物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)RFID及應(yīng)用實例

1、物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)RFID及應(yīng)用實例摘 要：RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。基于RFID技術(shù)的智慧型藥盒設(shè)定目標(biāo)為居家照顧的家用型產(chǎn)品，協(xié)助居家服藥者的用藥管理，提醒與負(fù)責(zé)所有藥物的控管排程。關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng) 核心技術(shù)RFID智慧型藥盒1 物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things )的定義1999年，MIT Auto-ID Center提出物聯(lián)網(wǎng)的概念：通過射頻識別( RFID)、紅外感應(yīng)器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備， 按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來， 進(jìn)行

2、信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。2物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)總體來說，物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)分為幾個層次：感知層、信息匯聚層、傳輸層、運營層、 應(yīng)用層。感知層：傳感器技術(shù)、射頻識別技術(shù)、二維碼技術(shù)、微機電系統(tǒng)。信息匯聚層：傳感網(wǎng)自組網(wǎng)技術(shù)、局域網(wǎng)技術(shù)及廣域網(wǎng)技術(shù)。傳輸層：通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、廣電網(wǎng)絡(luò)、NBG等廣域網(wǎng)絡(luò)。運營層：專家系統(tǒng)、云計算、API接口、客戶管理、GIS ERP應(yīng)用層：垂直行業(yè)應(yīng)用、系統(tǒng)集成、資源打包。從物聯(lián)網(wǎng)的定義及各層次的作用可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)是射頻識別技術(shù)(RFID)。下面就詳細(xì)介紹一下 RFID技術(shù)。3 RFID技術(shù)

3、RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。3.1最基本的RFI D系統(tǒng)由三部分組成：1. 標(biāo)簽(Tag，即射頻卡):由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻夭 線間進(jìn)行通信。2. 閱讀器(Reader):主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。將主機的讀寫命令傳送到電子標(biāo)簽，再把從主機發(fā)往電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)加密后送到主機。3. 天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種：(1)電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電

4、磁感應(yīng)定律。 電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回 目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于 1m,典型作用距離為 1020m。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GH乙識別作用距離大于 1m,典型作用距離為 310m。3.2系統(tǒng)的基本工作流程:天線一 n 么折費SAftW產(chǎn)甥&嗷順 1、說讀器酮恭潑幽-虢映星；向說

5、aas蝴693孵5 嗝信號信息計算機系統(tǒng)史識讀醐言息/羸嘉送至眼機主機1. 閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射大線工作區(qū)域時產(chǎn) 生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；2. 射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；3. 系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀 器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；4. 主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā) 出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。3.3 RFID技術(shù)的分類：根據(jù)電子標(biāo)簽工作頻率的不同通?？煞譃榈皖l(30kHz300kHz)、中高頻(3

6、MHz30MHz)和超高頻系統(tǒng)(300MHz3GHz)。根據(jù)電子標(biāo)簽的不同可分為可讀寫卡(RWO、一次寫入多次讀出卡(WORM)和只讀卡(RO)。根據(jù)電子標(biāo)簽的有源和無源又可分為有源的和無源的。根據(jù)電子標(biāo)簽調(diào)制方式的不同還可分為主動式(Active tag )和被動式(Passive tag)。4智慧型藥盒與RFID藥罐提醒銀發(fā)族準(zhǔn)時服藥4.1應(yīng)用背景在醫(yī)院或者安養(yǎng)院這類的醫(yī)療機構(gòu)里，服用藥物有專業(yè)人士，例如護(hù)士、看護(hù)等統(tǒng)一管 理照顧，按時給服藥者用藥，不需要服藥者去費心處理，發(fā)生錯誤的機率也較低。因此，智 慧型藥盒設(shè)定目標(biāo)為居家照顧的家用型產(chǎn)品，協(xié)助居家服藥者的用藥管理，提醒與負(fù)責(zé)所有 藥物

7、的控管排程。4.2使用對象及流程為了得知及檢查來自不同處方箋的藥物之間可能的交互作用，以避免對服藥者造成危 險，假設(shè)居家服藥者所有的藥物，包括處方箋或非處方箋的用藥，例如維他命等，都必須交 給智慧型藥盒來控管。利用軟體程式，將所有藥物的用藥指示及資訊轉(zhuǎn)成機器可閱讀的檔案格式，存放在隨身碟里，這類檔案我們稱之為藥物排程規(guī)格，簡稱MSS色CPOE 2CPOE nePHRVerifierMedication Schedule Specification (M $£)Cl冰W I>ecbion SupportDrugl i hr a r.rCP0E1Prescfidioo iETL E

8、xtract, Transwm and Laed)Standard P rescripticnsJ set'sCompilerPr&scrifrtEon Authoring Tool圖1、藥劑師檢查藥物沖突性并產(chǎn)生MSS4.2.1當(dāng)居家服藥者拿到新的處方箋或者要購買非處方箋用藥時，只需要帶著存放有所有用藥 資訊(藥物排程規(guī)格)的隨身碟到藥局交給藥劑師，藥劑師就可以得知其所有用藥資訊，然后 再由輔助程式(Prescription authoring tool)檢查居家服藥者所服用的藥物，彼此之間是否有沖 突的情況產(chǎn)生。經(jīng)過確認(rèn)無誤后，產(chǎn)生新的藥物排程規(guī)格并存放入隨身碟中，再將新增

9、的藥 罐子連同修改過藥物排程規(guī)格后的隨身碟交給居家服藥者帶回，如圖 1所示。居家服藥者返 回家中后，只需將隨身碟插入智慧型藥盒中，再將藥罐子依照智慧型藥盒的指示放入，接著 遵從智慧型藥盒的指示服藥即可。4.2.2居家服藥者從藥劑師獲得的藥罐子，底部都貼有RFID tag用來做為辨別不同藥的依據(jù)，在智慧型藥盒里，我們裝設(shè)有RFID reader,當(dāng)居家服藥者每次放入一個藥罐時，智慧型藥盒利用RFID將藥罐子跟相對應(yīng)的藥物排程規(guī)格連結(jié)起來，再根據(jù)藥物排程規(guī)格里面所提供的用藥指示跟資訊，利用內(nèi)部的藥物排程程式，自動產(chǎn)生藥物服用時程表。用藥時間到時，智慧 型藥盒便可正確的告知居家服藥者，該服用哪些藥物

10、，其劑量各分別為多少，并顯示其相對 應(yīng)的藥罐子在藥盒上的位置。4.3智慧型藥盒的設(shè)計與架構(gòu)1. 貼有 RFID tag 的藥罐子(Container with RFID tag)2. 存有藥物排程規(guī)則的記憶卡(MSS flash disk)3. 附有環(huán)狀指示燈(Indicator light)的圓形插槽(Socket)4. 提醒裝置(Reminder)5. 螢?zāi)?LED display and Text display)6. 輔助驗證單次服用藥物正確盒(Verification box)7. 集藥盒(Dispensing drawer)8. 確認(rèn)按鈕(Push to dispense, PTD

11、)9. USB插孔存放 MSSLEDRFID tagRemnd er-SockelTextdisplayVarficatian box ，MiS5 J AKSS flash diskIndicatorlight/21Z1/ Dispenser base7圖2、智慧型藥盒設(shè)計圖4.4 RFID技術(shù)及使用步驟4.4.1最初要使用智慧型藥盒時，先將存有藥物排程規(guī)格MSS的隨身碟插入智慧型藥盒中，接著再將藥罐子一次一個地插入圓形插槽中。在每個用來放置藥罐子的圓型插槽中，各設(shè)置了 一個開關(guān)感應(yīng)器，如圖三所示。再利用二維感應(yīng)陣列(binary sensor array, BSA )去記錄每個圓形 插槽是否

12、被放入藥罐子，如圖四所示。當(dāng)智慧型藥盒透過開關(guān)感應(yīng)器感應(yīng)到有藥罐子被放入 時，會指示RFID Reader去讀取藥罐子上的tag,并將其id記錄下來。經(jīng)過一段時間后，如果 一直不再有新的藥罐子被放入，也就是表示居家服藥者完成放置所有其服用的藥罐子；接著 智慧型藥盒會將藥罐子鎖在藥盒上，并開始建立圓形插槽和藥罐子id的對應(yīng)位置關(guān)系圖表，此關(guān)系表在日后有藥罐子新增或移除時，也會連帶被更改。圖3、開關(guān)感應(yīng)器圖4、二維開關(guān)感應(yīng)陣列在放置藥罐子操作的過程中，需要一次放入一個藥罐子的原因是避免RFID Reader同時讀取到多個RFID tags,而無法正確對應(yīng)其藥罐子被放入哪個圓形插槽的位置關(guān)系。4.4

13、.2至此，居家服藥者已經(jīng)將智慧型藥盒設(shè)置完成。之后智慧型藥盒會依據(jù)其內(nèi)部的藥物排 程程式所建立出來的藥物使用時程表按時去通知居家服藥者每次所需要服用的藥物及劑量。 當(dāng)服藥的時間到時，智慧型藥盒會透過提醒裝置發(fā)出聲響或閃光來通知居家服藥者。此時， 居家服藥者收到通知后，只要到智慧型藥盒前按下確認(rèn)按鈕，智慧型藥盒利用環(huán)狀指示燈顏 色的變化去顯示此次要服用的藥物有哪些，例如：此次需要服用的藥物其指示燈會顯示紅色；并將其藥罐子上的鎖解開。居家服藥者依照環(huán)狀指示燈一次將一個藥罐子拿出的同時，被拿 出的藥罐子其指示燈會轉(zhuǎn)成綠色，led螢?zāi)簧蠒@示此藥所需服用的劑量。居家服藥者依據(jù)指示取出正確的劑量后，放入輔助驗證單次服用藥物正確盒，確認(rèn)劑量是否正確后，最后將 藥罐子放回。此時智慧型藥盒關(guān)閉其環(huán)狀指示燈并將藥罐子重新鎖在藥盒上。利用以上機制，可以避免居家服藥者拿到錯誤的藥物或服用錯誤的藥物劑量。當(dāng)服藥時間到了，如果居家服藥者沒有依照指示來服用藥物，智慧型藥盒在提醒一段時 間后，會重新加以排程，之后依據(jù)新的藥物服用時程表來再次通知居家服