1 引言
在城市120急救医疗体系中,由于急救人员和急救车辆分属于各个医院或分站,导致院前急救人员和车载设备的流动性较大,往往造成对于急救人员和车载急救设备的管理十分困难。在急救车辆待命状态下如果没有及时盘点车载设备,一旦得到出车调度命令,将会影响出车救治水平,也不便于与车上医务人员联系,无法掌握出车人员基本资料情况,这种情况的发生给急救中心管理工作带来不便！因此,在急救车上配置一套自动记录管理设备是十分必要的,这将使得急救中心人员能实时掌握出车车辆的人员和设备情况,加强了院前急救指挥调度系统功能,实时掌控出车人员的基本信息,如从业资质、专业特长等,做到对出车医生/辅助人员,以及车载设备的实时管理,有利于提高院前急救医疗水平[1]。
2 RFID射频识别技术概述
射频识别(Radio Frequency Identification),俗称电子标签技术,是20世纪90年代开始兴起的一种非接触式自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象,并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种复杂环境,RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
2.1 RFID的基本组成
最基本的RFID系统由三部分构成:标签(Tag)、阅读器(Reader)和天线(Antenna)。标签由耦合器件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,是射频识别系统的数据载体,依据标签供电方式的不同,电子标签可以分为有源电子标签(Active Tag)、无源电子标签(PassiveTag)和半无源电子标签(Semi-Passive Tag)。阅读器是读取标签信息的设备,也可具有写信息的功能,通过天线与电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出和写入操作,可设计为手持式或固定式[6],天线用来在标签和读取器之间传递射频信号。
2.2 RFID工作原理
RFID工作原理如图1所示,标签(即射频卡)进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(有源方式或无源方式),或者主动发送某一频率的信号,解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
图1 RFID工作原理示意图
2.3 RFID系统分类及特点
① 工作频率:
低频系统一般指其工作频率小于30MHz的系统,其基本特点是:标签的成本低,能耗较低,标签内存的数据量较少,阅读距离相对较短,但阅读天线方向性不强(无源时阅读距离为几十厘米),标签外形多样(卡状、环状、纽扣状、笔状)等。低频系统多用于短距离、低成本、低能耗、安全性较高的场合,如门禁控制、动物监管、货物跟踪、高速列车与地面之间点式信息的传输。
高频系统一般指其工作频率大于400MHz的系统。高频系统的基本特点是标签及读写器成本均较高,标签内保存的数据量较大,阅读距离较远(可达几米至十几米),适应物体高速运动性能好,外形一般为卡状,阅读天线及标签天线均有较强的方向性。高频系统多用于需要较长的读写距离和较高的读写速度的场合,例如列车车次号的识别、高速公路不停车收费等系统。
② 能源供给方式:
RFID按照能源的供给方式分为无源RFID、有源RFID,以及半有源RFID。无源RFID读写距离近,价格
低;有源RFID可以提供更远的读写距离,但是需要电池供电,成本要更高一些,适用于远距离读写的应用场合。
3 RFID设备选型
RFID频段选取:
虽然RFID技术已经在各种场合得到广泛应用,但在医疗场合或急救车辆上使用RFID设备应考虑设备本身对病员可能带来的影响,尤其是对心脏起搏器使用者,相关关联研究已经在国外相关实验结论中有所报道。
无源的RFID阅读器会对植入式心脏起搏器和植入式心脏除颤器造成一些电磁干扰,但阅读器设备不会对病人健康造成大的风险。该研究是由美国食品和药物管理局(FDA)的设备和放射卫生中心牵头,负责管理医疗设备的制造公司和辐射电子产品(包括医疗的和非医疗的产品),如激光、X光系统、超声波设备、微波炉和彩电。这项研究是由医疗设备改进协会的心脏节律管理设备(CRMD)电磁兼容性(EMC)的工作团队支持。这项研究在一个实验室中进行的,一个阅读范围内有15个暴露在外面的植入式心脏起搏器和心脏除颤器。每个设备制造商派去一名工程师测试自己的植入设备。该团队采用了6个不同制造商的13台RFID阅读器,有3个频段:134 kHz 低频(LF)、13.56 MHz 高频(HF)和915MHz 超高频(UHF)。低频阅读器有5台,高频阅读器有6台,超高频阅读器有两台。每台设备都被打开,进行适当的验证。
这项研究的结果经同行审查后在2010年1月的 HeartRhythm杂志上刊登出来,研究的结果显示,低频段的阅读器所产生的反应最显著,被测试的心脏起搏器显示出在阅读器和起搏器的最大距离为60厘米的时候有来自阅读器的电磁干扰。在高频段里,被测试的起博器在阅读器与起搏器最大距离为22.5厘米的时候有不良反应。但是超高频阅读器不论是对心脏起搏器或除颤器都无反应,该频段可安全使用。
以上实验数据表明,频率越高潜在风险越低,故在医疗机构内应选用超高频RFID设备,以避免可能对心脏起搏器使用者的影响！
RFID功率选取:
无论是有源RFID设备还是无源RFID都会对环境产生一定量的无线辐射功率,我们以GSM手机为安全参考值[2],其最小功率值5dBm,最大功率值33dBm,工
作频率为900MHz,急救车载所选用RFID设备发射功率应满足此参考范围要求。
RFID设备选用:
综上所述,无源型RFID设备因为需要对Tag照射来实现检测/读写数据,往往需要较大的发射功率(4-10W)才能满足一定距离条件下的检测灵敏度,这在急救车内使用是不合适的。而超高频有源RFID设备采用有源型ID标签卡,在控制其发射功率的前提下,采用有源型超高频低功率RFID设备应用于急救车设备和人员管理是安全实用的。
本例中选用阅读器频率为2.4GHz,输出功率-18.0dbm-0dbm,串口通信方式,可同时识别200张卡。有源标签工作频率为2.4GHz,射频功率-18.0dbm-0dbm。
4 RFID阅读器及协议解析
阅读器工作原理:
读卡阅读器接收采集电子标签定时主动发送的信息,将相关ID数据保存在读卡器的RAM中,读卡器最多读取200个卡,如果卡数超过200个卡,那么读卡器新的数据会覆盖老的数据。读卡器内部有缓存,由于读卡器是被动接受数据的,因此数据接收过来以后会暂时缓存在读卡器的缓冲区中,如果没有收到清除缓存的命令,那么数据会一直存在。读卡器每次读取数据以后,缓冲区的数据会自动清空[3]。
读卡器通信协议说明:
读卡器采用被动式工作方式,当读卡器接收到电子标签数据后,不主动上传数据,而是收到命令后才将数据上传到CPU控制器。CPU控制器往读头方向的数据为主机命令,读头往CPU控制器方向的命令为从机命令。所有的命令和数据都是以字节为单位,用16进制表示,所有从机的数据都是FFFF作为开始标志,EEEE作为结束标志。通信波特率为19200,数位8, 停止位1, 无校验,无流程控制,16进制发送,16进制接收。
协议介绍:
1、 读取数据 命令字01
接收数据解析如下:
数据的格式 最高位,次高位,。。。最低位。 卡号是2个字节。
FF FF 01 00 00 70 EE EE
FF FF－－－－－－开头标志
01－－－－－－－－-读头地址
00－－－－－－－－-预留参数,默认为0,系统升级使用
00 70－－－－－－－－读取到的第1个射频卡的有效数据。说明:卡号的最高位表示标签的电量,如果最高位为1,表示欠压,为0表示正常。
依次类推,有几个卡读取几个卡的数据,当然每次读卡的顺序可能不一样,根据读卡速度的不同,每次读取到的卡数也不一定完全一样。
EE EE－－－－－－－－结束标志
2、 清除数据命令 命令字02
该指令是清楚开机读取的数据,一般是测试的数据。
5 RFID集成与组网
对车载设备和人员进行ID管理,必须将RFID阅读器安放在车上,实现对车上人员和设备的ID识别,识别后的数据通过无线联网传输至后台服务器。本例中采用CDMA无线数据通信方式,设备集成形式见图2。中央控制器CPU通过串口与RFID阅读器相连,当阅读器检测到Tag卡ID号后,按一定速率发给CPU,CPU接收到阅读器的数据后,按照标准数据协议方式发往远端数据服务器,实现远端系统对车载人员和设备的ID卡阅读识别数据保存[4]。
RFID阅读识别器与远端网络的组网示意图见图3。RFID阅读器安装在救护车前舱与后舱隔板上,阅读器只对车内近距Tag卡进行有效检测,防止多车辆相互间靠近时出现误读,造成信息的错误录入。Tag卡片粘贴在需要识别设备的侧面或佩戴在车上人员工牌上[5]。
CDMA通信模块能够兼容2G和3G通信方式,由CPU控制器编程管理,按TCP协议方式与后台服务器远程连接,保证数据传输的实时性、可靠性[1]。
图2 集成框图
图3 系统组网示意图
RFID设备采用车载12伏电源,启动和关闭控制由行车钥匙ACC线控制,即车辆启动时,设备迅速上电开启,停车时设备按延时时间关闭。
6 结束语
实践证明,应用一定模式的RFID技术对急救车辆车载设备与人员的实时管理是安全可行的,系统具有设计简洁、成本相对较低的特点,且对人体安全。这一新的功能提升了120指挥调度的便捷性,加强了调度系统对急救出车管理的掌控能力。该系统的应用,必将为促进国内急救指挥调度系统整体功能的发展起到良好的示范作用。
参考文献:
[1] 陈牧锋.潘晓宁.移动急救医疗信息一体化设计与实践[J].深圳信息职业技术学院学报,2012,(1):43-47.
[2] 吴志忠.移动通信无线电传播[M].北京:人民邮电出版社,2002.
[3] 潘晓宁.单片机程序设计实践教程[M].北京:清华大学出版社,2009.
[4] 张桦.周强.王雪梅.120指挥调度中手机定位服务的架构和实现[J].信息技术,2011,(10):67-69.
[5] 左娅佳,曹志章.RFID技术在医院管理领域的应用[J].中国医院管理,2005,(9):25-28.
[6] 韩彩亮.RFID标签和天线仿真部署系统研究与应用[D].上海交通大学硕士论文,2010.