基于RFID技术的疫苗储运系统设计与实现

廖颖君 牛琳 蔡刘璐 苏钰蕊 黎团友

摘要：针对疫苗在存储和运输的过程中对温度湿度高敏感的生物特性，基于RFID技术的数据识别采集功能和无线通信技术，结合温湿度传感器、光敏传感器，设计了用于存储相关数据的数据库以及基于web端的服务的疫苗储运系统。该系统可查询所存储的疫苗信息，在疫苗冷链储运过程中实时监控疫苗所处的环境信息，并在疫苗的环境变化超出适宜范围时发出警报，在疫苗的存运过程中一定程度上可保证疫苗活性。

关键词：RFID技术；疫苗储运；冷链；远程监控；传感器

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用转基因等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。疫苗的生物特性，导致它对温度、湿度等外部条件具有较强的敏感度，温度的高低、周围环境的空气湿度的高低等都有可能破坏它的生物活性，致使其失活从而失去预防或治疗效果[1]。甚至，针对某些特殊疫苗，一旦失活，极可能危及人体生命安全，因此疫苗存储、运输过程中的对其环境信息的监控尤为重要。RFID技术可采集外部环境信息并通过I/O接口将其上传至数据库，在使用时，一方面可记录新的疫苗的适宜环境数据，另一方面也可核实外部环境是否会对疫苗活性造成影响，如何设计并将RFID技术应用于项目所开发的系统是本次的研究重点。

2 RFID技术介绍

RFID技术通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，其功能主要是由电子标签和读写器完成实现的。读写器用于捕捉、处理RFID标签数据以及通过外部传感器接收外部环境信息，如温度、湿度等。读写器外部传感器通过热敏元件感受外部环境温度，再通过编译器和译码器将物理数据转换为数字数据，最后通过I/O接口输入输出数据信息[2]；而电子标签作为RFID技术系统中的一个微型无线收发装置，其内部天线可通过电磁波形式将前端射频信号功率接收或辐射出去，与读写器内部天线共同实现射频信号的无接触空间耦合，并在耦合通道内实现能量的转换和数据的交换[3]。使用时，电子标签接收读写器发出的射频信号，借由感应电流所获得的能量将存储在芯片中的产品信息发送给读写器，读写器再通过通信接口将数据信息在传送至后台数据库。

目前许多国家已经将RFID电子标签技术广泛应用到医疗行业内，如：美国食品药品监督管理局（U.S. Food and Drug Administration， FDA）采用RFID 芯片快速调出患者信息，尤其是意识不清醒的患者，估计可降低50% 的医疗事故[4]；新加坡国立癌症中心（National Cancer Centre Singapore， NCCS）化疗科自 2011年使用有源高频 RFID 标签及读写器以来，医院比以前多治疗 20%病人，等待时间减少 8%，56% 的病人等待时间少于 30 分钟，明显提升了工作效率[5] 。济南军 区疾病预防控制中心利用RFlD技术开发了“三防”医学救援战备物资管理系统，优化了物资信息登记修改、出入库扫描、清查等环节的流程，加强预警预案管理，分级授权高效运行，提高了应急反应速度[6]。此外，RFID电子标签技术在疫苗的存储和运输这一过程中也起到了极大的作用，在疫苗的冷链运输的全过程中实现自动化管理，降低人为操作对疫苗的影响，节省存储和运输过程中对人力资源、物力资源的浪费，最大限度减少运输成本；同时还可对疫苗所处环境进行实时监控，以降低周围环境如温度、湿度等对疫苗的影响，保证疫苗在存储和运输中的活性。

3 系统设计

该系统主要应用于简单的疫苗存储和运输，在存储和运输过程中，相关工作人员一方面需要了解所需存储和运输的疫苗的特性、保持活性所需的外部条件（温度、湿度、光线照射率等）、以及疫苗的保存时长等，另一方面，还需在存储和运输中实时监控疫苗所处外部环境，保证外部环境的适宜亦保持疫苗活性。

疫苗从生产到存储、运输，每一个环节都需对疫苗进行实时监控。

生产：用电子标签标记对象，将信息写入电子标签后通过读写器扫描并将疫苗信息写入数据库。

存储：使用读写器对疫苗进行定期扫描，记录其温度、湿度曲线，实时对疫苗进行监控。

运输：可利用车载读写器对疫苗进行实时监控，保证疫苗活性。

3.1 系统架构

項目所采用的读写器UHFReader18通过RS232或RS485接口与web服务器串行通信。串行通信接口的数据帧为一个起始位，8个数据位，一个停止位，无奇偶校验位，缺省波特率57600。读写器UHFReader18接收到正确命令后，在不超过询查时间的范围内 （不包括数据发送过程，仅仅是读写器执行命令的时间），会返回给web服务器一个响应，web服务器接收到读写器的响应。一次通讯结束。采用18000-6B标签，该电子标签仅有一个存储空间，通过内部无线微型收发装置和读写器UHFReader18内部天线实现射频信号的无接触空间耦合，数据信息即通过能量转换的方式将电子标签内信息发送至读写器。读写器内部存储的数据信息再将数据信息发送至服务器继而存入数据库中。

3.2 系统流程设计

对疫苗存储和运输的流程分析即对系统流程的分析，是进行系统设计关键性环节，疫苗储运流程图如2所示：

疫苗在存储和运输中主要分为以下几个过程：

1）出库阶段：1.用电子标签标记对象；2.通过射频技术将信息写入RFID标签内；3.使用读写器扫描运输对象将所需运输对象信息存储进后台数据库。

2）运输阶段：利用RFID对疫苗环境进行实时监控，使疫苗所处环境保持在一定范围。

3）入库阶段：1.卸货，使用读写器扫描对象，将数据与后台数据库进行比对；2.筛选，通过数据比对，若与订单相符，则进行验收；否则，则拒绝验收；3.再次用读写器扫描对象，将存储信息存入后台数据库，疫苗入库。

3.3 系统数据库设计

系统数据表的结构主要包括用户表、疫苗表、入库表、备注表、管理员以及出库表。系统数据表结构如图3所示。

1） 用户表：在用户使用时需先经过验证后才可进入系统，进入系统后主要实现的是查询功能。

2） 疫苗表：疫苗表是数据库的核心内容，存储了被采集到的疫苗信息。

3） 备注表：与疫苗表成一对一的关系。

4） 管理员表：根据用户名和密码的不同，赋予不同的权限，管理员可对疫苗的出库和入库进行实时监控。

5） 入库表：主要是对已入库的疫苗进行监控。

6） 出库表：主要是对出库的疫苗进行监控。

4 系统实现

根据需求，该系统主要具备以下几个功能：1）用户登录；2）基本信息查询；3）信息读取和采集。

首页：可根据需求查询所有记录，即所有采集到的标签信息。具体界面如图4所示：

基本信息页面：用户可查看具体某一条标签信息，也可进行对某一条标签信息进行修改、添加或删除。具体界面如图5所示。

5 结束语

将RFID技术应用在疫苗的存储和运输对于各使用群体具有显著效益。一是疫苗生产厂家，可保证所存储疫苗的安全性，降低疫苗安全维护成本；二是对于区域医疗机构，RFID技术在存运过程中的使用意味着更高的效率，更强的疫苗追踪水平，同时也能节约运输成本；三是对于一线医护人员，利用RFID技术可以及时的获得疫苗的种类、功能以及温度等相关信息数据，降低了人工输入信息的错误率，且提高信息数据处理的效率。四是对疫苗所处环境的实时监控，提高了疫苗的安全性，为接种患者的安全提供了有效保障。

通过该项目设计开发的系统结合了RFID技术的数据识别采集功能和无线通信技术，具备远程监控功能、预警功能等，在疫苗存运过程的使用中可将外部传感器分布在冷藏车厢或冷藏库内，在指定时间点进行环境信息的采集并将数据信息及时上传，以此来保证疫苗的安全性。可在冷藏车厢或冷藏库内装备光敏传感器，在非法取放疫苗时进行警报。该系统可以进一步开发针对搜集到的数据在数据库中数据处理时可采用 AI（人工智能，Artificial Intelligence）对疫苗数据进行深度挖掘和深度学习，形成数据信息网。

参考文献：

[1] 王彩虹. 冷链检测信息管理系统简介及其在疫苗存储过程中的应用效果分析[J]. 疾病监测与控制杂志， 2015， 12（9）： 890-892.

[2] 董国应. 基于RFID的药品冷链智能监控系统探究[J]. 产业与科技论坛， 2015（24）： 40.

[3] 胡江虹. 基于RFID与PLC的仓储物流系统设计与实现[J]. 电子设计工程， 2018（16）： 181-184， 188.

[4] 王虹. 基于射频识别（RFID）的医嘱闭环执行系统[J]. 中国医院， 20l0， 14（8）： 63-65.

[5] 林俊奇. 新加坡国立癌症中心化疗科部署RFID系统提高工资效率[Z].

[6]翟欣明. 基于RFID业务应用的数据流管理技术研究[D]. 上海： 复旦大学， 2009.

【通联编辑：谢媛媛】