基于RFID的藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)設(shè)計

谷吉海，劉　釵，巴興強，遲廣志

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)輕工學(xué)院，哈爾濱150028；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150030；3.東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，哈爾濱150040；4.哈爾濱卷煙廠哈爾濱150001）

基于RFID的藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)設(shè)計

谷吉海1，劉釵2，巴興強3，遲廣志4

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)輕工學(xué)院，哈爾濱150028；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150030；3.東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，哈爾濱150040；4.哈爾濱卷煙廠哈爾濱150001）

為設(shè)計開發(fā)基于無線射頻識別（RFID）技術(shù)的藥品冷鏈監(jiān)控與信息智能管理系統(tǒng)，在解決數(shù)據(jù)傳輸問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)溫濕度數(shù)據(jù)的采集與實時監(jiān)控模塊、溫濕度時間歷程顯示與回放模塊以及藥品質(zhì)量追溯模塊的軟件系統(tǒng).通過模塊接口的聯(lián)調(diào)測試，實現(xiàn)了藥品冷鏈的實時監(jiān)控、質(zhì)量追溯與信息智能管理，為進一步工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).

RFID；冷鏈監(jiān)控；質(zhì)量追溯；智能管理；

藥品安全關(guān)系到人類的健康和生命安全.對血漿、疫苗等生物藥品，要求從生產(chǎn)、包裝、倉儲、物流到經(jīng)銷商、醫(yī)院等各個環(huán)節(jié)嚴格保證2～8℃的冷鏈管理［1］.傳統(tǒng)的人工檢測物流環(huán)境溫濕度的方法已不能滿足藥品使用安全的要求［2-4］.隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被列入我國“十二五”重點發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃［5］，基于RFID的藥品冷鏈監(jiān)控技術(shù)已成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的重要課題［6-10］.開發(fā)基于RFID的藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)，在解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及標簽碰撞問題的基礎(chǔ)上［11］，設(shè)計藥品溫濕度數(shù)據(jù)的采集與實時監(jiān)控模塊、溫濕度時間歷程顯示與回放模塊以及藥品質(zhì)量追溯模塊，實現(xiàn)對冷鏈藥品的實時監(jiān)控與質(zhì)量溯源，對于保證用藥安全提供有效的保障.

1　藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)總體設(shè)計

藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)包括藥品冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)與藥品智能信息管理系統(tǒng)兩部分，其系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)架如圖1所示.其中藥品冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集與處理，溫濕度實時監(jiān)測與報警，溫濕度時間歷程顯示與回放三部分功能.藥品智能信息管理系統(tǒng)在實現(xiàn)藥品基本信息、倉儲信息以及物流信息的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)藥品質(zhì)量的追溯.本文是在完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集與傳輸部分設(shè)計的基礎(chǔ)上［12］，完成藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計.

圖1　藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)總體構(gòu)架

圖2　溫濕度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測流程圖

2　冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

2.1溫濕度數(shù)據(jù)的采集與實時監(jiān)控模塊設(shè)計

在藥品物流、倉儲及銷售過程中需要對一些特殊藥品所處環(huán)境的溫濕度進行監(jiān)測［13］.冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集與記錄、溫濕度數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與報警、溫濕度時間歷程顯示與回放三項功能.

冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)測的溫濕度數(shù)據(jù)具有實時性［14］，在溫濕度數(shù)據(jù)采集的同時對溫濕度數(shù)據(jù)進行監(jiān)控與報警，如圖2所示為溫濕度數(shù)據(jù)采集與實時監(jiān)測流程圖.在下發(fā)讀取溫濕度數(shù)據(jù)命令時，系統(tǒng)將設(shè)置讀寫器讀取溫濕度標簽的數(shù)據(jù)，此時若系統(tǒng)未成功接收讀寫器設(shè)置成功的回復(fù)，將重新下發(fā)讀取溫濕度數(shù)據(jù)命令，直至成功接收到回復(fù)為止.讀寫器與溫濕度標簽進行通訊，讀取并上傳溫濕度信息到冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)會對接收到的溫濕度數(shù)據(jù)進行是否超標判斷并標記判斷結(jié)果，若溫濕度數(shù)據(jù)超標則系統(tǒng)提示報警.將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)利用DLL動態(tài)鏈接庫中的ZedGraph.dll插件，繪制成實時曲線動態(tài)顯示溫濕度數(shù)據(jù)的變化情況，并將標記過是否超標的溫濕度數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，至此溫濕度數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測過程完成.

2.2溫濕度時間歷程顯示與回放模塊設(shè)計

冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)事后對藥品溫濕度時間歷程的顯示與回放，如圖3所示為藥品溫濕度時間歷程的顯示與回放流程圖.每一批藥品都有溫濕度標簽與之對應(yīng)，查詢藥品溫濕度信息時，只需對該批次藥品對應(yīng)的溫濕度RFID標簽的溫濕度信息進行查詢.在藥品溫濕度時間歷程的顯示與回放過程中，首先要選擇所查詢藥品對應(yīng)的標簽，然后連接數(shù)據(jù)庫查找相應(yīng)的信息，查找成功后將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng).最后利用DLL動態(tài)鏈接庫中的ZedGraph插件繪制溫濕度時間曲線.

圖3　溫濕度時間歷程顯示與回放流程圖

2.3藥品質(zhì)量追溯模塊設(shè)計

標簽讀寫模塊主要是對讀寫標簽信息的寫入與讀取，目的是實現(xiàn)在標簽中寫入藥品信息和對標簽內(nèi)信息的讀取［15］.在標簽中寫入藥品的基本信息及運輸途經(jīng)城市，便于實現(xiàn)對藥品信息的查詢及作為藥品因環(huán)境中溫濕度變化而變質(zhì)時進行事后追究責(zé)任的依據(jù)［16］.

對讀寫標簽進行寫入操作的流程如圖4所示，將讀寫標簽的讀寫區(qū)域分成11個區(qū)，在寫入操作時首先要選擇該批次藥品所對應(yīng)的標簽ID，輸入密鑰1；然后選擇數(shù)據(jù)寫入的區(qū)域，寫入內(nèi)容后對標簽下發(fā)寫入命令，此時系統(tǒng)會對密鑰1、標簽ID和寫入內(nèi)容格式依次進行判斷，密鑰1正確、標簽ID合法和寫入內(nèi)容格式正確時執(zhí)行寫入命令；在執(zhí)行寫入命令后系統(tǒng)會接收到操作成功的回復(fù)，至此寫入操作完成.

對讀寫標簽進行讀取操作的流程圖如圖5所示，與寫入操作相同，在執(zhí)行讀取操作之前也要選擇藥品對應(yīng)的標簽ID、輸入密鑰1以及選擇讀取區(qū)，并對標簽ID的合法性及密鑰1進行判斷，發(fā)送讀取命令后要對接收到的回復(fù)進行判斷，若CMD 為0x4B則接收回復(fù)并顯示讀取到的數(shù)據(jù)，至此對可讀寫RFID標簽的讀取操作完成.

對于標簽信息的讀取可以選擇對標簽下發(fā)讀取數(shù)據(jù)命令（CMD=0x4B），也可以從數(shù)據(jù)庫中讀取對應(yīng)標簽的內(nèi)容，系統(tǒng)為排除人為非法篡改標簽信息的可能，設(shè)置每次修改的內(nèi)容均會保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中.

圖4　標簽寫入程序流程圖

3　系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試與實現(xiàn)

3.1藥品冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

雙擊藥品冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)，出現(xiàn)冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)用戶登錄界面如圖6所示.正確輸入用戶名與密碼后便可進入冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)的主界面（見圖7）.在冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)的主界面上直接檢測溫濕度數(shù)據(jù)是否超標.

圖5　標簽讀取程序流程圖

圖6　用戶登錄界面

圖7　藥品冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)主界面

1）濕度數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示

系統(tǒng)的濕度曲線動態(tài)顯示模塊能夠?qū)⒆x取到的濕度數(shù)據(jù)繪制時間—濕度曲線，便于直觀的觀察藥品接觸環(huán)境的濕度信息，有利于避免接觸環(huán)境濕度超標的情況，從而更好的保證藥品質(zhì)量.圖8所示為某藥品接觸環(huán)境的濕度曲線，看出在監(jiān)測初期存在濕度超標的情況，系統(tǒng)在報警后采取相應(yīng)措施，使?jié)穸然氐秸７秶鷥?nèi).

2）溫度數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示

系統(tǒng)的溫度曲線動態(tài)顯示模塊能夠?qū)⒆x取到的溫度數(shù)據(jù)繪制時間—溫度曲線，便于直觀的觀察藥品接觸環(huán)境的溫度信息，有利于避免接觸環(huán)境的溫度超標的情況，能更好保證藥品質(zhì)量.圖9所示為普通藥品常溫下的溫度信息曲線和冷藏藥品冷鏈環(huán)境下的溫度信息曲線.

圖8　濕度數(shù)據(jù)動態(tài)顯示界面

圖9　溫度數(shù)據(jù)動態(tài)顯示界面

3.2藥品信息管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

雙擊藥品智能信息管理系統(tǒng)，出現(xiàn)智能信息管理系統(tǒng)用戶登陸窗體如圖10所示，輸入正確用戶名與密碼后便可登陸智能信息管理系統(tǒng)的主窗體（見圖11）.藥品智能信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)對藥品基礎(chǔ)信息、倉儲及物流信息和藥品的質(zhì)量追溯.

圖12所示為藥品信息查詢模塊對應(yīng)的窗體，該窗體能夠通過標簽ID或藥品名稱查詢藥品的基本信息.圖13所示為藥品溯源模塊對應(yīng)的窗體，通過標簽ID或藥品名稱可以查詢到對應(yīng)批次藥品的流通信息.

圖10　用戶登錄界面

圖11　智能信息管理系統(tǒng)主界面

圖12　藥品信息查詢界面

藥品的信息錄入與讀取模塊如圖14所示，該模塊能夠?qū)⑺幤返幕拘畔⑴c標簽ID進行綁定，同時確定標簽對應(yīng)該批藥品的數(shù)量.在讀寫標簽對藥品信息寫入時，將標簽存儲部分分成11區(qū)，分別寫下對應(yīng)的藥品信息，對藥品信息查詢時可以很清楚的查詢到每個區(qū)的內(nèi)容.

圖13　藥品物流站點查詢界面

圖14　藥品信息管理界面

4　結(jié)語

藥品冷鏈監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)具有效率高，實時性好，受環(huán)境影響小的特點，占用網(wǎng)絡(luò)資源較少的特點，其中溫濕度數(shù)據(jù)的采集與實時監(jiān)控模塊能夠?qū)崿F(xiàn)藥品質(zhì)量的實時監(jiān)控，溫濕度時間歷程顯示與回放模塊和藥品質(zhì)量追溯模塊的設(shè)計時能夠在藥品質(zhì)量出現(xiàn)問題時追根溯源，及時修正錯誤減少損失.對于提高我國冷藏藥品的物流監(jiān)控技術(shù)水平，實現(xiàn)藥品信息的智能化管理，保證用藥安全都具有十分重要的意義.

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Design ofmedical cold-chain monitoring and information management system based on RFID

GU Ji-hai1，LIU Chai2，BA Xing-qiang3，CHIGuang-zhi4
（1.School of Light Industry，Harbin University of Commerce，Harbin 150028，China；2.School of Engineering，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China；3.School of Transportation Northeast Forestry University，Harbin 150040，China；4.Harbin Cigarette Factory，Harbin 150001，China）

To develop a medical cold-chain monitoring and intelligentmanagement system based on RFID，the software system was designed with the function of humiture data acquisition and real-timemonitoringmodule，display and playbackmodule of humiture，and quality tracing module after the data transmission problem had been solved.The design of the system could achieve real-timemonitoring of drugs and quality tracing and intelligentmanagement.

RFID；cold-chain monitoring；drug traceability；intelligentmanagement

TP391，TB48

A

1672-0946（2016）02-0185-05

2016-01-07.

哈爾濱市科技局應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)（優(yōu)秀學(xué)科帶頭人）項目（2013RFXXJ067）；黑龍江省教育廳研究生創(chuàng)新科研資金項目（YJSCX2012-143HLJ）

谷吉海（1964-），男，博士，教授，研究方向：智能監(jiān)控與信號處理.