基于RFID的药品冷链监控与信息管理系统设计

谷吉海，刘　钗，巴兴强，迟广志

（1.哈尔滨商业大学轻工学院，哈尔滨150028；2.东北农业大学工程学院，哈尔滨150030；3.东北林业大学交通学院，哈尔滨150040；4.哈尔滨卷烟厂哈尔滨150001）

基于RFID的药品冷链监控与信息管理系统设计

谷吉海1，刘钗2，巴兴强3，迟广志4

（1.哈尔滨商业大学轻工学院，哈尔滨150028；2.东北农业大学工程学院，哈尔滨150030；3.东北林业大学交通学院，哈尔滨150040；4.哈尔滨卷烟厂哈尔滨150001）

为设计开发基于无线射频识别（RFID）技术的药品冷链监控与信息智能管理系统，在解决数据传输问题的基础上，设计开发温湿度数据的采集与实时监控模块、温湿度时间历程显示与回放模块以及药品质量追溯模块的软件系统.通过模块接口的联调测试，实现了药品冷链的实时监控、质量追溯与信息智能管理，为进一步工程应用奠定了基础.

RFID；冷链监控；质量追溯；智能管理；

药品安全关系到人类的健康和生命安全.对血浆、疫苗等生物药品，要求从生产、包装、仓储、物流到经销商、医院等各个环节严格保证2～8℃的冷链管理［1］.传统的人工检测物流环境温湿度的方法已不能满足药品使用安全的要求［2-4］.随着物联网技术被列入我国“十二五”重点发展战略规划［5］，基于RFID的药品冷链监控技术已成为物联网应用领域的重要课题［6-10］.开发基于RFID的药品冷链监控与信息管理系统，在解决系统数据传输及标签碰撞问题的基础上［11］，设计药品温湿度数据的采集与实时监控模块、温湿度时间历程显示与回放模块以及药品质量追溯模块，实现对冷链药品的实时监控与质量溯源，对于保证用药安全提供有效的保障.

1　药品冷链监控与信息管理系统总体设计

药品冷链监控与信息管理系统包括药品冷链监控系统与药品智能信息管理系统两部分，其系统总体设计构架如图1所示.其中药品冷链监控系统实现温湿度数据的采集与处理，温湿度实时监测与报警，温湿度时间历程显示与回放三部分功能.药品智能信息管理系统在实现药品基本信息、仓储信息以及物流信息的基础上，实现药品质量的追溯.本文是在完成系统数据的采集与传输部分设计的基础上［12］，完成药品冷链监控与信息管理系统的软件设计.

图1　药品冷链监控与信息管理系统总体构架

图2　温湿度数据采集与监测流程图

2　冷链监控系统功能模块设计

2.1温湿度数据的采集与实时监控模块设计

在药品物流、仓储及销售过程中需要对一些特殊药品所处环境的温湿度进行监测［13］.冷链监控系统需要实现温湿度数据采集与记录、温湿度数据的实时监控与报警、温湿度时间历程显示与回放三项功能.

冷链监控系统所监测的温湿度数据具有实时性［14］，在温湿度数据采集的同时对温湿度数据进行监控与报警，如图2所示为温湿度数据采集与实时监测流程图.在下发读取温湿度数据命令时，系统将设置读写器读取温湿度标签的数据，此时若系统未成功接收读写器设置成功的回复，将重新下发读取温湿度数据命令，直至成功接收到回复为止.读写器与温湿度标签进行通讯，读取并上传温湿度信息到冷链监控系统，系统会对接收到的温湿度数据进行是否超标判断并标记判断结果，若温湿度数据超标则系统提示报警.将采集到的温湿度数据利用DLL动态链接库中的ZedGraph.dll插件，绘制成实时曲线动态显示温湿度数据的变化情况，并将标记过是否超标的温湿度数据保存至数据库，至此温湿度数据的采集与监测过程完成.

2.2温湿度时间历程显示与回放模块设计

冷链监控系统要能够实现事后对药品温湿度时间历程的显示与回放，如图3所示为药品温湿度时间历程的显示与回放流程图.每一批药品都有温湿度标签与之对应，查询药品温湿度信息时，只需对该批次药品对应的温湿度RFID标签的温湿度信息进行查询.在药品温湿度时间历程的显示与回放过程中，首先要选择所查询药品对应的标签，然后连接数据库查找相应的信息，查找成功后将数据发送至监控系统.最后利用DLL动态链接库中的ZedGraph插件绘制温湿度时间曲线.

图3　温湿度时间历程显示与回放流程图

2.3药品质量追溯模块设计

标签读写模块主要是对读写标签信息的写入与读取，目的是实现在标签中写入药品信息和对标签内信息的读取［15］.在标签中写入药品的基本信息及运输途经城市，便于实现对药品信息的查询及作为药品因环境中温湿度变化而变质时进行事后追究责任的依据［16］.

对读写标签进行写入操作的流程如图4所示，将读写标签的读写区域分成11个区，在写入操作时首先要选择该批次药品所对应的标签ID，输入密钥1；然后选择数据写入的区域，写入内容后对标签下发写入命令，此时系统会对密钥1、标签ID和写入内容格式依次进行判断，密钥1正确、标签ID合法和写入内容格式正确时执行写入命令；在执行写入命令后系统会接收到操作成功的回复，至此写入操作完成.

对读写标签进行读取操作的流程图如图5所示，与写入操作相同，在执行读取操作之前也要选择药品对应的标签ID、输入密钥1以及选择读取区，并对标签ID的合法性及密钥1进行判断，发送读取命令后要对接收到的回复进行判断，若CMD 为0x4B则接收回复并显示读取到的数据，至此对可读写RFID标签的读取操作完成.

对于标签信息的读取可以选择对标签下发读取数据命令（CMD=0x4B），也可以从数据库中读取对应标签的内容，系统为排除人为非法篡改标签信息的可能，设置每次修改的内容均会保存在系统数据库中.

图4　标签写入程序流程图

3　系统联调测试与实现

3.1药品冷链监控系统的实现

双击药品冷链监控系统，出现冷链监控系统用户登录界面如图6所示.正确输入用户名与密码后便可进入冷链监控系统的主界面（见图7）.在冷链监控系统的主界面上直接检测温湿度数据是否超标.

图5　标签读取程序流程图

图6　用户登录界面

图7　药品冷链监控系统主界面

1）湿度数据的动态显示

系统的湿度曲线动态显示模块能够将读取到的湿度数据绘制时间—湿度曲线，便于直观的观察药品接触环境的湿度信息，有利于避免接触环境湿度超标的情况，从而更好的保证药品质量.图8所示为某药品接触环境的湿度曲线，看出在监测初期存在湿度超标的情况，系统在报警后采取相应措施，使湿度回到正常范围内.

2）温度数据的动态显示

系统的温度曲线动态显示模块能够将读取到的温度数据绘制时间—温度曲线，便于直观的观察药品接触环境的温度信息，有利于避免接触环境的温度超标的情况，能更好保证药品质量.图9所示为普通药品常温下的温度信息曲线和冷藏药品冷链环境下的温度信息曲线.

图8　湿度数据动态显示界面

图9　温度数据动态显示界面

3.2药品信息管理系统的实现

双击药品智能信息管理系统，出现智能信息管理系统用户登陆窗体如图10所示，输入正确用户名与密码后便可登陆智能信息管理系统的主窗体（见图11）.药品智能信息管理系统实现对药品基础信息、仓储及物流信息和药品的质量追溯.

图12所示为药品信息查询模块对应的窗体，该窗体能够通过标签ID或药品名称查询药品的基本信息.图13所示为药品溯源模块对应的窗体，通过标签ID或药品名称可以查询到对应批次药品的流通信息.

图10　用户登录界面

图11　智能信息管理系统主界面

图12　药品信息查询界面

药品的信息录入与读取模块如图14所示，该模块能够将药品的基本信息与标签ID进行绑定，同时确定标签对应该批药品的数量.在读写标签对药品信息写入时，将标签存储部分分成11区，分别写下对应的药品信息，对药品信息查询时可以很清楚的查询到每个区的内容.

图13　药品物流站点查询界面

图14　药品信息管理界面

4　结语

药品冷链监控与信息管理系统具有效率高，实时性好，受环境影响小的特点，占用网络资源较少的特点，其中温湿度数据的采集与实时监控模块能够实现药品质量的实时监控，温湿度时间历程显示与回放模块和药品质量追溯模块的设计时能够在药品质量出现问题时追根溯源，及时修正错误减少损失.对于提高我国冷藏药品的物流监控技术水平，实现药品信息的智能化管理，保证用药安全都具有十分重要的意义.

［1］王铀.采用物联网技术实现药品食品全程冷链监控［J］.物流技术与应用，2011，16（2）：70-72.

［2］易静薇，张春颖，王栋，等.我国冷藏药品冷链物流的现状及问题研究［J］.物流科技，2009，32（8）：96-98.

［3］刘俊齐.医药冷链物流质量管理模式研究［D］.武汉：武汉理工大学，2011.4-15.

［4］刘娜，李锐.浅议RFID技术在冷链物流中的应用［J］.中国信息科技，2011（3）：82-83.

［5］ 黄玉兰.物联网核心技术［M］.北京：机械工业出版社，2011，139-152.

［6］王宇航.基于RFID的药品包装信息管理系统［D］.北京：北京交通大学，2011，1-5.

［7］邓宏飞.基于RFID的药品包装信息管理系统—人机交互和信息处理模块的研究与实现［D］.北京：北京交通大学，2011. 1-6.

［8］梁露丝.广东某物流公司药品冷链的流程分析与优化研究［D］.广州：华南理工大学2010.7-15

［9］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.药品冷链物流运作规范［M］.北京：中国质检出版社，2012.28-35.

［10］严美芳.制约RFID在包装领域应用的因素［J］.包装工程，2008.29（10）：226-227.

［11］刘桂阳，付国瑜.商品包装RFID技术的数据安全研究［J］.包装工程，2009，30（5）：79-81.

［12］谷吉海，刘钗，庞明，等.药品冷链监控系统数据传输程序设计［J］.包装工程，2015，35（5）：21-26.

［13］JUNG K，EUN Y C，DONGH L.Secure Mobile RFID system against privacy and security problems［C］//Third International Workshop on Security，Privercy and Trust in Pervasive and Ubiquitous Computing，2007.67-72.

［14］宁焕生.RFID重大工程与国家物联网［M］.北京：机械工业出版社，2011.139-144.

［15］ABAD E，PALACIIO F，NUIN M，et al.RFID smart tag for traceability and cold chainmonitoring of foods：demonstration in an intercontinental fresh fish logistic chain［J］.Journal of Food，2009，93（4）：394-399.

［16］徐耀群，倪超.食品冷链物流配送委托代理关系模型研究［J］.哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2015，31（3）：365-369，377.

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.

哈尔滨市科技局应用技术研究与开发（优秀学科带头人）项目（2013RFXXJ067）；黑龙江省教育厅研究生创新科研资金项目（YJSCX2012-143HLJ）

谷吉海（1964-），男，博士，教授，研究方向：智能监控与信号处理.