基于RFID技術的疫苗儲運系統設計與實現

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的過程中對溫度濕度高敏感的生物特性，基于RFID技術的數據識別采集功能和無線通信技術，結合溫濕度傳感器、光敏傳感器，設計了用于存儲相關數據的數據庫以及基于web端的服務的疫苗儲運系統。該系統可查詢所存儲的疫苗信息，在疫苗冷鏈儲運過程中實時監控疫苗所處的環境信息，并在疫苗的環境變化超出適宜范圍時發出警報，在疫苗的存運過程中一定程度上可保證疫苗活性。

關鍵詞：RFID技術；疫苗儲運；冷鏈；遠程監控；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）及其代謝產物，經過人工減毒、滅活或利用轉基因等方法制成的用于預防傳染病的自動免疫制劑。疫苗的生物特性，導致它對溫度、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境信息的監控尤為重要。RFID技術可采集外部環境信息并通過I/O接口將其上傳至數據庫，在使用時，一方面可記錄新的疫苗的適宜環境數據，另一方面也可核實外部環境是否會對疫苗活性造成影響，如何設計并將RFID技術應用于項目所開發的系統是本次的研究重點。

2 RFID技術介紹

RFID技術通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，其功能主要是由電子標簽和讀寫器完成實現的。讀寫器用于捕捉、處理RFID標簽數據以及通過外部傳感器接收外部環境信息，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境溫度，再通過編譯器和譯碼器將物理數據轉換為數字數據，最后通過I/O接口輸入輸出數據信息[2]；而電子標簽作為RFID技術系統中的一個微型無線收發裝置，其內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，與讀寫器內部天線共同實現射頻信號的無接觸空間耦合，并在耦合通道內實現能量的轉換和數據的交換[3]。使用時，電子標簽接收讀寫器發出的射頻信號，借由感應電流所獲得的能量將存儲在芯片中的產品信息發送給讀寫器，讀寫器再通過通信接口將數據信息在傳送至后臺數據庫。

目前許多國家已經將RFID電子標簽技術廣泛應用到醫療行業內，如：美國食品藥品監督管理局（U.S. Food and Drug Administration， FDA）采用RFID 芯片快速調出患者信息，尤其是意識不清醒的患者，估計可降低50% 的醫療事故[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 區疾病預防控制中心利用RFlD技術開發了“三防”醫學救援戰備物資管理系統，優化了物資信息登記修改、出入庫掃描、清查等環節的流程，加強預警預案管理，分級授權高效運行，提高了應急反應速度[6]。此外，RFID電子標簽技術在疫苗的存儲和運輸這一過程中也起到了極大的作用，在疫苗的冷鏈運輸的全過程中實現自動化管理，降低人為操作對疫苗的影響，節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境進行實時監控，以降低周圍環境如溫度、濕度等對疫苗的影響，保證疫苗在存儲和運輸中的活性。

3 系統設計

該系統主要應用于簡單的疫苗存儲和運輸，在存儲和運輸過程中，相關工作人員一方面需要了解所需存儲和運輸的疫苗的特性、保持活性所需的外部條件（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控疫苗所處外部環境，保證外部環境的適宜亦保持疫苗活性。

疫苗從生產到存儲、運輸，每一個環節都需對疫苗進行實時監控。

生產：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據庫。

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，實時對疫苗進行監控。

運輸：可利用車載讀寫器對疫苗進行實時監控，保證疫苗活性。

3.1 系統架構

項目所采用的讀寫器UHFReader18通過RS232或RS485接口與web服務器串行通信。串行通信接口的數據幀為一個起始位，8個數據位，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 （不包括數據發送過程，僅僅是讀寫器執行命令的時間），會返回給web服務器一個響應，web服務器接收到讀寫器的響應。一次通訊結束。采用18000-6B標簽，該電子標簽僅有一個存儲空間，通過內部無線微型收發裝置和讀寫器UHFReader18內部天線實現射頻信號的無接觸空間耦合，數據信息即通過能量轉換的方式將電子標簽內信息發送至讀寫器。讀寫器內部存儲的數據信息再將數據信息發送至服務器繼而存入數據庫中。

3.2 系統流程設計

對疫苗存儲和運輸的流程分析即對系統流程的分析，是進行系統設計關鍵性環節，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.通過射頻技術將信息寫入RFID標簽內；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據庫。

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

3）入庫階段：1.卸貨，使用讀寫器掃描對象，將數據與后臺數據庫進行比對；2.篩選，通過數據比對，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據庫，疫苗入庫。

3.3 系統數據庫設計

系統數據表的結構主要包括用戶表、疫苗表、入庫表、備注表、管理員以及出庫表。系統數據表結構如圖3所示。

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

2） 疫苗表：疫苗表是數據庫的核心內容，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系。

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

5） 入庫表：主要是對已入庫的疫苗進行監控。

6） 出庫表：主要是對出庫的疫苗進行監控。

4 系統實現

根據需求，該系統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 結束語

將RFID技術應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；二是對于區域醫療機構，RFID技術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，同時也能節約運輸成本；三是對于一線醫護人員，利用RFID技術可以及時的獲得疫苗的種類、功能以及溫度等相關信息數據，降低了人工輸入信息的錯誤率，且提高信息數據處理的效率。四是對疫苗所處環境的實時監控，提高了疫苗的安全性，為接種患者的安全提供了有效保障。

通過該項目設計開發的系統結合了RFID技術的數據識別采集功能和無線通信技術，具備遠程監控功能、預警功能等，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，在指定時間點進行環境信息的采集并將數據信息及時上傳，以此來保證疫苗的安全性。可在冷藏車廂或冷藏庫內裝備光敏傳感器，在非法取放疫苗時進行警報。該系統可以進一步開發針對搜集到的數據在數據庫中數據處理時可采用 AI（人工智能，Artificial Intelligence）對疫苗數據進行深度挖掘和深度學習，形成數據信息網。

參考文獻：

[1] 王彩虹. 冷鏈檢測信息管理系統簡介及其在疫苗存儲過程中的應用效果分析[J]. 疾病監測與控制雜志， 2015， 12（9）： 890-892.

[2] 董國應. 基于RFID的藥品冷鏈智能監控系統探究[J]. 產業與科技論壇， 2015（24）： 40.

[3] 胡江虹. 基于RFID與PLC的倉儲物流系統設計與實現[J]. 電子設計工程， 2018（16）： 181-184， 188.

[4] 王虹. 基于射頻識別（RFID）的醫囑閉環執行系統[J]. 中國醫院， 20l0， 14（8）： 63-65.

[5] 林俊奇. 新加坡國立癌癥中心化療科部署RFID系統提高工資效率[Z].

[6]翟欣明. 基于RFID業務應用的數據流管理技術研究[D]. 上海： 復旦大學， 2009.

【通聯編輯：謝媛媛】