基于物联网的智能医用织物管理系统研究与设计

郝夏毅，金顺成，李崇伟

（天津职业技术师范大学 自动化与电气工程学院，天津 300222）

随着医院规模不断扩大和信息化水平不断提高，原有的后勤管理模式已难以满足医院的现代化管理要求，医院后勤开始着手在维修、餐饮、设备、能源等领域逐步开展信息化管理[1]。 医用织物管理作为医院后勤工作中不可或缺的部分，近几十年来的管理方法从未有所突破，目前仍采用传统的手工方法进行作业，未能及时跟上医院快速发展的节奏，不利于实现后勤服务科学化和精准化管理目标[2-3]。如何有效地跟踪与追溯医用织物的洗涤周转过程，实现全生命周期精细化管理成为医院管理者面前的一个重要课题。

有研究表明污织物分拣过程会产生可携带传染性病原菌的飞尘或气溶胶，不仅对病区空气环境造成污染，还会增加织物收集人员的职业暴露及交叉感染风险[4]。 中华人民共和国卫生行业标准《医院医用织物洗涤消毒技术规范（WS/T508-2016）》规定脏污织物和感染性织物应进行分类收集，收集时应减少抖动[5]。 同时，织物作为与患者和医务人员具有直接皮肤接触的物体，其本身的洁净度也将直接影响患者及医务人员的安全。 为解决上述隐患，减少污织物在回收管理时病菌传播及交叉感染，本文研究并设计了一种基于物联网的智能医用织物管理系统，该系统不仅极大缓解了污织物收集人员的工作量，避免了长时间和污织物接触，降低了病菌感染风险， 同时对织物的整个生命周期进行实时监控，有效避免了织物的过度使用、无故丢失及仓库积压等现象，从而提高了医院对医用织物的管理水平，节省了支出成本以及完善了院感规范。

1 系统概述

基于物联网的智能医用织物管理系统充分考虑医院织物各管理环节实际情况， 采用模块化设计，以医用织物为核心，依据织物种类可分为职工织物、病房织物、手术织物等，并可对任一类型织物进行专项管理。 同时，该系统可配合医院的医用织物管理，按职责划分为后勤配送管理、手术织物管理、科室织物管理等，不仅实现了各科室业务可独立开展、分步建设，可综合管理、统筹规划的目标，建立全院统一的医用织物管理综合服务体系，并将织物各个环节中的细节记录到数据库，有效追溯织物流转状态，并为成本核算、决策提供数据基础。 系统结构框图如图1 所示。

图1 系统结构Fig.1 System structure

基于物联网的智能医用织物管理系统由下位机控制系统和上位机织物管理系统组成。 下位机控制系统主要包含控制柜门开闭、识别医用织物类别及数量、织物数量超载报警及数据传输等功能。 该系统以STM32 单片机为控制核心，利用RFID 技术和4G 技术对医用织物的种类及数量进行读取及发送，其原理为：在每件织物上嵌入具有唯一识别码的RFID 电子标签，通过RFID 射频技术读取当前织物序列号，利用RS232 通信传输至单片机进行数据分类并打包， 使用4G 无线透传技术将数据包发送至上位机。 以此方式能够实现织物在运送、存储、回收等过程中，依靠设备自动识别记录织物的当前位置、使用状态以及操作人员等信息，满足医用织物的全流程闭环管理。

上位机织物管理系统主要基于ASP.NET 技术，使用MVC 设计模式构建Web 应用，SQL Server 为数据库。 通过网页访问服务器，读取服务器接收数据，并与后台数据进行对比，进行织物数量及状态的更新及显示。 后台工作人员可通过管理账号访问网址，实时监测织物的变化状态，同时自动生成报表并保存在数据库中以做备用。

2 系统硬件设计

2.1 主控制器模块

主控制器模块身为整个基于物联网的智能医用织物管理系统的硬件控制核心，需满足系统实现对控制要求、数据采集、处理及传输功能的实现。 本系统采用STM32F103ZET6 单片机作为主控模块，包含以72 MHz 频率运行的高性能ARM Contex-M3 32 位RISC 内核，闪存512 KB，SRAM 64 KB 的高速嵌入式存储器，以及多种增强型I/O 和外围设备，在对程序的运行处理时效上具备了运算速度快、处理能力强、工作运行稳定的特点，满足下位机控制系统的要求[6-7]。

2.2 RFID 射频识别模块

RFID 射频识别技术是一种自动识别技术，具有快速信息交换及存储功能，主要通过无线通信结合数据访问技术，实现非接触式的双向通信，并利用数据库对当前所识别数据进行对比，从而达到了识别的目的[8]。 鉴于系统所安置环境需具备较高的稳定性及抗干扰性，本系统选择采用高性能的嵌入式UHF 超高频电子标签读写模块， 其工作频率为865～868 MHz，具有EPC C1G2（ISO 18000-6C）、GB/T29768 双协议，读取距离大于9 m，低功耗宽电压，并结合高效碰撞处理算法，保持高识别读取率，实现对电子标签的快速读写处理[9]。

2.3 4G 模块

4G 模块具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活等特点。 该设备是指硬件加载到指定频段，软件支持标准的LTE 协议，软硬件高度集成模组化的一种产品的统称[10]。 根据系统设定，本文采用WH-LTE-7S4 V2 型号作为4G 模块， 其是一款插针式4G 模块，实现UART 转4G 双向透传功能；支持TCP，UDP；支持看门狗防护，稳定运行。

2.4 门锁模块

门锁模块是由继电器及电磁锁模块构成。 本文选用CG-07E 型号作为门锁模块。 该模块由U 型锁扣、锌合金锁体、手动解锁拨杆、电源线及反馈线组成。 其工作电压可选DC 3/5/12 V，承受拉力500 N，工作环境为-15～55 ℃，满足本系统的功能。

3 系统软件设计

上位机织物管理系统包含5 个子模块，分别为档案管理、织物管理、设备管理、出入库和其他设置。 档案管理包含医院管理模块及人员管理模块，可对医院和人员分别进行添加、删除、修改信息等操作。 织物管理包含织物类型模块、织物管理模块和报损记录模块，可对织物的类型、织物的管理和报损记录进行查看，并不同医院的医用织物种类进行增添及删除操作，同时可导出该医院的不同医用织物的报损记录。 设备管理包含设备管理模块、净衣柜明细模块、净衣柜日报表模块、污衣柜明细模块、污衣柜日报表模块，可对医用柜类型进行设置，同时记录由该院所有污衣柜、净衣柜的操作时间及人员，以及柜内医用织物种类及数量的变化。 出入库包含织物出库模块、污物入库模块，可实时记录医用织物的流转过程。 其他设置包含参数设置和修改密码，可根据医院病患流量及织物使用频次进行设置及报警， 防止医用织物流转不畅等情况的发生。 上位机系统总体功能结构如图2 所示。

图2 上位机系统总体功能结构图Fig.2 Overall function structure diagram of upper machine system

4 系统测试

首先，通过管理员权限进入织物管理系统平台并添加人员姓名、角色、账户、密码、所属医院等信息，之后登录所建立的人员账号，便可实时观测该院实际医用织物流转状态。 其次，对污衣柜、净衣柜上电。 等待下位机系统初始化后，利用IC 卡分别刷开污衣柜、净衣柜柜门，门锁打开。 将不同种类的医用织物分别放入污衣柜、净衣柜内，手动关闭柜门。最后，在织物管理系统平台中，选择污衣柜/净衣柜日报表，即可看到当前放入柜中的医用织物种类及数量，同时在净衣柜柜门中所嵌的显示屏中也可显示当前状态下柜中医用织物种类及数量。 该系统已部署河南省人民医院、河南新乡医学院第一附属医院等进行实际使用测试。 测试结果显示，该系统能够实时对污衣柜及净衣柜中不同种类、不同数量的医用织物进行记录，同时能够将所记录数据上传至织物管理系统平台， 表明该系统运行稳定正常，能够方便快捷地记录医用织物流转状态。 织物管理系统平台如图3 所示，净衣柜如图4 所示，污衣柜如图5 所示，净衣柜显示屏如图6 所示。

图3 织物管理系统平台Fig.3 Fabric management system platform

图5 污衣柜Fig.5 Cabinet in dirty fabrics

图6 净衣柜显示屏Fig.6 Display screen of cabinet in clean fabrics

5 结语

本文针对现有医用织物管理实践中的难点与问题，结合医用织物实际管理工作，借助医用织物管理模式优化方法，提出基于物联网的智能医用织物管理系统。 本系统依托物联网、RFID、4G 等技术，配合完善了医用织物管理工作制度，将医用织物管理的精细化水平提升到一个全新的层次。 本系统已部署并实现应用。 应用结果表明，本系统工作稳定，性能优异，平均每年可降低医院相关成本30%。 系统同时优化了医院后勤管理体系，提高了管理工作效率，有效促进了医院的智能化水平的建设。