基于超高频RFID医院被服清点管理系统设计

王洪柱 张长利 龚优东

1 浙江大学医学院附属妇产科医院医学工程科 （浙江 杭州 310006）

2 杭州灵孩科技有限公司 （浙江 杭州 310006）

内容提要： 随着医院后勤体质改革，被服清洗管理将会由第三方工业洗衣公司承接，在面临数量巨大的被服时，具体数量是由人工来清点完成，如在病房内收集时需要清点，在与洗衣公司交接时需要清点，同时需要公司与医院工作人员进行核对，双方都需要投入人力与精力，这给被服管理带来了很大的挑战。超高频RFID（UHF Radio frequency Identification）技术日趋完善，逐渐被被用于服清点管理。结合被服清点管理要求与特点，提出基于UHF RFID医院被服清点管理系统，对硬件部分进行了阐述尤其是UHF RFID标签的设计与测试。同时对软件系统进行各个功能模块的设计与实现。

随着医院后勤体制改革，医院会将后勤服务逐渐包给第三方机构，以节约人力、物力、管理成本，让医护人员能够集中经历专注于医疗和服务[1]。但是在这个过程中也面临着诸多问题，如医院的被服由第三方洗衣公司承接，因为我国工业洗衣起步晚，在面临数量巨大的被服时，具体数量是由人工来清点完成，如在病房内收集时需要清点，在与洗衣公司交接时需要清点，同时需要公司与医院工作人员进行核对，双方都需要投入非常大的人力与精力[2]。同时被污染的被服上会有人类免疫缺陷病毒、粪尿中的巨细胞病毒、沙门氏菌、轮状病毒、肝炎病毒、隐孢子虫等[3]，拆包和重新分类会造成不同科室间衣物交叉污染以及人被感染的风险。传统人工被服清点还存在以下问题：①未知原因丢失；②被服的洗涤次数由于无法准确记录，在用的被服也就无法精准报废和实时更替[4]；③总务部门被服库存情况不清楚；④医院被服是批量化定制，外观除了大小外基本一致，人工计数容易发生错误。

RFID近年来在物联网技术领域发展迅速，技术特点比较显著，抗干扰能力强，无需人工干预即可识别被测物体，且无需电池供电，在高温油污环境也可以照常使用。特别是超高频RFID（以下简称UHF RFID）技术，可以实现远距离的自动识别读取写入。基于这些特点，它被广泛应用于物流控制和管理行业[5]。被服清点管理系统也因此选择该技术为基础，对被服注册、收货、送货的整个清点过程进行管理，大幅减少人工参与，有利于医院被服管理自动化系统的建设。

1.基于UHF RFID技术的被服清点管理系统的构成

基于UHF RFID技术的被服清点管理系统由软件和硬件两部分组成。系统软件包含以下功能：被服登记、被服盘点、被服配送、报表统计查询、科室管理、系统设置。硬件包含：服务器、上位机、UHF RFID电子标签、装置UHF RFID读写器隧道等组成，其中硬件方面要选择较可靠、稳定的服务器机种，保证系统运行时的可靠性。软硬件相互作用，共同组成被服清点管理系统。

2.基于UHF RFID被服清点管理硬件系统

UHF RFID系统主要由UHF RFID读写器、UHF电子标签、服务器、上位机组成。电子标签以纽扣形式缝入衣物，UHF RFID读写器发射射频信号激活电子标签，电子标签天线获取信号后进行数据反馈，完成交互工作，读写器对数据进行处理并记录，反馈给服务器和上位机，完成一次读写交互过程。

2.1 服务器

提供系统服务与数据库相关软件的运行环境，为超高频RFID编码信息及其对应的被服信息提供存储查询与支撑，具有备份容灾功能。对常用程序的服务端口和提示信息进行隐蔽，合理配置权限，提供强大的数据分析报表功能，进行多维度的统计，方便以后进行跟踪追溯管理被服、记录RFID标签的寿命周期。

图1. 被服清点管理系统总体设计

2.2 上位机

采用B/S架构，提供用户使用的操作界面，用户通过浏览器登录界面进行相关数据查询，比如每天的衣服清洗情况以及种类，并可接收RFID读取器所读取的变迁信息，并将相关信息实时传给服务器储存、分析，完成医院被服注册、洗涤、清点、回收、存储、领用等环节。采用B/S架构用户无需复杂的安装操作，院内任意电脑即可相关查询。

2.3 UHF RFID电子标签

UHF RFID电子标签有许多有点，信息存储量大，读写距离远，能够很好的适用与各种恶劣环境。UHF RFID电子标签有芯片和RFID天线组成。标签芯片有全球唯一识别码，保证标签使用上不会被重复和误读，很适合被服的使用。

2.3.1 UHF RFID设计（860MHz～960MHz）：包含天线阻抗匹配、功率传输与反射系数、天线的极化方式、估算偶极子天线在理想状况下的阻抗。

图3. 登录界面

2.3.2 UHF RFID制作：偶极子天线的设计至关重要同时芯片与读写器的匹配与选择也不能忽视。采取阻抗匹配和尺寸缩减的优化设计方案，并对天线做仿真测试；根据标签使用中所处的高温、高湿环境以及需要满足的性能进行分析，选择适合的封装与制作工艺，并进行相关实验测试验证其满足需求。天线采取电镀法进行制作，因为该方法成本低、环保、可清洗、耐高温，可以满足大规模UHF RFID制作[6]。

图4. 超高频RFID电子标签的耐扭曲及耐污染测试

2.3.3 UHF RFID与被服集成工艺研究

目前采用的方式多为以纽扣外形缝制在被服表面。未来将采用更加方便、牢固的集成方式。

2.3.4 UHF RFID测试

被服在清洗过程中会被侵泡在高温带有洗涤剂的水中，为了使得被服清洗干净，清洗机会用强大的机械力带动水流对被服冲刷。在这一过程中被缝制在被服上的UHF RFID标签不仅仅要承受住机械应力还要耐洗涤剂腐蚀。这对标签的封装工艺、外表面材料都提出了更高的要求，本项目对所采用的标签进行相应测试，以确认设计的标签能很好地满足需求。如图2所示，放入污液桶中进行UHF RFID的耐扭曲性、耐污染性与读取率测试，实现批量清点，不拆包，有效防止二次感染风险。

图2. 数据交互

图5. UHF读写器电路

2.4 UHF RFID读写器

UHF RFID读写器由电源模块，天线基带收发模块、数据接口模块组成。

UHF RFID读写器的工作基本原理：READER发送标准协议的基带信号，电路经过一系列信号调制，产生跟标签同频的信号，为UHF RFID标签提供能量和信号，UHF RFID电子标签通过天线对能量进行收集和读取，UHF RFID电子标签对READER发出的信号进行解码解调然后反馈给READER读写器，读写器从而获取存储在标签芯片中的相关信息；读写器进行读取信息并解调放大后，将信号送至处理器进行相关数据处理[7]。另外，读写器可以通过LORA网络或者以太网网络与上位机和服务器进行交互相连，完成了数据的存储记录配置。

本设计的UHF RFID读写器可以把信息写入电子标签，同时也可以的读取电子标签所包含的信息。通过把它与UHF RFID被服盘点通道集成的天线互联，识别出通过的被服数量；UHF RFID电子标签缝制于被服上，利用UHF读写器的读取/写入操作，可以将被服材质、颜色、洗涤注意事项、拥有者等诸多相关信息与UHF RFID电子标签匹配好并通过上位机记录在服务器中，并支持在线和远程升级。难点主要是多标签的读取率，防止漏读，所以优化天线性能以及采用多天线的方式进入冗余计算，实现100%的读取率，然后将数据传输到服务器，服务器收到数据后进行计算反馈到终端机器、如有异常进行告警。

UHF RFID读写器相关电路组成和天线指标

表1. 天线指标

3.被服清点管理系统开发

首先对医院使用场景进行梳理，对功能需求和性能需求等多方面进行走访调研分析，提炼出了此系统的设计目标，重点对基于RFID的被服系统的各个模块进行详细设计，经过一系列的测试和修改基本满足了医院的使用要求，为医院提供必要的技术支撑。

被服清点系统服务器采用ubuntu进行开发，系统实现语言采用JavaScript以及html，数据库采用mysql。采用JavaScript做服务端开发，实现B/S的完整架构，优点是结构灵活、开发周期短、开放性好、易于维护与扩张，并且可以完成友好的用户界面，方便操作，为用户操作数据提供提示信息，具有较好的容错性能。

系统模块包含被服注册、被服计数清点、被服分发、报表统计查询、科室管理、系统设置、上位机UI界面设计、数据库设计管理。

为了保证被服清点系统能够稳定、安全、高效可靠地运行，系统对数据处理的准确性和时效性进行要求，要充分考虑被服系统当前和未来扩张的可能性，使系统的处理能力和响应时间能够满足被服系统使用者对信息处理的需求。

提高被服管理的工作效率，提高部门之间的协同，提升整体效率；降低冗余和不必要的信息积压，减少成本；通过精准的信息获取，有助于及时作出调整。

3.1 UHF RFID被服清点管理系统工作流程，如图6所示：

图6. 被服清点管理系统工作流程图

3.2 功能模块设计

3.2.1 被服注册：UHF RFID被缝制于被服上，然后由UHF RFID读写器对其进行注册，医生护士制服按款号关联到具体使用人员。注册模块由被服注册、标签更换、被服报废等组成。每个RFID标签都有唯一的64 BITS UID序列号，并且不可改写，通过注册模块查询服务器数据库，进行统一写入标签的存储单元进行绑定，包含科室、人员信息、病床信息，初始化信息，并再服务器进行备份该信息，之后上位机或者服务器变可通过这个UID序列号进行反向查询和统计。

3.2.2 被服计数清点：它是由盘点系统和配备UHF RFID读写器的特定通道来完成。当接收和配送被服时，需要对其进行包装，然后通过UHF RFID识别通道。UHF RFID读写器会自动识别通过通道的包装物，通过计算将UHF RFID标签中包含的信息传递给上位机，上位机是对其进行数据记录统计，实现高效、精准追溯。然后将自动生成被服信息的数据保存于服务器。此外，在通道屏幕上也可以实时显示统计并语音提示，方便工作人员进行二次核对，该显示器可配置服务器和添加规则进行过滤异常标签和提示。设计图如图7所示

图7. 被服清点隧道结构图

3.2.3 被服分发：对于专人专用的制服，需要送到各科室供应医生护士使用，有条件的医院可以订制加装了UHF RFID读写器的发衣柜，医生护士刷卡即可领到属于自己专用的制服；各科室通用的病人制服、被褥、床单由专人通过识别被服UHF RFID标签领用送至各科室。

图8. 被服管理界面

3.2.4 统计报表查询：可以对被服所有注册过的信息进行分类查询、统计形成报表。如科室信息、被服的序号、衣物类型、被服被清洗次数、哪些被服将要报损等信息均可提前给出信息。可以对所有收发货信息进行实时查询，便于合理、有效追踪，并且可以导出excel、方便打印和科室、洗衣工厂进行二次核对。

3.2.5 科室管理：科室管理是UHF RFID被服清点管理系统核心功能之一，包含科室被服清洗的调配计划功能，可以知晓哪些科室需要清洗的是白大褂还是病人服以及其数量，需要清洗计划，针对库存进行实时动态管理和流转，可以生成每日的科室安排表。

3.2.6 系统设置：可录入科室信息、管理者与使用者信息、分配相应权限与密码。因本数据属于医院内部管理用关键数据，因此除特定工作人员之外其他人员不得访问。要求设有密码登陆验证功能，每个用户在首次登录时，必须修改初始密码，最初的密码不能再用，界面如图9所示。

3.2.7 数据设计管理

数据库管理是整套UHF RFID被服清点管理系统的核心基础和支撑。数据库根据被服清点管理系统的实际需求和功能设计进行模型设计。高效的数据库结构与应用相结合，可以为应用提供稳定快速的保障。

被服清点管理系统的数据库表结构主要由科室数据类、人员数据类、被服数据类、设备数据库类、标签数据类五部分内容所构成。每个数据类都是存储与其对应的具体信息。

图9. 系统设置界面

如科室数据类一般存储对应的科室、被服数量，被服编号、每日计划等信息。其中人员数据类、被服数据类、设备数据库类、标签数据内容是数据库的基础，为实现其他功能提供数据支撑。而标签数据类是软件设计的核心，不仅为系统提供可靠的数据来源，还为用户提供有力的分析统计依据。

4.小结

通过对污染被服清点便捷性、清洗被服清点便捷性、库存盘点便捷性、院内感染控制度进行了使用前后的满意情况调查，无论是护士还是护工以及第三方工业清洗公司他们都表示非常满意。

UHF RFID可以大批量读取的特性，可以实现被服自动清点，减少甚至避免人工清点，提高了工作效率降低人力成本，同时又能减少源于人力清点造成的交叉感染风险。实现了被服的精准可追溯管理，利用系统内的统计报表可知道哪些被服清洗次数、哪些被服被分发于哪个科室，并且大大降低被服的丢失率。可以预估被服使用寿命为采购计划提供决策依据。今后研究是进一步压缩UHF RFID标签成本，制作更加耐机械力打击的UHF RFID标签，可以一次性精准识别更多的UHF RFID标签，为医院管理提供更加科学可信的借鉴依据。参考文献[1]张大伟.医院后勤社会化管理的改革与探索[J].黑龙江科技信息,2011,15(1):130.[2]陈俊彪.医改新政下国有医院后勤管理的探讨[J].临床医学工程,2010,17(6):136-137.[3]韦良枝,郭俊芳,李楠,等.人类免疫缺陷病毒感染与丙型肝炎病毒感染相互影响的研究[J].实用临床医药杂志,2014,18(19):45.[4]陈勇,陆遥.基于AS3992的超高频RFID阅读器的设计及仿真[J].半导体光电,2013,34(1):158-161.[5]李晓庆.射频识别技术理论及其在物流领域的应用研究[D].沈阳工业大学,2008.[6]王青.超高频RFID 小型化标签天线设计方法研究[D].河北工业大学,2014.[7]冯晓红,程崇虎,程景清.两个重要改进提高了RFID读写器的性能[J].电子学报,2014,42(12):2495-2500.