基于RFID技術(shù)的疫苗儲運系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

廖穎君 牛琳 蔡劉璐 蘇鈺蕊 黎團友

摘要：針對疫苗在存儲和運輸?shù)倪^程中對溫度濕度高敏感的生物特性，基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)識別采集功能和無線通信技術(shù)，結(jié)合溫濕度傳感器、光敏傳感器，設(shè)計了用于存儲相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫以及基于web端的服務(wù)的疫苗儲運系統(tǒng)。該系統(tǒng)可查詢所存儲的疫苗信息，在疫苗冷鏈儲運過程中實時監(jiān)控疫苗所處的環(huán)境信息，并在疫苗的環(huán)境變化超出適宜范圍時發(fā)出警報，在疫苗的存運過程中一定程度上可保證疫苗活性。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；疫苗儲運；冷鏈；遠程監(jiān)控；傳感器

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0071-03

Abstract： Aiming at the biological characteristics of high sensitivity to temperature and humidity in the process of vaccine storage and transportation， this project designs a database for storing relevant data and a vaccine storage and transportation system based on Web service. And the establish of this system is based on RFID technology and wireless communication technology， combining with temperature and humidity sensors and photosensitive sensors. By applying this system， users can query the stored vaccine information and real-time monitor the environmental information of the vaccine during the cold chain storage and transportation. When the change of environment around the vaccine exceeds the appropriate range， it can alarm the users. It is effective to protect the vaccine activity during vaccine storage and transportation.

Key words： RFID electronic tag； vaccine storage and transportation； automatic cold chain； remote monitoring； transducer

1 背景

疫苗是將病原微生物（如細菌、立克次氏體、病毒等）及其代謝產(chǎn)物，經(jīng)過人工減毒、滅活或利用轉(zhuǎn)基因等方法制成的用于預(yù)防傳染病的自動免疫制劑。疫苗的生物特性，導(dǎo)致它對溫度、濕度等外部條件具有較強的敏感度，溫度的高低、周圍環(huán)境的空氣濕度的高低等都有可能破壞它的生物活性，致使其失活從而失去預(yù)防或治療效果[1]。甚至，針對某些特殊疫苗，一旦失活，極可能危及人體生命安全，因此疫苗存儲、運輸過程中的對其環(huán)境信息的監(jiān)控尤為重要。RFID技術(shù)可采集外部環(huán)境信息并通過I/O接口將其上傳至數(shù)據(jù)庫，在使用時，一方面可記錄新的疫苗的適宜環(huán)境數(shù)據(jù)，另一方面也可核實外部環(huán)境是否會對疫苗活性造成影響，如何設(shè)計并將RFID技術(shù)應(yīng)用于項目所開發(fā)的系統(tǒng)是本次的研究重點。

2 RFID技術(shù)介紹

RFID技術(shù)通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，其功能主要是由電子標簽和讀寫器完成實現(xiàn)的。讀寫器用于捕捉、處理RFID標簽數(shù)據(jù)以及通過外部傳感器接收外部環(huán)境信息，如溫度、濕度等。讀寫器外部傳感器通過熱敏元件感受外部環(huán)境溫度，再通過編譯器和譯碼器將物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，最后通過I/O接口輸入輸出數(shù)據(jù)信息[2]；而電子標簽作為RFID技術(shù)系統(tǒng)中的一個微型無線收發(fā)裝置，其內(nèi)部天線可通過電磁波形式將前端射頻信號功率接收或輻射出去，與讀寫器內(nèi)部天線共同實現(xiàn)射頻信號的無接觸空間耦合，并在耦合通道內(nèi)實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的交換[3]。使用時，電子標簽接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，借由感應(yīng)電流所獲得的能量將存儲在芯片中的產(chǎn)品信息發(fā)送給讀寫器，讀寫器再通過通信接口將數(shù)據(jù)信息在傳送至后臺數(shù)據(jù)庫。

目前許多國家已經(jīng)將RFID電子標簽技術(shù)廣泛應(yīng)用到醫(yī)療行業(yè)內(nèi)，如：美國食品藥品監(jiān)督管理局（U.S. Food and Drug Administration， FDA）采用RFID 芯片快速調(diào)出患者信息，尤其是意識不清醒的患者，估計可降低50% 的醫(yī)療事故[4]；新加坡國立癌癥中心（National Cancer Centre Singapore， NCCS）化療科自 2011年使用有源高頻 RFID 標簽及讀寫器以來，醫(yī)院比以前多治療 20%病人，等待時間減少 8%，56% 的病人等待時間少于 30 分鐘，明顯提升了工作效率[5] 。濟南軍 區(qū)疾病預(yù)防控制中心利用RFlD技術(shù)開發(fā)了“三防”醫(yī)學救援戰(zhàn)備物資管理系統(tǒng)，優(yōu)化了物資信息登記修改、出入庫掃描、清查等環(huán)節(jié)的流程，加強預(yù)警預(yù)案管理，分級授權(quán)高效運行，提高了應(yīng)急反應(yīng)速度[6]。此外，RFID電子標簽技術(shù)在疫苗的存儲和運輸這一過程中也起到了極大的作用，在疫苗的冷鏈運輸?shù)娜^程中實現(xiàn)自動化管理，降低人為操作對疫苗的影響，節(jié)省存儲和運輸過程中對人力資源、物力資源的浪費，最大限度減少運輸成本；同時還可對疫苗所處環(huán)境進行實時監(jiān)控，以降低周圍環(huán)境如溫度、濕度等對疫苗的影響，保證疫苗在存儲和運輸中的活性。

3 系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)主要應(yīng)用于簡單的疫苗存儲和運輸，在存儲和運輸過程中，相關(guān)工作人員一方面需要了解所需存儲和運輸?shù)囊呙绲奶匦浴⒈３只钚运璧耐獠織l件（溫度、濕度、光線照射率等）、以及疫苗的保存時長等，另一方面，還需在存儲和運輸中實時監(jiān)控疫苗所處外部環(huán)境，保證外部環(huán)境的適宜亦保持疫苗活性。

疫苗從生產(chǎn)到存儲、運輸，每一個環(huán)節(jié)都需對疫苗進行實時監(jiān)控。

生產(chǎn)：用電子標簽標記對象，將信息寫入電子標簽后通過讀寫器掃描并將疫苗信息寫入數(shù)據(jù)庫。

存儲：使用讀寫器對疫苗進行定期掃描，記錄其溫度、濕度曲線，實時對疫苗進行監(jiān)控。

運輸：可利用車載讀寫器對疫苗進行實時監(jiān)控，保證疫苗活性。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

項目所采用的讀寫器UHFReader18通過RS232或RS485接口與web服務(wù)器串行通信。串行通信接口的數(shù)據(jù)幀為一個起始位，8個數(shù)據(jù)位，一個停止位，無奇偶校驗位，缺省波特率57600。讀寫器UHFReader18接收到正確命令后，在不超過詢查時間的范圍內(nèi) （不包括數(shù)據(jù)發(fā)送過程，僅僅是讀寫器執(zhí)行命令的時間），會返回給web服務(wù)器一個響應(yīng)，web服務(wù)器接收到讀寫器的響應(yīng)。一次通訊結(jié)束。采用18000-6B標簽，該電子標簽僅有一個存儲空間，通過內(nèi)部無線微型收發(fā)裝置和讀寫器UHFReader18內(nèi)部天線實現(xiàn)射頻信號的無接觸空間耦合，數(shù)據(jù)信息即通過能量轉(zhuǎn)換的方式將電子標簽內(nèi)信息發(fā)送至讀寫器。讀寫器內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)信息再將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至服務(wù)器繼而存入數(shù)據(jù)庫中。

3.2 系統(tǒng)流程設(shè)計

對疫苗存儲和運輸?shù)牧鞒谭治黾磳ο到y(tǒng)流程的分析，是進行系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，疫苗儲運流程圖如2所示：

疫苗在存儲和運輸中主要分為以下幾個過程：

1）出庫階段：1.用電子標簽標記對象；2.通過射頻技術(shù)將信息寫入RFID標簽內(nèi)；3.使用讀寫器掃描運輸對象將所需運輸對象信息存儲進后臺數(shù)據(jù)庫。

2）運輸階段：利用RFID對疫苗環(huán)境進行實時監(jiān)控，使疫苗所處環(huán)境保持在一定范圍。

3）入庫階段：1.卸貨，使用讀寫器掃描對象，將數(shù)據(jù)與后臺數(shù)據(jù)庫進行比對；2.篩選，通過數(shù)據(jù)比對，若與訂單相符，則進行驗收；否則，則拒絕驗收；3.再次用讀寫器掃描對象，將存儲信息存入后臺數(shù)據(jù)庫，疫苗入庫。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)主要包括用戶表、疫苗表、入庫表、備注表、管理員以及出庫表。系統(tǒng)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1） 用戶表：在用戶使用時需先經(jīng)過驗證后才可進入系統(tǒng)，進入系統(tǒng)后主要實現(xiàn)的是查詢功能。

2） 疫苗表：疫苗表是數(shù)據(jù)庫的核心內(nèi)容，存儲了被采集到的疫苗信息。

3） 備注表：與疫苗表成一對一的關(guān)系。

4） 管理員表：根據(jù)用戶名和密碼的不同，賦予不同的權(quán)限，管理員可對疫苗的出庫和入庫進行實時監(jiān)控。

5） 入庫表：主要是對已入庫的疫苗進行監(jiān)控。

6） 出庫表：主要是對出庫的疫苗進行監(jiān)控。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)需求，該系統(tǒng)主要具備以下幾個功能：1）用戶登錄；2）基本信息查詢；3）信息讀取和采集。

首頁：可根據(jù)需求查詢所有記錄，即所有采集到的標簽信息。具體界面如圖4所示：

基本信息頁面：用戶可查看具體某一條標簽信息，也可進行對某一條標簽信息進行修改、添加或刪除。具體界面如圖5所示。

5 結(jié)束語

將RFID技術(shù)應(yīng)用在疫苗的存儲和運輸對于各使用群體具有顯著效益。一是疫苗生產(chǎn)廠家，可保證所存儲疫苗的安全性，降低疫苗安全維護成本；二是對于區(qū)域醫(yī)療機構(gòu)，RFID技術(shù)在存運過程中的使用意味著更高的效率，更強的疫苗追蹤水平，同時也能節(jié)約運輸成本；三是對于一線醫(yī)護人員，利用RFID技術(shù)可以及時的獲得疫苗的種類、功能以及溫度等相關(guān)信息數(shù)據(jù)，降低了人工輸入信息的錯誤率，且提高信息數(shù)據(jù)處理的效率。四是對疫苗所處環(huán)境的實時監(jiān)控，提高了疫苗的安全性，為接種患者的安全提供了有效保障。

通過該項目設(shè)計開發(fā)的系統(tǒng)結(jié)合了RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)識別采集功能和無線通信技術(shù)，具備遠程監(jiān)控功能、預(yù)警功能等，在疫苗存運過程的使用中可將外部傳感器分布在冷藏車廂或冷藏庫內(nèi)，在指定時間點進行環(huán)境信息的采集并將數(shù)據(jù)信息及時上傳，以此來保證疫苗的安全性?？稍诶洳剀噹蚶洳貛靸?nèi)裝備光敏傳感器，在非法取放疫苗時進行警報。該系統(tǒng)可以進一步開發(fā)針對搜集到的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)處理時可采用 AI（人工智能，Artificial Intelligence）對疫苗數(shù)據(jù)進行深度挖掘和深度學習，形成數(shù)據(jù)信息網(wǎng)。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】