RFID医院婴儿智能防盗系统设计

摘要：新生婴儿在医院被盗是一个困扰医院的“顽疾”，给医院、家庭带来物质和精神的双重损失，同时也造成不良的社会影响。构建经济、高效实用的防盗系统，从技术上可以避免医院今后类似问题的发生。应用无线射频技术(RFID)，结合门禁控制设施，利用现代计算机网络，设计一种医院婴儿智能防盗系统。基于人体安全考虑，提出使用Cryptag Census系列低频感应射频识别产品进行防盗系统中读卡器的设计；同时提出TCP／IP协议Internet网络和RS485总线相结合的数据传输体系，提高系统的实时性和稳定性。最终实现以RFID技术为主的防盗系统代替传统的人防系统，使得防盗安全系数大大提高，减少了人力，提高了医院的管理效率。
关键词：婴儿防盗；非可视识别；射频识别标签；公共安全

    根据美国“失踪与受虐儿童援助中心”统计，从1983年到2002年间，美国有217个婴儿被诱拐，在这个总数中，100个婴儿是从医院(57个是从母亲的病房)被盗走的。事实证明，医院内新生儿被盗事件与是否采用母婴同室方式并没有太大的关联。近年来，国内一些医院的婴儿被盗案件也能很容易地从公开媒体上查询到，例如2007年，杭州市第四人民医院产妇汤某婴儿被盗；2008年8月南宁市梁某新生婴儿在卫生院被冒牌医生盗走，至今没有破案。新生儿对于其家庭来说相当重要，一旦在医院被盗或被更换，将给包括医院、受害人及其家庭在内的当事各方带来灾难性的后果。继而出现“医闹”事件，在社会上造成不良影响，影响医院正常工作的运行，同时也给本来就比较紧张的医患关系“雪上加霜”。如何有效避免这种问题的出现，在此设计一种基于射频识别技术的婴儿智能防盗系统，能够防止婴儿在医院内被盗，有效保护婴儿的安全，也保障了各方权益。

1 婴儿智能防盗系统简介
    婴儿智能防盗系统借助射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，在婴儿身上佩戴对人体无害的，能发射RF射频信号的智能电子标签。婴儿电子标签定时发射具有惟一ID信息给婴儿防盗系统，系统据此对婴儿所在位置进行实时监控和追踪，同时对企图盗窃婴儿的行为及时报警提示。RFID工作原理如图1所示，标签(即射频卡)进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

2 系统组成及架构
    基于RFID射频识别技术的婴儿智能防盗系统由以下几部分组成：婴儿防盗标签及腕带，读卡器，出口监视器，计算机控制系统，其结构如图2所示。

    当每一位带有防盗标签的婴儿进出时都会发射出惟一的ID编号，控制计算机能随时显示进出婴儿的信息。当非正常或暴力开门时，门磁开关信号被输入到门禁控制器内，门禁控制器输出报警信号，以声光信号报警。
2．1 防盗系统硬件设计
    (1)婴儿防盗标签及腕带。系统的核心是婴儿防盗标签设计，它是一个小巧的射频发射器，从戴上标签的瞬间开始，电子防盗标签就不断地自动发射出信号，以便系统随时进行监控。如未经授权，任何试图取下或破坏标签的行为会触发报警。考虑到要儿治疗、洗澡等需要较远距离的识别，系统设计采用有源标签。有源标签主要由电源、微控制器和RF发射组成。微控制器用于控制RF芯片的工作模式和频段，同时产生标签的内码，传送给RF芯片发射出去。有源标签射频部分主要由RF专用芯片组成。与标签配套使用的腕带可以进行调节以适应不同婴儿，但不可重复使用。由于新生婴儿在出生后的数天内会因迅速失去体内多余的水分而减轻体重，腕带还可以随时根据婴儿体重变化而调整。婴儿防盗标签可以重复使用，采用防水设计，可进行清洗，无任何过敏反应。
    (2)读卡器设计。读卡器向防盗标签提供射频能量，从防盗标签中读出数据，完成数据信息处理，并实现应用操作以及高层交互应用。虽然因频率范围、通信协议、数据传输方式的不同，各种读卡器会有很大的区别和差异，但是所有的读卡器在上述功能上是很相似的。由于是远距离控制，读卡距离不能太远也不能太近，要使卡片一进入感应的范围就被识别。要求距离读卡器读卡全向范围稳定，具有明确的边界，读卡范围在3 m以内；卡片不受人体影响，不能被人体屏蔽；卡片角度的转换对读卡距离影响小，读卡不存在死脚。综合各方面考虑选用低频系统，Cryptag Census系列感应射频识别产品能满足需求，发射频率为153 kHz，接收频率为115 kHz。对人体无辐射伤害，对心脏患者、孕妇、心脏起搏器、助听器等特殊人群和设备均无影响。接受到的数据通过RS 485总线以及计算机网络传送到服务器，然后进行实时的监控以及后台数据处理。
    (3)出口监视器。出口监视器安装在受控区域(例如妇产科病区)各出口附近而且不断发射出射频信号。一旦携带防盗标签的婴儿进入某个出口监视器的发射区域，接收到出口监视器信号的防盗标签就立即通过接收器向控制计算机发送报警信息。系统不断监控出口监视器的工作状态，并可在设备出错或遭到破坏时及时报警。监视器的监控范围在2～3 m范围可调。
    (4)计算机控制系统。计算机控制系统包括通信网关和防盗系统中的各种服务器以及终端计算机。通信网关安装在妇产科病区各楼层的弱电间，用于采集、处理本楼层各读卡器和出口监视器的数据，管理本楼层各读卡器和出口监视器的工作，同时以TCP／IP与服务器以及医院的局域网相连，包括门禁系统、保安室以及计算机中心等监控报警装置。
2．2 防盗系统软件设计
    婴儿智能防盗管理软件系统主要用于实现对电子标签的维护与管理，门禁控制系统和自动报警系统的管理，以及婴儿防盗标签及腕带信息的读取、分析、统计等功能。系统如图3所示。

    标签维护模块  主要负责婴儿防盗标签及腕带的发放、回收以及系统维护(更换电池，故障登记等)。
    信息管理模块  主要负责母婴资料维护(输入、修改母婴资料)、婴儿跟踪(记录婴儿移动详细情况，包括时间、位置、原因等)、用户管理、工作状态(系统部件工作状态显示，各类标签工作状态记录)以及报表打印(可生成手环发放记录、巡查记录、婴儿数据、产妇出院等报表)。
    门禁控制模块  主要负责门禁系统的管理、门禁控制器管理、实时监控、权限管理。门禁系统管理又包含了通信配置、修改操作员密码、数据库设置、数据库管理、操作日志等方面。门禁控制器管理由控制器、门参数、电参数、外联动组、临时时间组、特殊时间组等方面组成。通过实时监控可实时查看正常读卡事件、异常读卡事件、普通事件、报警事件等信息。并且可以手动设置门的状态(休眠、常开、安全、密码)，从而使门保持在门卫设置的状态下，手动控制指定的点就可使该点处于打开或者关闭状态。权限管理包含单元管理、标签管理、门禁权限组，设置系统的单元资料信息和系统的使用人员资料信息，以及定义门权限组。

3 系统主要功能及测试
    防盗系统设计能否实际使用，必须经过实际测试以及将来使用过程中的种种考验。下面就系统的主要功能以及部分测试做一简要介绍。
    (1)全面监控功能。系统具有防止婴儿错抱和偷盗行为，电子标签如恶意拆除或经过出口时会立即报警。同时系统主动地定期检测所有系统组件是否运行正常，防止各种原因引起的失效。图4为实时监控的界面截图。

    (2)主动防护功能。所有防盗标签每隔15 s向控制主机发出信息，确保每个标签工作正常，为所有婴儿提供最大程度的安全保护。特别的，当某个标签电量过低时，系统能主动报警提示更换电池，无需定期进行逐个检查。
    (3)防破坏功能。每个婴儿电子标签都会定时向系统发出信号，使得系统可以及时了解每个标签的工作情况，为所有婴儿提供最大程度的安全保护。
    (4)报警服务能力。出口监视器监测范围可调整。
    通过与门禁系统配合，一旦报警发生，则自动关闭大门(需电磁门配合)，防止与其他射频设备互相干扰。在实际测试中，用假想的婴儿模型代替实际婴儿，通过给婴儿身体外包裹不同材料的“襁褓”(棉质，化纤、金属等)，测试系统的灵敏度。
    (5)惟一电子编码。每个电子标签都有惟一编码，不会重复导致混乱。防止“夹带”，婴儿不会被混在正常出院的婴儿中带走。
    婴儿智能防盗系统是物联网技术在医院管理中的一项重要应用，是RFID技术同医疗行业结合的产物，系统将对大型综合医院的妇产科或妇幼医院的母婴识别管理、婴儿防盗管理起到重大作用。

4 结语
    近年来，新生要儿在医院被盗的事件时有发生，成为社会关注的一个焦点问题。相对于目前各种自动识别技术，RFID射频识别技术有其自身的优越性，基于RFID的医院要儿智能防盗系统，设计简单、成本低、对人体安全。能够较好地完成医院新生儿防盗及防止医护人员抱错新生婴儿保护婴儿安全，简化护士工作，充分提高医院管理水平和档次，真正实现对母婴的“人文关怀”的服务理念。