怎么实现RFID传感器标签的设计？

　　1 引 言
　　传感技术与RFID的融合运用还刚刚起步，中国作为世界的制造业大国与消费大国之一，应牢牢抓住这一机遇，自主探索，推动本土RFID产业的发展，提升社会信息化的水平。
　　RFID，即无线射频识别技术，利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触的信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的，被列为21世纪最有前途的重要产业和应用技术之一。
　　RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。效率的提升和错误率的减少，促使RFID技术成为医疗行业实现信息化的重要切人点。同时，RFID正逐渐与传感技术融合，朝着构建一个无所不在、能被人们随时感知的“传感网络”的方向迈进，给医疗用品管理，特别是血液管理带来了一个新的契机。用RFID融合传感技术监控血液质量、追踪血液供应流程，将更有利于保障用血安全。
　　目前，德国Saarbruecken医院血库供应的血液已经加入RFID技术进行规范管理，保证了所供血液的正确数量与正确匹配，而我国还鲜见有将RFID技术用于血液管理的实例。
　　2 RFID融合传感技术用于血液管理的可行性
　　血液管理业务的一般流程为：献血登记一体检一血样检测一采血一血液人库一在库管理（成分处理等）一血液出库一医院供患者使用（或制成其他血液制品）。在这一过程中，常常涉及到大量的数据信息，包括献血者的资料、血液类型、采血时间、地点、经手人等。大量的信息给血液的管理带来了一定的困难，又加上血液是一种非常容易变质的物质，如果环境条件不适宜，血液的品质即遭破坏，所以血液在存储和运输途中，质量的实时监控也十分关键。RFID与传感技术便是能解决以上问题、有效助力血液管理的新兴技术。
　　RFID技术能够为每袋血液提供各自唯一的身份，并为其存人相应的信息，这些信息与后台数据库互联，因此，血液无论是在采血点，还是在调动点血库，或是在使用点医院，都能全程受到RFID系统的监控，血液在各调动点的信息可以随时被跟踪出来。以往的血液出人库费时、费力，使用前还需要人工进行信息核对，采用RFID技术后，无须精确定位就能大批量地对数据进行实时采集、传递、核对与更新，加快了血液的出人库识别，还避免了人工核对时常出现的差错。而RFID的非接触识别特性还可以确保血液在不会受到污染的条件下进行识别和检测，减小了血液受污染的可能性，它还不怕灰尘、污渍、低温等，能够在存储血液的特殊环境条件下保持正常工作工作。
　　传感技术是感知、获取与检测信息的窗口，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。通过传感器对血液环境温度、密封状况和振荡程度等的实时监测和采集，再通过系统对感知信息的及时处理与反应，能够有效避免血液的变质，保障血液的质量。
　　将RFID与传感技术融合起来，运用既能提高识别效率、实现信息跟踪，又能实时监控物品质量的RFID传感器标签，便能够真正实现血液管理的智能信息化。
　　3 RFID传感器标签的设计
　　RFID传感器标签主要由微控制单元、传感单元、射频单元、通信单元、定位单元和供电单元组成，如图1所示。
　　
　　3．1 微控制单元
　　微控制单元由嵌人式系统构成，包括嵌人式微处理器、存储器、嵌人式操作系统等，还集成了看门狗、定时／计数器、同步／异步串行接口、A／D和D／A转换器以及I／O等各种必要功能和外部设备。该单元实现的主要功能包括：负责整个芯片的任务分配与调度、数据的整合与传输，进行无线数据验证，完成数据的分析、存储和转发，区域内网络的路由维护，芯片电源的能耗管理等。
　　3．2 传感单元
　　传感单元主要由传感器和A／D转换器组成。传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成，敏感元件采集外部需要传感的信息，将其送人转换元件，后者完成将上述物理量转化为系统可以识别的原始电信号，并通过积分威廉希尔官方网站 、放大威廉希尔官方网站 的整形处理，最后经过A／D转换成数字信号并送人微控制单元进行进一步处理。
　　考虑到血液存储与运输对环境条件的要求，本传感单元包含了对监测区域内温度、压力、感光、振荡等多项物理信号测试的功能。
　　3．3 射频单元
　　射频单元控制接收和发送射频信号，并选择运用空分多路、时分多路、频分多路和码分多路等存取方法实现多目标同时识别与系统防冲撞机制。
　　3．4 通信单元
　　通信单元用于数据通信，解决无线通信中的载波频段选择、数据传输速率、信号调制、编码方式等，并通过天线进行芯片与读写器问数据的收发工作，具有数据融合、请求仲裁和路由选择等功能。
　　3．5 定位单元
　　定位单元实现芯片自身位置的定位以及信息传输方位的定位。基于无线传输协议，如IEEE802.15．4标准和ZigBee协议等。定位算法可选用基于测距（如信号强度测距、时间差测距等）或不基于测距的方法（如质心法、DV—Hop算法等）。
　　3．6 供电单元
　　RFID传感器标签有无源、半无源和有源之分。无源标签不需要芯片内置电池，它通过提取读写器发出的射频能量来维持工作。半无源和有源标签都需要内部电池供电来维持正常的传感与射频工作。考虑到血液管理中对血液制品的实时监控需要保证其持续、正常的能量供给，因此加入了供电单元，设计为半无源或有源标签。
　　在这一部分中，通过合理的设置芯片的接收、发射以及待机状态，可以解决好能量消耗与传输可靠性的问题，有效延长芯片的使用寿命。
　　4 RFID传感器标签在血液管理中的应用
　　主要从血液出入库管理、血液跟踪管理、血液质控管理三个方面进行介绍，指出RFID融合传感技术在血液管理中的有效作用。
　　4．1 血液出入库管理
　　4．1．1 血液入库
　　工作人员将血袋放在传送带的人口处依次传递，传送带的底部安装有RFID读写器，当血袋上粘贴的RFID传感器标签进入读写识读范围时，标签上的信息被读出，经中间件过滤后传向后台数据库，同时系统将血液类型、种类、规格等信息显示在传送带出口处的屏幕上，工作人员根据显示的内容，将血液分别放人指定的储存托盘内。
　　根据识读出的血型、种类、规格、数量等，后台系统进行血库中货位的识别，寻找现有的符合规格与数量的空货位。这一步骤的实现主要是通过在每个货架上粘贴一个RFID标签，并通过读写器写入它所应存放的血液类型、种类、规格、数量等信息，当有血袋放在这一货架上时，工作人员用手持读写器对该RFID标签进行置位写入，当该货架上的血袋出库或移位时，工作人员用手持读写器对该RFID标签进行清位写入，而装在血库顶部的读写器会在受到系统指示的情况下对各货架标签进行读取，发现已被清位的且符合入库条件的货架就通知系统，而系统就把该货架的具体编号显示在入库处的屏幕上，告知工作人员哪类血液应该放在哪些货架上。
　　工作人员受到指示后，便会将各类规格的血液送人指定的区域进行冷藏保存。与此同时，读写器将各血袋的入库时间、入库类型、送血人、接血人等信息写入RFID系统。
　　4．1．2 血液出库
　　系统下达出货命令，指示工作人员到指定区域取出指定类型、规格和数量的血液。若所取血液数量较少，工作人员可采用手持读写器直接对血液信息进行读取；若所取血液数量较多，工作人员可采用传送带输送血液出库并读取其信息。读取出的信息传至系统，与后台数据库进行核对，如若无误，准许出库。出库过程，RFID系统记录下出库时间、血液有效日期及其他次要信息。
　　血液出库的次序由系统读取信息进行分析后决定，要求同种规格血液按照先进先出的原则，避免造成库存积压和血液过期浪费的现象出现。对于血库中标记为“待检”状态的血液禁止其出库，以保证出库血液的质量。
　　4．2 血液跟踪管理
　　血液跟踪管理采用基于簇的分层结构。每个簇头即是一个分布式信息处理中心，用于收集各簇成员的数据并完成数据的处理与融合，接着将数据传向上一层的簇头，依次传递，最终所有的数据经过滤和整合后传向了最高层的簇头，而其逆过程即是信息的查询过程，数据逐层展开，有序跟踪。这里，最高层的簇头就相当于全国的血液信息中心，而次高层的簇头就相当于各省、自治区、直辖市的血液信息中心，依次类推，最低层的簇成员便是各基层血站。这种分层结构将信息分散开来，避免了集中存放，解决了信息量过大的问题，也提高了系统的安全性。信息交换与传递在子层与父层间直接展开，方便了查询与跟踪。结构如图2所示。
　　
　　血液信息的存人流程为：首先将每袋血液的RFID标识码与其对应的信息存人基层血站的数据库中，接着融合该基层血站的信息，将标识码与该基层血站的有效IP地址存人当地市级的血液信息中心数据库，然后再融合该市级血液信息中心的信息，将标识码与该市级血液信息中心的有效IP地址存入当地省级的血液信息中心数据库，最后再融合上该省级血液信息中心的信息，将标识码与该省级血液信息中心的有效IP地址存入全国血液信息中心数据库（如果有需要，还可以再将标识码与该国血液信息中心的有效IP地址存人全球的血液信息中心数据库，进行全球血液信息互联）。
　　血液信息的跟踪流程为：根据RFID标识码，首先到全国血液信息中心数据库中查找该袋血液的所属省份信息，根据查到的IP地址进人该省级血液信息中心数据库查找该袋血液的所属城市信息，根据查到的IP地址进入该市级血液信息中心数据库查找该袋血液所属的血站，根据查到的IP地址进入该血站数据库，根据其中的信息便可以知道该袋血液目前的状态是在库保存还是出库被使用或是已变质报废，如果是已被使用，还可以进一步查找到使用者的全部信息。
　　4．3 血液质控管理
　　血液对于温度的变化十分敏感，如果环境温度不适宜，血液中的物质即遭破坏，这将影响血液的品质及保存期限。存储、传递与运输的过程中血液还应避免剧烈振荡，另外，血液的包装应是密封的，如果因刺破或其他因素造成了细菌污染，血液即告报废。
　　血袋上粘贴的RFID传感器标签会对血袋周围的环境进行实时监测，每隔一定的时间间隔就测量一下周围的温度、压力、感光、振荡等物理信号，并将测量数据记录在标签芯片内。系统会给标签内部设定一个标准范围，一旦当前测量的数据低于范围的下限或是高出范围的上限，标签就会主动发射射频信号启动报警装置，对工作人员进行提示。
　　如果血袋是在血库保存状态下进行报警，那么根据接收到的射频信号，报警显示屏上将显示报警血袋的当前位置（库区、货架、RFID标识码等），方便工作人员及时发现与处理；如果血袋是在运输途中进行报警，报警装置可安装在运输贮存器上，用呜叫或闪光提示工作人员，工作人员发现后，用手持读写器接收射频信号，根据标识码找到报警血袋。
　　血液一旦被怀疑变质或受污染，工作人员就会用读写器将其标签设置为“待检”状态，不允许出库，已在使用点的不允许使用，经检测被确认已无法使用后，会进行高压消毒焚烧处理，此时工作人员会对应该袋血液的RFID标识码向系统写入报废信息、报废原因等，为后续的血液跟踪作好准备。
　　对于被退回的血液，除需要人工进一步检测血液质量外，还可以通过RFID传感器标签的数据记录，找出该血液从采血到供血到被退血这整个过程中出现问题的环节，找出应负责的人员或机构分析原因，避免下次类似情况的发生。
　　血液既是生命的源泉，又是多种疾病传播的渠道，通过输血或血液制品传播的常见疾病有：乙肝、丙肝、艾滋病、梅毒、疟疾、败血症等，其中大都难以治愈。为了避免不规范采血、袋装血液管理混乱或输血不当等导致的疾病传染或医疗事故，加强血液管理、保障用血安全已势在必行。目前，RFID与传感技术的结合运用还不是很广泛，但已展现出了广阔的应用前景。本文提出了将这两种技术融合起来设计的RFID传感器标签，并分析了将其应用于血液管理中的优势与可行性。
　　血液管理是一项不允许出错的工作，将RFID传感器标签运用于其中，不仅使整个供应链管理可见、透明、不受污染，还使信息、质量等得到了实时监控与互联跟踪，真正将血液管理信息化、医疗管理信息化工作延伸到了末梢，落到了实处，使完全个体化的人文关怀得到了实现。