基于一物一码技术的医疗打印机系统设计

栾凤凯

（武汉理工大学 信息工程学院，湖北 武汉430070）

1 简介

目前，国内医院的特质打印机主要有包埋盒打印机、玻片打印机、试管打印机三种，且普遍体积庞大，价格昂贵，功能单一。而国内医疗信息化产业发展却如火如荼，国家政策导向大力推动医疗信息化建设，国民健康意识不断提升，医疗需求不断增加，使特异性医疗打印、信息化打印成为现代国家医疗体系建设的刚性需求。

与此同时，医院内部云打印系统也尚未成型，信息留存不够安全，对于患者来说，信息查询与信息留存都不安全。医疗打印产品短缺的情况，会导致患者信息不能以更快速度流动到患者手上，增加患者的等待时间，提高医院的运营成本，降低医院的运营效率。同时，信息流通的速度与信息的时效性也会在一定程度上影响医患关系。在这一前提下，本文提出了一种解决方案：基于一物一码技术的特异性医疗打印机，可以为医院提供更加便捷的医疗信息打印方式，为用户提供更加安全的医疗信息留存与查询方案。

2 医疗打印机的基本概念

本文所介绍的医疗打印机，其终端设备以打印机的打印功能为前提，通过无线方式将打印的数据发送到无线打印机，用户终端获得打印状态和相关消息。对于用户终端，无线打印机就像另一个终端或服务器，打印的数据以IEEE802.11 协议的形式在局域网中传输并由打印系统打印二维码。

最终用户的打印数据和命令通过无线模式传输到无线打印模块或APP，随后无线打印模块将数据转换为打印机主控制器接受的数据格式，并响应相应的调用，其打印出的二维码可通过打印机自身扫码功能进行识别，并提取对应存在云端中的信息。在整个过程中，本系统则作为无线用户终端和打印机之间的桥梁，一端通过无线信号模式在无线网络中发送和接收数据，并与用户终端或AP 通信，另一端与云平台相连，其整体设计方案如图1 所示。

图1 整体设计方案

无线打印模块的外观和端口是一端通过天线建立的无线接口，另一端是用于有线打印时与打印系统通信的USB总线接口。其通过无线信号与用户交换数据，并通过USB总线将数据传输到打印系统进行打印。同时，打印进度和情况通过总线反馈给主机。

3 系统设计

3.1 整体设计

目前要解决的关键问题为特异性打印、打印器械的信息存储、实现物与码的对应、信息共享、数据保密等。本文所设计的医疗打印系统采用压电式喷墨打印技术、二维码识别技术、分布式账本技术、加密技术等来解决这些问题。

本系统以手持打印机为基础，增加了Wi-Fi 模块、蓝牙模块、光电传感器等部分。Wi-Fi 模块和蓝牙模块分别用于远程和近程联机打印，即在异地远程的情况下，通过Wi-Fi模块可以控制另一台机器打印；如果距离较近，则可以直接用蓝牙模块进行信息传输。打印驱动部分主要依靠FPGA 驱动墨盒进行喷墨打印。

3.2 主控模块

本文设计的医疗打印机以ARM 作为主控设备，以其为核心，设计并简化了外围电路，提高了系统的集成度，所用的ARM 型号为S5P4418，可提供快速的数据处理和流畅的界面切换。该产品自带2 路UART、4 路USB、1 路OTG、1 路千兆以太网、2 路LVDS、1 路HDMI 等接口，具有强大的通讯功能。结合相应的平台设计理念，设计时可通过选择产品重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。

在整个流程中，ARM 作为主要的控制器件，对屏幕、光电传感器、无线信号收发器、打印驱动模块进行控制。它可以从云服务器上下载编码信息并生成喷码喷涂于包埋盒、玻片等相应位置处，工作流程如图2 所示。

图2 主控模块控制流程图

3.3 云端交互设计

用户使用从云服务器下载的编码信息生成的喷码喷涂于包埋盒、玻片等相应位置处。编码信息可支持从外部导入用户已有的编码，也可支持自定义规则生成编码，这样可方便用户根据实际需求下载编码信息。在完成喷码工作后，用户可使用例如具有摄像功能的手机等智能终端下载包括编码信息在内的数据列表，根据列表中的信息和编码对应关系完成一物一码的关联，也就是包埋盒或玻片与码的关联，生成关联结果，并将其上传至云服务器，由云服务器完成信息存储与更新，使下一步具有相关权限的其他智能终端可实时获取相关的一些信息。

工作流程如图3 所示。

图3 云端交互和数据传输流程图

3.4 蓝牙与Wi-Fi 驱动部分设计

蓝牙与Wi-Fi 驱动程序设计流程如图4 所示。蓝牙模块与Wi-Fi 模块用的都是标准的串口通信协议。串口通信的数据包由ARM 处理器通过自身的TXD 接口传输到蓝牙或者Wi-Fi 的RXD 接口。在通信过程中主要分为发送和接收两个过程。

发送过程：在发送过程中，CPU 将数据写入发送数据寄存器，发送数据寄存器将数据一次性发送给移位寄存器，然后再根据波特率将数据一位一位地移出，发给蓝牙或Wi-Fi。

接收过程：在接收过程中，它经过编解码模块，然后直接进入到接收移位寄存器，接收移位寄存器一位一位地接收数据，然后再将接收到的数据一次性写到接收数据寄存器中，这样，CPU 处理器就可以通过读取接收数据寄存器来读到接收的数据。

图4 蓝牙与Wi-Fi 的驱动流程图

3.5 一物一码关联系统和方法

现有的一物一码关联系统主要应用于大型制造企业的产品生产线上，通常包括工控机PC、附码设备、高速高解析的摄像头、机械臂与服务器等。一套一物一码关联系统的价格十分高昂，实现成本较高，并不适用于仅具有中小型生产线的企业。

手持式打印机和智能终端如图5 所示，本文设计的一物一码关联系统包括手持式打印机和智能终端。

图5 手持式打印机和智能终端

所述手持式打印机，用于从云服务器下载编码信息，根据所述编码信息生成喷码，所述喷码包括产品码以及箱码，并将所述产品码喷涂于对应的产品上，以及将所述箱码喷涂于所述产品所装入的箱体上。

所述智能终端，用于根据自身权限下载包括所述编码信息的工单列表，根据所述工单列表扫描所述产品码和所述箱码，并对所述产品码和所述箱码完成关联，生成关联结果，并将所述关联结果上传至云服务器。

在这期间中，操作人员可使用手持式喷码机，将根据从云服务器下载的编码信息生成的喷码喷涂于产品、箱体等相应位置处。在完成喷码工作后，操作人员可使用例如具有摄像功能的手机等智能终端下载包括编码信息在内的工单列表，并逐次扫描产品码、箱码等喷码，根据工单列表中的工单产品信息和编码对应关系完成一物一码关联，也就是产品与码的关联，生成关联结果，并将其上传至云服务器，由云服务器完成信息存储与更新，使下一步工序或具有相关权限的其他智能终端可实时获取产品的入库、出库等关联状态信息，实现对小型生产线产品的高效关联与追溯。

另外，由于不需要在生产线上使用价格高昂的大型工控机、专用服务器、高速高解析识别设备与剔除设备等相关设备，本文应用的这一技术大幅降低了一物一码关联系统的实现成本，使更多企业可以实现产品准确关联与追溯，帮助企业提高产品管理质量。

3.6 打印模块测试结果

本系统所设计的硬件设备需要一个单核I686 CPU，并至少具有一个USB2.0 端口的PC，IEEE 802.11b AP，Marvell 88w8782 芯片组WLAN 无线打印收发器卡SWL-2440U；软件要求是具有Linux 内核2.6.23.1-42.fc8 的Fedora Core（FC）8 核心系统，USB 8782 驱动程序。

测试过程中，设备连接到网络后，无线打印模块将在AP 之间传输无线打印数据，并测试无线网络的有效连接，无线打印模块和AP 之间的距离设置为大约2 m。由计算机通过无线传输到打印机的固定大小的打印数据文件（大约10 M）并进行打印。打印机的无线接收模式设置为无线打印网络测试模式，同时，打开打印传输率测试软件。在打印数据传输过程中，打印测试软件显示实际接收和传输的平均速率。共进行了20 次测试，实际测试速率与802.11b 协议中的有所不同。

4 结论

本文设计的基于一物一码技术的医疗手持打印机通信系统，基本实现了打印机硬件和软件系统的模块化管理。采用本系统后，根据打印机的功能不同，打印机本身可以在有网络的情况下轻松地实现功能的升级、版本的更替。

医院方面，有效降低了医院的特异性打印成本，提高了中小型医院的特异性打印效率，为提高医院的工作效率作出了贡献。公众方面，信息对公众开放，保障了公众应有的知情权，进一步保障了公众就医的安全，增强了公众对个人健康状况的掌握程度，同时又使个人信息高级加密。政府方面，顺应了政策导向，帮助政府进一步落实政策，给政府规范市场提供了解决方案，这些都体现出了本文所设计的打印机系统的实际价值。