物联网的核心技术RFID及应用实例

1、物联网的核心技术RFID及应用实例摘 要：RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。基于RFID技术的智慧型药盒设定目标为居家照顾的家用型产品，协助居家服药者的用药管理，提醒与负责所有药物的控管排程。关键字：物联网 核心技术RFID智慧型药盒1 物联网(The Internet of things )的定义1999年，MIT Auto-ID Center提出物联网的概念：通过射频识别( RFID)、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备， 按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来， 进行

2、信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。2物联网的核心技术总体来说，物联网的核心技术分为几个层次：感知层、信息汇聚层、传输层、运营层、 应用层。感知层：传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机电系统。信息汇聚层：传感网自组网技术、局域网技术及广域网技术。传输层：通信网、互联网、3G网络、GPRS网络、广电网络、NBG等广域网络。运营层：专家系统、云计算、API接口、客户管理、GIS ERP应用层：垂直行业应用、系统集成、资源打包。从物联网的定义及各层次的作用可以看出，物联网的关键核心技术是射频识别技术(RFID)。下面就详细介绍一下 RFID技术。3 RFID技术

3、RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。3.1最基本的RFI D系统由三部分组成：1. 标签(Tag，即射频卡):由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频夭 线间进行通信。2. 阅读器(Reader):主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密后送到主机。3. 天线：在标签和读取器间传递射频信号。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：(1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电

4、磁感应定律。 电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回 目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于 1m,典型作用距离为 1020m。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GH乙识别作用距离大于 1m,典型作用距离为 310m。3.2系统的基本工作流程:天线一 n 么折费SAftW产甥&嗷顺 1、说读器酮恭泼幽-虢映星；向说

5、aas蝴693孵5 嗝信号信息计算机系统史识读醐言息/羸嘉送至眼机主机1. 阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射大线工作区域时产 生感应电流，射频卡获得能量被激活；2. 射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；3. 系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读 器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；4. 主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发 出指令信号控制执行机构动作。3.3 RFID技术的分类：根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频(30kHz300kHz)、中高频(3

6、MHz30MHz)和超高频系统(300MHz3GHz)。根据电子标签的不同可分为可读写卡(RWO、一次写入多次读出卡(WORM)和只读卡(RO)。根据电子标签的有源和无源又可分为有源的和无源的。根据电子标签调制方式的不同还可分为主动式(Active tag )和被动式(Passive tag)。4智慧型药盒与RFID药罐提醒银发族准时服药4.1应用背景在医院或者安养院这类的医疗机构里，服用药物有专业人士，例如护士、看护等统一管 理照顾，按时给服药者用药，不需要服药者去费心处理，发生错误的机率也较低。因此，智 慧型药盒设定目标为居家照顾的家用型产品，协助居家服药者的用药管理，提醒与负责所有 药物

7、的控管排程。4.2使用对象及流程为了得知及检查来自不同处方笺的药物之间可能的交互作用，以避免对服药者造成危 险，假设居家服药者所有的药物，包括处方笺或非处方笺的用药，例如维他命等，都必须交 给智慧型药盒来控管。利用软体程式，将所有药物的用药指示及资讯转成机器可阅读的档案格式，存放在随身碟里，这类档案我们称之为药物排程规格，简称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图1、药剂师检查药物冲突性并产生MSS4.2.1当居家服药者拿到新的处方笺或者要购买非处方笺用药时，只需要带着存放有所有用药 资讯(药物排程规格)的随身碟到药局交给药剂师，药剂师就可以得知其所有用药资讯，然后 再由辅助程式(Prescription authoring tool)检查居家服药者所服用的药物，彼此之间是否有冲 突的情况产生。经过确认无误后，产生新的药物排程规格并存放入随身碟中，再将新增

9、的药 罐子连同修改过药物排程规格后的随身碟交给居家服药者带回，如图 1所示。居家服药者返 回家中后，只需将随身碟插入智慧型药盒中，再将药罐子依照智慧型药盒的指示放入，接着 遵从智慧型药盒的指示服药即可。4.2.2居家服药者从药剂师获得的药罐子，底部都贴有RFID tag用来做为辨别不同药的依据，在智慧型药盒里，我们装设有RFID reader,当居家服药者每次放入一个药罐时，智慧型药盒利用RFID将药罐子跟相对应的药物排程规格连结起来，再根据药物排程规格里面所提供的用药指示跟资讯，利用内部的药物排程程式，自动产生药物服用时程表。用药时间到时，智慧 型药盒便可正确的告知居家服药者，该服用哪些药物

10、，其剂量各分别为多少，并显示其相对 应的药罐子在药盒上的位置。4.3智慧型药盒的设计与架构1. 贴有 RFID tag 的药罐子(Container with RFID tag)2. 存有药物排程规则的记忆卡(MSS flash disk)3. 附有环状指示灯(Indicator light)的圆形插槽(Socket)4. 提醒装置(Reminder)5. 萤幕(LED display and Text display)6. 辅助验证单次服用药物正确盒(Verification box)7. 集药盒(Dispensing drawer)8. 确认按钮(Push to dispense, PTD

11、)9. USB插孔存放 MSSLEDRFID tagRemnd er-SockelTextdisplayVarficatian box ，MiS5 J AKSS flash diskIndicatorlight/21Z1/ Dispenser base7图2、智慧型药盒设计图4.4 RFID技术及使用步骤4.4.1最初要使用智慧型药盒时，先将存有药物排程规格MSS的随身碟插入智慧型药盒中，接着再将药罐子一次一个地插入圆形插槽中。在每个用来放置药罐子的圆型插槽中，各设置了 一个开关感应器，如图三所示。再利用二维感应阵列(binary sensor array, BSA )去记录每个圆形 插槽是否

12、被放入药罐子，如图四所示。当智慧型药盒透过开关感应器感应到有药罐子被放入 时，会指示RFID Reader去读取药罐子上的tag,并将其id记录下来。经过一段时间后，如果 一直不再有新的药罐子被放入，也就是表示居家服药者完成放置所有其服用的药罐子；接着 智慧型药盒会将药罐子锁在药盒上，并开始建立圆形插槽和药罐子id的对应位置关系图表，此关系表在日后有药罐子新增或移除时，也会连带被更改。图3、开关感应器图4、二维开关感应阵列在放置药罐子操作的过程中，需要一次放入一个药罐子的原因是避免RFID Reader同时读取到多个RFID tags,而无法正确对应其药罐子被放入哪个圆形插槽的位置关系。4.4

13、.2至此，居家服药者已经将智慧型药盒设置完成。之后智慧型药盒会依据其内部的药物排 程程式所建立出来的药物使用时程表按时去通知居家服药者每次所需要服用的药物及剂量。 当服药的时间到时，智慧型药盒会透过提醒装置发出声响或闪光来通知居家服药者。此时， 居家服药者收到通知后，只要到智慧型药盒前按下确认按钮，智慧型药盒利用环状指示灯颜 色的变化去显示此次要服用的药物有哪些，例如：此次需要服用的药物其指示灯会显示红色；并将其药罐子上的锁解开。居家服药者依照环状指示灯一次将一个药罐子拿出的同时，被拿 出的药罐子其指示灯会转成绿色，led萤幕上会显示此药所需服用的剂量。居家服药者依据指示取出正确的剂量后，放入辅助验证单次服用药物正确盒，确认剂量是否正确后，最后将 药罐子放回。此时智慧型药盒关闭其环状指示灯并将药罐子重新锁在药盒上。利用以上机制，可以避免居家服药者拿到错误的药物或服用错误的药物剂量。当服药时间到了，如果居家服药者没有依照指示来服用药物，智慧型药盒在提醒一段时 间后，会重新加以排程，之后依据新的药物服用时程表来再次通知居家服