1項目概述
研究內容
本項目主要是完成具有防錯抱、防被偷及門禁功能的新生嬰兒防盜系統(tǒng)研究與實現(xiàn)，具體工作包括以下部分：
系統(tǒng)基本功能：
建立主動式電子標簽（紐扣電池供電）；
實現(xiàn)對電子標簽識別與應答的閱讀器；
研究PIC32單片機的中心處理硬件的開發(fā)；
在相關的出口建立檢測器；
建立異常情況處理機制，例如嬰兒標記被破壞，標記檢測不到，嬰兒進去非法區(qū)域等，系統(tǒng)對于相應的情況進行相關的處理；
擴展功能：
實現(xiàn)與醫(yī)院網絡連接，并和醫(yī)院的包圍中心進行聯(lián)動；
可以加入電子溫度感應，對新生嬰兒進行體溫測量，防止嬰兒發(fā)燒或者低燒，發(fā)現(xiàn)較晚引起不良的結果。
1.2開發(fā)背景
無線射頻識別（RFID）技術是一項已經存在數(shù)十年的應用技術，其在物流與供應連接領域的應用才剛剛起步，在其他領域的應用也還處于早期階段。RFID具有非可視識別、識別距離較遠、環(huán)境適應性強、具有唯一的ID號、偽造與克隆困難、數(shù)據可以現(xiàn)場改寫和數(shù)據存儲量較大的特點。近年來，RFID技術在許多方面取得長足的進步，例如日本哈理資公司制造的旋轉式封裝機使電子標簽的單臺年封裝能力達到兩億枚；RCG宏霸數(shù)碼科技（北京）有限公司將RFID與生物識別并重；軟件工程國家工程研究中心在公共信息平臺上已經取得初步的成功；甲骨文公司的“基于RFID傳感器技術信息化管理”；諾基亞公司的“諾基亞的NFC驗證方案”等。
醫(yī)院每天都有新生嬰兒誕生，由于新生嬰兒外貌特征相似，且沒有理解和表達能力，若不加以有效標識往往會造成嬰兒錯抱及嬰兒被盜等問題，給醫(yī)院及嬰兒家庭帶來災難性的后果。為了有效避免這種問題的出現(xiàn)，我們設計了一種基于RFID技術的嬰兒防盜系統(tǒng)，能夠徹底防止嬰兒在醫(yī)院內被盜，有效保護嬰兒的安全。無線射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術是一種非接觸式的自動識別技術，可通過射頻信號自動識別目標對象．無需可見光源，具有穿透性，無需與目標直接接觸就可以獲取數(shù)據。
醫(yī)院是人員復雜、流動量又非常大的公共場所。近年來，新生嬰兒在醫(yī)院被丟失、盜竊的事件經常發(fā)生，傳統(tǒng)的嬰兒監(jiān)護管理通常由采用可視識別文字、條碼、卡片來識別的人工看護管理方式,該管理方式往往容易因錯誤識別而導致被調換和被盜竊事件發(fā)生,給醫(yī)院和家屬帶來巨大損失和影響。
在此提出一種全新的基于RFID技術的新生兒電子防盜系統(tǒng)應用設計方案,由于RFID具有遠距離非接觸快速準確的讀取特性,非常適合用來對新生兒特征信息進行讀取和監(jiān)控,系統(tǒng)中數(shù)據處理更加合理科學,系統(tǒng)運行可靠.
現(xiàn)在,新生兒病區(qū)由于缺乏可靠的嬰兒識別產品,采用的是一塊膠布,上面寫著病人的病床號,貼在病兒的頭部和手部,它是該病人在整個住院期間重要標識,由于膠布在洗澡、頭皮輸液后都需要重新填貼。另外,新生兒皮膚嬌嫩,如果病人住院時間較長,皮膚都會出現(xiàn)紅腫等皮膚過敏現(xiàn)象,經常引起病人家屬的不滿,造成不必要的醫(yī)療糾紛。為防止皮膚過敏,每天都要換地方重新粘貼,同時手寫資料可能太潦草難以辨認,有時無法獲得正確信息,而且重復書寫導致工作負擔加重?；谏鲜鲈?我們借助現(xiàn)代無線網絡技術在醫(yī)院的廣泛使用,將RFID(Radio Frequency ID)技術引進到醫(yī)院新生兒管理上來,做了一些嘗試。本文提出一種基于RFID的嬰兒監(jiān)護系統(tǒng)應用模型,通過對RFID的數(shù)據采集、傳輸、處理、存儲、管理的流程闡述了RFID的新的應用模式結構,旨在對RFID的企業(yè)應用模型給出些借鑒的方案。
1.3 項目的意義
近年來,新生嬰兒在醫(yī)院被盜的事件頻頻發(fā)生,傳統(tǒng)的嬰兒管理通常采用可視識別條碼、卡片來識別的人工看護管理方式,新生嬰兒往往特征相似而難以區(qū)分,而且其本身的理解和表達能力欠缺,如果不加以有效地標識往往會造成錯誤識別而被調換,結果會給事件所涉及的各方帶來無可挽回的巨大影響。因此克服了傳統(tǒng)的用做與網絡實時通信的監(jiān)管系統(tǒng)（如下圖）具有接口不足，并且當醫(yī)院局域網出現(xiàn)故障時會出現(xiàn)信息的滯后性。以及改進了傳統(tǒng)應答機制，實現(xiàn)智能化管理。
圖1 傳統(tǒng)醫(yī)院嬰兒防盜系統(tǒng)框圖
我們將傳統(tǒng)系統(tǒng)的中間件，以及傳統(tǒng)系統(tǒng)通過醫(yī)院局域網進行的數(shù)據分析以及與相關業(yè)務平臺向對應的控制操作，集成在一塊MCU嵌入式系統(tǒng)中，由嵌入式系統(tǒng)做出智能的判斷。實現(xiàn)了系統(tǒng)平臺的多功能化，以及微小型化，通用性增強?？梢约尤敫嗟哪K功能，實現(xiàn)新生嬰兒管理的完全智能化。
2 詳細設計
本部分主要介紹基于RFID的新生嬰兒防盜，防錯抱系統(tǒng)的總體思路和研究方向，在實施過程中可能存在修改和變化。
2.1系統(tǒng)整體框圖
圖2 RFID部分原理圖
2.2功能描述
1..基本功能：
?。?）這里我們所采用的基于PIC32的中心控制系統(tǒng)，使用The PIC32 Ethernet Starter Kit開發(fā)板是一個功能強大的微控制器開發(fā)板，并且其適用于嵌入式控制和機器人工程設計領域。作為檢控系統(tǒng)的中心控制芯片，以及與事件相關處理人員進行通訊。其接受應答器發(fā)送的信息與數(shù)據，并對數(shù)據進行分析，進行精確的定位，實時動態(tài)的顯示出現(xiàn)在所有電子標簽的狀態(tài)，可以實時查看。并判斷出故障的地方與相應的編號。
（2）采用以每一個嬰兒或者其他監(jiān)護人員配用一個電子標簽，電子標簽是采用主動性電子標簽，使用紐扣型電池，具有工作可靠性高，作用距離遠等優(yōu)點。
?。?）應答器則是用來感應電子標簽，在所裝有應答器的空間對所有的電子標簽進行識別和地方確認。
?。?）觸摸式液晶顯示，用于設置初始狀態(tài)，以及增加電子標簽和減少電子標簽（當嬰兒期滿出院，或者有新生兒出生）進行相應的狀態(tài)輸入，以及數(shù)據的查詢。以及顯示對現(xiàn)狀的實時顯示，以及對突發(fā)狀況的特殊顯示（例如事故發(fā)生地點等）。
?。?）如果有更多需要，則通過網絡或者GPRS等方式對相關人員進行通知，要求進行查證。也可以通過網絡與醫(yī)院的網絡中心進行通訊，并且定時的將數(shù)據進行備份記錄。
2.擴展功能：
（1）可以在模塊中加入其它生物，物理，化學等方面的傳感器，對相應的狀況進行預警處理，例如在電子標簽中加入溫度感應，并且將可疑的情況進行匯報，防止嬰兒或者病患的高燒或者低燒，導致問題的發(fā)生，進一步的保障病人的生命安全。
?。?）可以在應答器中加入對氣體的感應模塊，有效的檢測空氣中的氣體成分，并對其分析，如果出現(xiàn)火災等事故，或者其他氣體的泄露等可以通過警報，并對相應的情況進行適時的處理。
2.3硬件設計
中心控制模塊
PIC32的主頻可以達到80MHz,其帶有512K閃存，128K的RAM，以及集成的DMA，CAN和USB總線?？梢酝旰玫膶崿F(xiàn)本設計中的數(shù)據處理，以及數(shù)據存儲和與以太網通信的功能。通過以太網實現(xiàn)對閱讀器所采集數(shù)據的接收以及根據數(shù)據迅速的做出相應的判斷，以及可以通過此網絡實現(xiàn)與醫(yī)院網絡的通訊，以及根據原始數(shù)據進行相關判斷并做出指示和控制。
圖3 中心模塊
觸摸屏模塊（人工輸入輸出顯示模塊）
我們所采用的是北京迪文科技有限公司的只能顯示終端DP104B，其帶有與PC機的DB9串口連接，可以實現(xiàn)與PC機的一致性，以及RS485接口，可以很好的與中心控制模塊實現(xiàn)數(shù)據的傳輸。迪文智能采用的是16位的顏色模式，最多可以表現(xiàn)65536種顏色，和可以接受外部訪問的32MB用戶存儲器。完全的可以達到我們系統(tǒng)實現(xiàn)實時顯示的要求。以及可以在觸摸鍵盤上實現(xiàn)對系統(tǒng)的設置，以及一些數(shù)據的調用和改變，當一個嬰兒出院或者一個新生嬰兒出生時適當?shù)脑O置。并且可以根據需求提供動態(tài)數(shù)據統(tǒng)計顯示。
電子標簽與閱讀器
電子標簽采用的射頻模塊是nRF2401，其具有功耗低，體積小，成本低，便攜性強等優(yōu)點，它是一款新型的單片射頻收發(fā)器件，內置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調制器等功能模塊。其輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置，本系統(tǒng)采用2.4GHz的頻率。采用3V內置紐扣電池提供電源供電，可以實現(xiàn)主動性識別。
閱讀器所使用的是nRF2401模塊，并采用3.3V直流供電，帶有RS485等接口，以及TCP/IP接口，實現(xiàn)與以太網的通信。
圖4電子標簽與閱讀器原理圖
2.4 軟件設計
主要流程：
圖5 應答器流程圖
圖6 中心處理流程圖