基于工控机的医疗机构自助终端设计

武汉轻工大学电气与电子工程学院 王军琦

引言：以工业控制计算为核心，设计一款可以实现自助挂号，自助缴费，自助打印发票与相关检验报告的医疗机构自助服务终端。为医院节约相关成本，提高就医人员的舒适度。

1.前言

在医疗机构（医院，诊所）看病就医时办理挂号，缴费，领取相关检验报告单时，时长由于就医人员过多，医院硬件设施与人员不足，导致就医人员在此过程中因排队浪费大量的时间，影响医疗单位就医环境的舒适度。为此，我们可以设计出一种多功能的，一体化的，以工控机为核心的医疗机构自助就医终端。该类终端可以自助实现挂号、缴费、领取检验报告、打印发票、打印清单等多项功能。该类设备特别适合人流较大的大型三甲综合类医院，一方面可以节省医院的经济成本，另一方面也为就医人员省去很多麻烦。

2.终端组成部分与功能

自助终端的主要组成部分有，立式机柜，工控机，ups电源，电容式触摸式显示器，液晶现实器，密码键盘，IC卡发卡器，IC卡（芯片卡）读卡器，身份证读取器，热敏打印机，激光打印机，针式打印机，扬声器。

2.1 立式机柜

立式机柜应由钢板焊接而成，表面上漆以保证机体美观，机柜不应太大以方便运输，但是有足够大的内部空间用于嵌入设备，设置前后两个门方便进行维护。内部可以设置抽屉式隔板方便巡检。

2.2 工控机

工控机即工业控制计算机，本终端工控机采用的基于Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板的工业整机，是整套终端设备的核心。工控机的功能是为外部设备供电，控制和调用外部设备，通过I/O接口与外部设备进行数据交换，通过网络与远程服务器实现数据交换，为配套软件提供稳定可靠的硬件环境。

2.3 ups电源

将蓄电池与工控机相连接，通过工控机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。当发生停电事故时，为工控机提供稳定的不间断的电源，可以有效的防止数据丢失、硬件损坏，配套软件损坏。

2.4 电容式触摸式显示器

通过VGA接口与工控机相连接，显示自助服务系统的主操作界面，独立供电。采用电容式触摸式显示屏，方便就医人员输入相关信息。通过I/O接口与工控机相连接，将输入数据的传输至工控机。

2.5 液晶显示屏

①通过VGA接口与工控机相连接，显示相关宣传视频与图片，独立供电。工控机将采用桌面多屏显示的工作模式，保证主操作界面与广告宣传界面互不干扰。②通过VGA接口与独立的视频或图片解码器相连接，这样可以降低工控机的工作负载，保证工控机稳定工作。

2.6 密码键盘

通过PS/2接口取电在工控机上取电，通过RS232串口与工控机传输信息。用于输入银行卡支付密码。密码键盘应由中国银联公司预装加密算法，实现终端密钥管理，保证支付安全。

2.7 IC卡发卡器、IC卡（芯片卡）读卡器、身份证读取器

这三个设备都是通过USB接口与工控机相连接进行数据交换并取电。就医人员在挂号中由身份证读取器读取其身份证信，IC卡发卡器将就医人员的身份信息与挂号信息写IC卡中，然后出卡将IC卡（诊疗卡）发到就医人员手中。IC卡（芯片）读卡器负责读取就医人员的银行卡或IC卡（诊疗卡），实现数据录入完成缴费支付，打印报告单等操作。

2.8 热敏打印机，激光打印机，针式打印机

热敏打印机通过USB接口与工控机相连接进行数据传输和供电，负责打印排队号，账单等，比较简单经济。激光打印机与针式打印机也是通过USB接口与工控机相连接的，因为它们功耗较大，所以采用独立供电。激光打印负责打印检验报告等文书，针式打印机负责打印发票。

2.9 扬声器

扬声器连接在工控机音频输出接口，通过USB接口在工控机上取电，负责播放操作提示音，功率50W左右。

3.配套软件与服务器设计要求

3.1 软件开发与运行环境要求

基于Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板的工业整机,可以支持安装Windows XP/Windows 7/Lunix三种操作系统，在实际操作中Windows XP由于稳点性较好，软件兼容性与硬件兼容性（特别是硬件驱动兼容性）高，所以软件的开发环境与运行环境选择Windows XP。

3.2 开发语言与系统架构要求

在软件架构设计中，面向服务的C/S体系架构是最常用到的。其优点是：客户端无权直接访问数据库，提高了系统的安全性；服务的接口和实现是独立的，应用程序开发人员不需要知道服务是如何实现的，从而提高了系统的安全性。软件开发效率高,减少了网络数据流，利用中间件可以平衡负载,提高系统性能。

C#是一种精确、简单、类型安全、面向对象的语言。它具有完全面向对象、支持分布式、健壮、高安全性、可移植性、高性能、多线程等特点。.Net代表一个集合、一个环境，可以用作支持下一代互联网可编程体系结构的平台。C#语言是.NET的代表语言。C#的力量取决于.NET的发展。

SqL Server 2008发布在微软的数据平台上，可以组织和管理任何数据。结构化、半结构化和非结构化文档的数据可以直接存储到数据库中。您可以查询、搜索、同步、报告和分析数据。数据可以存储在各种设备上，从数据中心最大的服务器到桌面计算机和移动设备，并且不管数据存储在哪里，数据都可以控制。它具有可信、高效、智能等特点，用户能高安全性、高可靠性和可扩展性的运行最关键的任务应用程序，减少设计人员开发和管理其数据基础设施的时间和成本。

所以配套软件应采用C/S架构，技术实现采用C#语言搭建的三层体系，数据库采用SQL SERVER2008进行后台数据库管理。

3.3 软件功能设计要求

软件设计主要以账户管理模块、自助挂号模块、自助缴费模块、自助预约模块为主要功能模块，最终将要实现账户信息管理、自助挂号管理、自助缴费管理、发票打印管理等功能。其中账户信息管理功能应实现就医人员信息管理、患者账户信息管理，自助充值信息管理，诊断检验报告管理等子功能；自助挂号管理功能应实现自助挂号交易管理，预约挂号管理，医联患者挂号管理等子功能；自助缴费管理系统功能应实现诊间确费管理、自助缴费管理、系统退费管理子等功能。

3.4 服务器部署要求

为了信息安全，自助终端应通过医疗机构的局域网与服务器相连接，大型医疗机构的局域网分布比较广，这样连接也能保证自助终端可以在医疗机构大部分地方都可以设置。服务器应采取双机热备模式，主服务器与备用服务器之间通过心跳线连接，利用集群软件实时监控服务器的工作状况，如果发现主服务器故障停止工作，备用服务器可立即投入使用。

对硬盘的分区结构应该进行合理的划分；为避免因规划失误造成风险的与事故，需要根据现有数据库的情况，参考其他成功案例，广泛查阅资料，也要根据医疗机构的实际情况，对硬盘进行合理的分区。

为了有效的应对因为服务器宕机事故带来的不可逆装的数据丢失，应当建立长期的有效的数据库备份机制，保证数据的安全性和可用性。数据库的备份大致分为完全备份、事务日志备份、差异备份、文件备份，其中差异备份也称增量备份，四种备份分别应用不同时间与情景。因为数据恢复是数据备份逆过程，数据恢复的情况完全取决于数据备份情况，因此在数据库备份机制设计中应合理应用四种备份，保证当遇到数据丢失的事故时可以准确的恢复数据。

3.5 数据库设计要求

数据库设计是根据医疗机构的实际需求，在特定的数据库管理系统中，进行数据库结构设计和数据库建立过程。数据库设计是建立数据库及其应用的系统技术，是信息系统开发的核心技术。要深入的了解需求和分析流程，利用数据库建模工具建立相对应的物理数据模型。

4.工控机的结构与工作原理

工业控制计算机是一种为如高温度，高湿度，多风沙等复杂的工业生产环境中，长时间工作的，完成定制任务的计算机。

4.1 Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板

基于Intel Sandy/Ivy Bridge平台的高性能、接口丰富及高可靠性的工业级嵌入式主板，采用1条U-DIMM插槽,支持DDR3 1066/1333/1600MHz，最大支持8GB，集成 Intel HD系列高性能图形处理器，2个千兆以太网，支持网络唤醒功能，接口丰富：2x SATA II, 2x VGA, 1x HDMI, 2x LAN, 10x USB2.0,1x PCIe 16x, 1x PS/2, 1x LPT, 10x RS-232, 支持串口供电，且COM2支持RS-232/485(可选)。可广泛为数字标牌、ATM机、各类自助终端和工业自动化应用等提供完善的软硬件解决方案。

4.2 整机配置

机箱材质采用1.2mm优质碳素高强度结构钢，符合FCC及CE标准，加固型工业机箱，具有抗腐蚀、抗冲击、耐磨损特性，环境保护条件IP53。处理器支持LGA1155的Intel Sandy/Ivy Bridge处理器。以Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板为核心，芯片组为Intel B75，内存4GB，图形控制器为CPU集成。可支持Windows XP/Windows 7/Lunix。存储1TB（SATA接口,7200转），带有减震保护措施。I/O接口有2xVGA、提供1x SATA3.0、3x SATA2.0、支持USB3.0和USB2.0接口、2个LAN口、2个COM口、1 x LPT支持多个PCI扩展插槽。散热方式为风扇散射，在出风口处配有防尘棉。

4.3 工作原理

在工控机上安装Windows XP操作系统，并通过USB，VGA等I/O接口与众多外部设备相连接，这些外部设备做为工控机的输出与输入设备。工控机通过LAN接口与医疗机构局域网相连接最终连接到远程服务器。当配套软件在工控机上运行时，就医人员通过外部输入设备完成相关软件操作，输入相关数据。输入的数据与指令经过工控机（相关配套软件）处理后再由输出设备输出，完成相应服务。

5.结语

以工控机为核心的自助终端，在生活中越来越常见，证明其工作性能稳定，比较安全可靠，使用便捷，工作效率较高。帮助医疗机构节省了人力与经济成本，为就医人员提供了良好的就医环境，提高了医疗机构的服务舒适度。