基于一物一碼技術的醫療打印機系統設計

欒鳳凱

（武漢理工大學 信息工程學院，湖北 武漢430070）

1 簡介

目前，國內醫院的特質打印機主要有包埋盒打印機、玻片打印機、試管打印機三種，且普遍體積龐大，價格昂貴，功能單一。而國內醫療信息化產業發展卻如火如荼，國家政策導向大力推動醫療信息化建設，國民健康意識不斷提升，醫療需求不斷增加，使特異性醫療打印、信息化打印成為現代國家醫療體系建設的剛性需求。

與此同時，醫院內部云打印系統也尚未成型，信息留存不夠安全，對于患者來說，信息查詢與信息留存都不安全。醫療打印產品短缺的情況，會導致患者信息不能以更快速度流動到患者手上，增加患者的等待時間，提高醫院的運營成本，降低醫院的運營效率。同時，信息流通的速度與信息的時效性也會在一定程度上影響醫患關系。在這一前提下，本文提出了一種解決方案：基于一物一碼技術的特異性醫療打印機，可以為醫院提供更加便捷的醫療信息打印方式，為用戶提供更加安全的醫療信息留存與查詢方案。

2 醫療打印機的基本概念

本文所介紹的醫療打印機，其終端設備以打印機的打印功能為前提，通過無線方式將打印的數據發送到無線打印機，用戶終端獲得打印狀態和相關消息。對于用戶終端，無線打印機就像另一個終端或服務器，打印的數據以IEEE802.11 協議的形式在局域網中傳輸并由打印系統打印二維碼。

最終用戶的打印數據和命令通過無線模式傳輸到無線打印模塊或APP，隨后無線打印模塊將數據轉換為打印機主控制器接受的數據格式，并響應相應的調用，其打印出的二維碼可通過打印機自身掃碼功能進行識別，并提取對應存在云端中的信息。在整個過程中，本系統則作為無線用戶終端和打印機之間的橋梁，一端通過無線信號模式在無線網絡中發送和接收數據，并與用戶終端或AP 通信，另一端與云平臺相連，其整體設計方案如圖1 所示。

圖1 整體設計方案

無線打印模塊的外觀和端口是一端通過天線建立的無線接口，另一端是用于有線打印時與打印系統通信的USB總線接口。其通過無線信號與用戶交換數據，并通過USB總線將數據傳輸到打印系統進行打印。同時，打印進度和情況通過總線反饋給主機。

3 系統設計

3.1 整體設計

目前要解決的關鍵問題為特異性打印、打印器械的信息存儲、實現物與碼的對應、信息共享、數據保密等。本文所設計的醫療打印系統采用壓電式噴墨打印技術、二維碼識別技術、分布式賬本技術、加密技術等來解決這些問題。

本系統以手持打印機為基礎，增加了Wi-Fi 模塊、藍牙模塊、光電傳感器等部分。Wi-Fi 模塊和藍牙模塊分別用于遠程和近程聯機打印，即在異地遠程的情況下，通過Wi-Fi模塊可以控制另一臺機器打??；如果距離較近，則可以直接用藍牙模塊進行信息傳輸。打印驅動部分主要依靠FPGA 驅動墨盒進行噴墨打印。

3.2 主控模塊

本文設計的醫療打印機以ARM 作為主控設備，以其為核心，設計并簡化了外圍電路，提高了系統的集成度，所用的ARM 型號為S5P4418，可提供快速的數據處理和流暢的界面切換。該產品自帶2 路UART、4 路USB、1 路OTG、1 路千兆以太網、2 路LVDS、1 路HDMI 等接口，具有強大的通訊功能。結合相應的平臺設計理念，設計時可通過選擇產品重新優化功能、存儲器、性能和引腳數量，以最小的硬件變化來滿足個性化的應用需求。

在整個流程中，ARM 作為主要的控制器件，對屏幕、光電傳感器、無線信號收發器、打印驅動模塊進行控制。它可以從云服務器上下載編碼信息并生成噴碼噴涂于包埋盒、玻片等相應位置處，工作流程如圖2 所示。

圖2 主控模塊控制流程圖

3.3 云端交互設計

用戶使用從云服務器下載的編碼信息生成的噴碼噴涂于包埋盒、玻片等相應位置處。編碼信息可支持從外部導入用戶已有的編碼，也可支持自定義規則生成編碼，這樣可方便用戶根據實際需求下載編碼信息。在完成噴碼工作后，用戶可使用例如具有攝像功能的手機等智能終端下載包括編碼信息在內的數據列表，根據列表中的信息和編碼對應關系完成一物一碼的關聯，也就是包埋盒或玻片與碼的關聯，生成關聯結果，并將其上傳至云服務器，由云服務器完成信息存儲與更新，使下一步具有相關權限的其他智能終端可實時獲取相關的一些信息。

工作流程如圖3 所示。

圖3 云端交互和數據傳輸流程圖

3.4 藍牙與Wi-Fi 驅動部分設計

藍牙與Wi-Fi 驅動程序設計流程如圖4 所示。藍牙模塊與Wi-Fi 模塊用的都是標準的串口通信協議。串口通信的數據包由ARM 處理器通過自身的TXD 接口傳輸到藍牙或者Wi-Fi 的RXD 接口。在通信過程中主要分為發送和接收兩個過程。

發送過程：在發送過程中，CPU 將數據寫入發送數據寄存器，發送數據寄存器將數據一次性發送給移位寄存器，然后再根據波特率將數據一位一位地移出，發給藍牙或Wi-Fi。

接收過程：在接收過程中，它經過編解碼模塊，然后直接進入到接收移位寄存器，接收移位寄存器一位一位地接收數據，然后再將接收到的數據一次性寫到接收數據寄存器中，這樣，CPU 處理器就可以通過讀取接收數據寄存器來讀到接收的數據。

圖4 藍牙與Wi-Fi 的驅動流程圖

3.5 一物一碼關聯系統和方法

現有的一物一碼關聯系統主要應用于大型制造企業的產品生產線上，通常包括工控機PC、附碼設備、高速高解析的攝像頭、機械臂與服務器等。一套一物一碼關聯系統的價格十分高昂，實現成本較高，并不適用于僅具有中小型生產線的企業。

手持式打印機和智能終端如圖5 所示，本文設計的一物一碼關聯系統包括手持式打印機和智能終端。

圖5 手持式打印機和智能終端

所述手持式打印機，用于從云服務器下載編碼信息，根據所述編碼信息生成噴碼，所述噴碼包括產品碼以及箱碼，并將所述產品碼噴涂于對應的產品上，以及將所述箱碼噴涂于所述產品所裝入的箱體上。

所述智能終端，用于根據自身權限下載包括所述編碼信息的工單列表，根據所述工單列表掃描所述產品碼和所述箱碼，并對所述產品碼和所述箱碼完成關聯，生成關聯結果，并將所述關聯結果上傳至云服務器。

在這期間中，操作人員可使用手持式噴碼機，將根據從云服務器下載的編碼信息生成的噴碼噴涂于產品、箱體等相應位置處。在完成噴碼工作后，操作人員可使用例如具有攝像功能的手機等智能終端下載包括編碼信息在內的工單列表，并逐次掃描產品碼、箱碼等噴碼，根據工單列表中的工單產品信息和編碼對應關系完成一物一碼關聯，也就是產品與碼的關聯，生成關聯結果，并將其上傳至云服務器，由云服務器完成信息存儲與更新，使下一步工序或具有相關權限的其他智能終端可實時獲取產品的入庫、出庫等關聯狀態信息，實現對小型生產線產品的高效關聯與追溯。

另外，由于不需要在生產線上使用價格高昂的大型工控機、專用服務器、高速高解析識別設備與剔除設備等相關設備，本文應用的這一技術大幅降低了一物一碼關聯系統的實現成本，使更多企業可以實現產品準確關聯與追溯，幫助企業提高產品管理質量。

3.6 打印模塊測試結果

本系統所設計的硬件設備需要一個單核I686 CPU，并至少具有一個USB2.0 端口的PC，IEEE 802.11b AP，Marvell 88w8782 芯片組WLAN 無線打印收發器卡SWL-2440U；軟件要求是具有Linux 內核2.6.23.1-42.fc8 的Fedora Core（FC）8 核心系統，USB 8782 驅動程序。

測試過程中，設備連接到網絡后，無線打印模塊將在AP 之間傳輸無線打印數據，并測試無線網絡的有效連接，無線打印模塊和AP 之間的距離設置為大約2 m。由計算機通過無線傳輸到打印機的固定大小的打印數據文件（大約10 M）并進行打印。打印機的無線接收模式設置為無線打印網絡測試模式，同時，打開打印傳輸率測試軟件。在打印數據傳輸過程中，打印測試軟件顯示實際接收和傳輸的平均速率。共進行了20 次測試，實際測試速率與802.11b 協議中的有所不同。

4 結論

本文設計的基于一物一碼技術的醫療手持打印機通信系統，基本實現了打印機硬件和軟件系統的模塊化管理。采用本系統后，根據打印機的功能不同，打印機本身可以在有網絡的情況下輕松地實現功能的升級、版本的更替。

醫院方面，有效降低了醫院的特異性打印成本，提高了中小型醫院的特異性打印效率，為提高醫院的工作效率作出了貢獻。公眾方面，信息對公眾開放，保障了公眾應有的知情權，進一步保障了公眾就醫的安全，增強了公眾對個人健康狀況的掌握程度，同時又使個人信息高級加密。政府方面，順應了政策導向，幫助政府進一步落實政策，給政府規范市場提供了解決方案，這些都體現出了本文所設計的打印機系統的實際價值。