一款基于RFID的医疗器械智能控制系统的设计

设计了一种基于RFID和ARM的医疗器械智能控制系统。采用STM32F107控制MFRC522射频芯片与射频卡进行通信，识别患者身份信息和消费信息，利用USB转换芯片实现单片机与PC机之间的串口通信，可以实现对用户信息和消费信息的调取和存储，对相应患者调取对应的治疗方案，在治疗完成后收取一定的费用，并可根据患者的反馈记录治疗效果。

0 引 言

自从1895 年德国物理学家伦琴（W.K.Reontgen）在维尔茨堡大学物理研究所发现 X 射线开创人体影响诊断的先河以来，现代医学仪器在长达一个多世纪的发展中历久弥新，越来越多的新技术应用于其中。尤其是科学技术越来越发达的今天，包括计算机技术、网络技术、微电子技术、材料技术、生物技术所取得的巨大成就，无不为满足社会、家庭和个人对医疗仪器更广泛、更多样化的需求提供了技术基础。未来的医疗器械必然走向微型化、智能化、个性化和网络化，全新概念的现代医疗仪器，必将在 21实际实现“无缝”融入到社区环境和个人家庭之中，从而更好地为每个人的健康服务。

现代医疗仪器要走向智能化、个性化和网络化，身份识别是第一步，也是最关键的一步，而射频识别（Radio Frequency IDentification，RFID）技术，作为新兴技的物联网关键技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。基于此，设计了一种基于 RFID 和 ARM 实现用户信息采集和医疗器械操控的医疗器械智能控制系统。该系统目前主要应用于微波理疗仪、超声理疗仪等治疗型医疗仪器中，稍作改进也可应用于生理类、化学分析类等检测分析型医疗仪器中。

1 系统总体设计

系统采用 ARM 为主控制芯片，完成对射频识别芯片的控制、信息采集、数据传输以及对医疗器械的控制功能，采用MFRC522 实现对 IC 卡的读写功能，在 PC 机上运行用 VC 6.0开发的上位机软件实现对智能控制系统的控制和访问。

系统总体设计框图如图1所示。智能控制系统可在设定参数下自行读取用户信息后进行相应治疗作和记录，也可通过USB 口接入 PC 机后联网远程控制治疗仪器。IC 卡和治疗仪参数的设置与数据采集可通过用电脑软件来进行读写、管理。

 

 

图1 系统总体框图

系统采用模块化设计，分为非接触式 IC 卡、智能控制系统、治疗仪和安装了上位机软件的 PC 机。更换不同的上位机软件和治疗仪（或分析仪）就可以实现不同的医疗仪器的控制，本设计可以实现 50 万张 IC 卡的读写和信息存储。

2 系统硬件设计

系统硬件电路分为以 ARM 芯片为核心的控制子系统，以射频识别芯片为核心的 IC 卡读写模块，以 MSP430F149 芯片为核心的治疗仪控制模块以及治疗仪四大部分。

ARM 芯片采用 STM32F107VCT6 芯片，该芯片是意法半导体推出的全新 STM32互连型（Connectivity）系列微控制器中的一款性能较强的产品，采用 ARM 32 位 Cortex-M3 核心，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，同时拥有全速 USB（OTG）接口，两路 CAN 2.0B 接口，以及以太网10/100 MAC模块。治疗仪控制模块采用 MSP430F149 为主控芯片，该芯片是TI 公司推出的经典 MSP430 系列微控制器中的一款性能比较强的产品，16 位精简指令集 MCU，命令周期125 ns，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，同时拥有 12 位 ADC，2 个 16 位计数器，片内比较器等内部资源，支持序列号、熔丝位烧写等加密功能，可以防止产品被逆向工程。采用这两款芯片可以提高系统集成度、稳定性，降低PCB 板面积和系统功耗，同时方便将来对系统进行升级。

2.1 非接触 IC 卡

非接触式 IC 卡又称射频卡，由 IC 芯片、感应天线组成，封装在一个标准的 PVC 卡片内，芯片及天线无任何外露部分。该技术是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和 IC 卡技术结合起来，结束了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围（通常为 5 ～10 mm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。非接触式 IC 卡是一种新型的智能卡，功能与接触 ID 卡、IC 卡一样，只是它无需电源，由接收天线从读卡器磁场感应取电，并工作运算数据，反馈到读卡器。

非接触型 IC 卡本身是无源体，当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的 L/C 回路产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是数据信号，通过接收芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。由非接触式 IC 卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件、可脱机的操作方式，可使数据读写过程更为简单。