。由于在许多医院，每天就诊的病患人数很多，或者由于一些突发状况，使得大量的病人涌入医院，这就要求医院能对所有的就诊病人进行快速的身份确认，迅速完成入院登记并立刻进行正确的治疗。而RFID技术的安全性，可靠性，快速的信息传递和较大的数据存储性能可以满足医疗机构的要求，使得医生可以通过病患持有的射频卡迅速的了解病患的基本信息，对病患实施有效的监控和治疗，提高医疗机构的运行效率。所以RFID在医疗行业的应用是非常广阔的。
第二章 系统设计软硬件简介
本次设计的核心采用的是凌阳SPEC061A单片机，采用常用的13.56MHz 读卡模块，用到了带背光的128×64点阵液晶显示和集成开发环境软件μ’nSP IDE，其中μ’nSP IDE采用了类似VC开发环境的界面风格，还包含了其他大多数集成开发环境中所不具备的烧写器驱动程序。此外设计中还采用了DM TOOL字模图像提取软件，实现对汉字字模和图形的字母提取，以使其显示在LCD屏上。
2.1 SPCE061A单片机简介
SPCE061A所用的微处理器是16位的u’nSP CPU，它的内部时钟由锁相环PLL震荡器提供，可以达到0.31MHz ~ 49.152MHz.，可以为医疗点滴系统的运行提供可靠稳定的时钟；处理器内部配置了2K字的数据存储单元（RAM），同时也增加了32K字可以实现多次擦写的程序存储单元（Flash ROM），这就使得此单片机可以开发较为复杂的应用程序，并且可以方便的进行程序的修改升级。SPCE061A单片机内置了在线仿真功能单元ICE，从而极大的简化了片外仿真器的硬件逻辑，甚至免用外接那种传统的仿真器，也就使其可以把传统的仿真器简化为一条电缆，方便了设计编程过程，提高了开发效率。
“混合信号处理器”是SPCE061A单片机显著的特点，有多种功能,例如“逻辑数字信号”的完成，为“音频模拟信号”处理器的硬件资源提供可辅助的程序，LCD的显示和音频的播报也可以通过它来完成[3]，方便医生对病患信息进行正确提取，2个10位数/模转换器（DAC）输出通道（便于输出2声道的音频信号），同时使用凌阳音频编码SACM_S240方式（2.4K位/秒），音频模数转换输入通道中[3]，内置了两级麦克风放大器（AMP），并且带有自动增益控制（AGC）功能，能容纳210秒的语音数据，这些特点，保证了输出音频的质量；
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