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关键词： 手术室仪器设备   物联网   RFID技术   Zigbee技术  

摘要： 随着现代科技辅助医疗技术的项目广泛开展,越来越多的医院引进大量先进的仪器设备用于临床工作的方方面面。由于仪器设备在医院临床的使用范围越来越广泛,临床使用的仪器设备品种、数量随之剧增,以至于仪器设备的管理工作面临新挑战。手术室作为外科手术治疗的中心,麻醉所需的生命支持设施和辅助手术所需的仪器设备齐聚在手术区域,给手术室管理工作带来了诸多新问题。目前大多医院仅限于采用管理系统对仪器设备相关数据进行存储更新,或采用RFID技术为每一个仪器设备进行标签化管理,但是无法有效地解决了手术室仪器设备管理中出现的一系列问题。因此,设计一款专门针对于手术室仪器设备管理的信息管理系统是非常有实践意义的。此研究目的是设计出一款能解决手术室仪器设备管理中现存问题的、高适用性和高安全性的信息管理系统,实现手术室仪器设备的精细化管理。在此研究中,我对手术室仪器设备管理中存在的问题进行分类和总结,梳理了手术室仪器设备管理流程,同时对相关的物联网技术和计算机技术进行了分析,根据手术室仪器设备信息管理系统的需求分析,选择并完成了基于RFID技术的设备标签化与Zigbee技术组网,结合SQLite数据库技术,选用JDK工具包和Java语言实现系统功能设计与数据库设计。系统核心功能划分为多个功能模块,可以实现人员信息管理、手术室仪器设备入库管理、借用归还管理、预警监控管理以及统计查询等核心功能。采用B/S架构,以降低软件之间的耦合,增强系统的灵活性。伴随着系统的设计与实现,我们对系统进行了一系列功能调测与性能测试,确认其可用性后,将此系统应用到手术室仪器设备管理的实践中。在使用过程中,追踪使用情况,收集数据,在仪器设备的信息完整率、设备归位率、性能完好率、定期检修率、及时修回率、医生满意率、护士满意率等维度,进行此系统运行前、后的数据对比分析。结果表明系统应用有效提高了设备管理效率和利用率,也验证了手术室仪器设备信息管理系统的可行性和有效性。图39幅,表20个,参考文献60篇

关键词： RFID   路径规划   防冲突   Group Steiner Tree   低功耗  

摘要： 随着物联网的兴起,RFID设备被广泛应用于各大商业领域当中。对于有源RFID而言,随着部署标签数量增大,会导致标签设备更换电池的成本剧增。半有源RFID采用低频唤醒高频通信的工作机制,可以极大的降低系统的功耗,节约项目的成本。因此,半有源RFID在很多应用场景开始代替有源RFID。半有源RFID设备作为数据收集的一种手段,面临的关键问题主要有:（1）移动阅读器进行数据收集的路径规划问题:当标签设备被部署之后,通常需要通过一个移动的阅读器去收集标签设备的信息,并将收集到的信息发送到数据中心。更短的有效收集路径意味着所花费的成本也就越小。因此,一套有效的路径规划算法对控制项目的运营成本具有很大的帮助。（2）高并发读取时的防碰撞问题:在进行高并发的读取时,碰撞问题是不可避免。由于部署的标签设备的数量越来越庞大,由碰撞问题增加的功耗已经不容忽视,一套低功耗的防碰撞算法对延长标签设备的使用寿命至关重要。综上所述,本文主要针对半有源RFID数据收集的以上关键问题开展研究工作:（1）针对移动阅读器的最短有效路径规划问题,本文基于Group Steiner Tree理论,给出了基于节点间可访问性的有效移动数据收集算法,证明了该算法与理论最短收集路径的近似比不超过O（7）2)29)7)2)7)2)7)2)9)),n代表静态标签节点的个数,t（t

关键词： 高频RFID   多光口防串扰   多天线   光纤链路识别  

摘要： 在光纤传输技术迅猛发展,光纤设备成本越来越低的大环境下,越来越多的光纤设备被运用于通信领域,其传输速率快、误码率低、稳定性好以及低成本等特点,相较传统的双绞线传输具有无法比拟的优势。其中,光纤交换机作为传统的电信号与光信号耦合转换设备,作为整个光纤传输系统不可或缺的组成部件,具有重要的地位和作用。光纤交换机板卡上各光口之间通过光纤互联,但是板卡上光口众多,其光口间距极小(1.5 mm),在IDC(Internet Data Center)机房或其他大量使用光纤交换机的场景中,光纤接头排布密集,尾纤数量庞大且错综复杂,对于光纤的管理和光纤链路的适配上出错率高且耗时太长,过于消耗资源。要实现各光纤交换机上光口之间互联关系的快速检测,亟需一种小型化、低成本、寿命长、高集成度、高精度的检测系统。本文针对此诉求,设计了一套基于HF RFID技术的LC光纤链路自动识别系统,用以解决快速检测光纤交换机板卡上众多光口与光纤之间适配关系的问题。本文的主要工作及成果如下:1、实现了将HF RFID技术用于光纤交换机上光口与光纤适配关系识别的可行性方案,设计出了体积远小于市场商用HF RFID射频卡的电子标签及读写器天线,并成功设计了LC型号的可装配上述电子标签及读写器天线的光纤适配器和光纤接头模型,为其他型号的光纤交换机如何搭载RFID系统给出了实质性的参考价值。2、设计了一套天线数量至多可达256的且每路天线通路电特性一致的输出功率15 d B范围内连续可调的HF RFID系统。实现了一种256路每路电特性一致,走线长度相等的射频差分信号线单板走线方案。通过精准控制读写器天线与电子标签的间距和读写器天线产生的磁通,解决了在运用RFID技术进行光纤链路识别时,因光纤交换机上光口间间距极小而产生的通信串扰问题。3、完成了整套基于HF RFID技术的LC光纤链路自动识别系统的嵌入式固件和上位机程序的软件开发,成功实现了ISO/IEC 15693协议全部功能,使所设计的HF RFID读写器能快速精准地完成对光纤交换机上的光口内的光纤接头的分时扫描。

关键词： Radiofrequency identification   Medical services   Wireless communication   Electromagnetics   Wireless sensor networks   Monitoring   Hospitals   UHF-RFID   E-field strength distribution   electromagnetic hazard   healthcare centers   radiofrequency exposure   2D contour maps   3D ray launching (3D-RL)   environmental assessment   radiation protection  

摘要： Hospitals and healthcare centers are experiencing a remarkable implementation of new systems based on wireless communications technologies. Many of these systems provide location services and identification of materials, instrumentation and even patients, which promotes the increase of the quality and the efficiency of healthcare. A tracking system based on short-range radio frequency, UHF-RFID is evaluated. This system helps with location of orthopedic prosthesis according to the criteria and requirements of a specific hospital environment. It is characterized the influence of UHF-RFID system in the electromagnetic environment by measuring the parameters and characteristics of the emission levels. The results of the assessment are represented through 2D contour maps and simulations have been performed by means of an in-house 3D-RL algorithm. The proposed graph aims to provide a methodology of studying the electromagnetic environments and the evaluation of the safety conditions of workers, patients, and people in general. E field exposure levels due to the RFID localization system were analyzed in order to verify regulations concerning the safety of patients and the general public in the labor and healthcare fields. Localized electromagnetic field exposure at levels which may cause electromagnetic hazards in the specific healthcare environment have been found and potentially excessive exposure to EMF emitted by UHF RFID devices may apply to patients or bystanders. In all cases, insufficient electromagnetic immunity of electronic devices (including AIMD and other medical devices) should be considered and the electromagnetic hazards may be limited also by relevant preventive measures, as also shown in this paper, together with the principles of an in-situ evaluation of electromagnetic hazards near the UHF-RFID devices.

关键词： 制动系统监测   Zigbee   LTE   RFID  

摘要： 制动系统是铁路列车非常重要的系统,传统制动系统检测只能通过定时定点的站点检修方式,占用了较多的人力物力,这种方法无法获取列车运行过程中的状态信息,也无法分析列车故障是否由制动系统故障造成。通过部署铁路列车制动状态监测系统,省去了站点检修工作,能够极大减少货车列检工作量,另外将监测方式转换为实时监测,改进了制动系统监测技术,提高了制动系统监测能力,为保障列车安全提供了技术手段。本文针对未实现智能化和信息化的铁路重载货车,为改变重载货车制动系统监测方式,提供了一套行之有效的铁路列车制动状态检测的系统解决方案,主要工作包括如下四个方面:1.系统方案设计。本文分析了项目背景,构建了系统模型,系统可以抽象为三个部分:数据采集部分、数据传输部分和数据管理部分。在数据采集部分,分别确定了闸瓦厚度测量和温度测量的方案,为满足两种场景的需求数据传输部分选择了RFID和Zigbee-LTE两种传输模式结合的方式。2.硬件电路实现。在工况数据采集方面,本文设计了一种闸瓦厚度的检测方法,该方法使用CPLD监测外部电路参数的变化情况获取厚度变化值。首先完成了精度为1mm的闸瓦厚度测量传感器的硬件设计与实现,并在此基础上对闸瓦厚度测量传感器进行了改进,将精度提高为0.5mm,同时降低了功耗,并且具有电源管理模块和使能接口。另外完成了RFID节点MCU模块和标签模块的硬件设计与实现。3.软件程序编写。在RFID传输模式中,设计了节点的测量流程,完成了节点上NFC通信和I2C通信功能,另外完成了基于RFID读写器具有数据展示和管理功能的数据管理软件。在Zigbee-LTE传输模式中,根据Zigbee协议栈,设计了数据回传节点和测量节点的工作流程,数据回传节点通过AT命令与阿里云物联网平台进行通信。4.系统测试。本文首先对闸瓦厚度测量传感器、RFID测量节点MCU模块和标签模块进行了测试,其次分别完成了RFID和Zigbee-LTE两种传输模式的测试。测试结果显示,闸瓦厚度测量传感器精度最高为0.5mm,工作电流最低为1m A,RFID标签模块最大读取距离可达5米。

关键词： 宽带   标签天线   阻抗匹配   高增益   阅读距离  

摘要： 射频识别(RFID)技术作为一种无线数据传输识别和接收技术,近年来被广泛应用于自动识别、资产跟踪、安全监控等领域。标签天线作为自动识别过程中最重要的一个环节,它关系到读写器与标签能否正常通信。传统的标签天线带宽窄、增益低、阅读距离短,无法覆盖全球整个RFID频段(840 MHz～960MHz),因此不能在多个地区进行使用,影响了国际之间的贸易往来以及信息交流。为了解决这一问题,本文采用双谐振技术来拓宽标签天线的带宽,同时采用弯折技术实现标签天线的小型化,在增大阅读距离上面采用增加辐射贴片的方式来提高标签天线的增益。 本文主要对两款RFID标签天线进行了研究与设计,具体研究内容和工作如下: 首先,本文设计了一款具有双谐振结构的超高频宽带标签天线。采用Tmatch结构进行馈电,激励标签天线产生高低频双谐振模式。利用空间折叠方法,将标签天线的主体结构弯折成U型,来实现天线的小型化。实验结果显示,天线产生的两个谐振频点分别为850 MHz和920 MHz,带宽为110 MHz,其工作频段完全覆盖了欧洲、中国等其他地区的UHF RFID频段。标签天线与阻抗值为13.5-j145Ω的标签芯片达到较好的共轭匹配。通过分析标签天线的二维以及三维增益方向图发现,在850 MHz和920 MHz两个谐振频点处对应的增益值分别为1.5 d Bi和2.1 d Bi。 其次,本文借鉴了第一款标签天线的结构特点,对其进行了部分结构的改进,设计了一款高增益超高频宽带标签天线。与第一款标签天线相比,第二款标签天线主要增加了另一个U型结构,同时对两个U型结构进行弯折,并在两个U型结构的末端加载辐射贴片。实验结果显示,标签天线保持了宽带特性,能够覆盖多个地区的RFID频段。在两个谐振频点处的增益相对于第一款标签天线均有所提高,增大了标签的阅读距离,同时天线整体的全向性较好。 综上所述,本文设计了两款超高频标签天线,解决了传统标签天线带宽窄、增益低、阅读距离短的问题,扩大了RFID标签的应用领域,为标签天线宽带化的发展提供了新的设计思路。

关键词： Resonators   Codes   Resonant frequency   Loading   Frequency-domain analysis   Optimization   Costs   Chipless radio frequency identification (CRFID)   bit capacity   code density   miniaturization   tag   backscattering   frequency domain (FD)   square split ring  

摘要： This paper presents a unique design approach of frequency domain based chipless radio frequency identification (CRFID) tags. A miniaturized square-split-ring is systematically loaded with circular-slots through an iterative procedure. Hence, a number of miniaturized resonators are produced which can be arranged in different configurations to realize multiple chipless tags operating at different frequency bands. This design approach provides a great control and flexibility in designing chipless RFID tags with different bit capacities. The proposed chipless tags are fabricated by printing the resonating elements on both front and back sides of the dielectric substrate hence doubling the capacity of the tags. All the tags are tested and measured.

关键词： RFID传感器   无线无源传感器   应变测量   微带天线   反射信号强度  

摘要： 随着现代工程结构的增多,对结构健康监测技术的需求日益增加。RFID技术由于具有读取便捷、动态实时通讯的优势被应用于结构健康监测中。针对目前RFID应变传感器在实际使用过程中存在无法真正做到无线无源以及检测速度慢等问题,本文对RFID应变传感器的相关技术进行了研究,并提出了提高无线无源式RFID传感器应变检测速度的方法。 本文主要工作如下: 首先,将基于传输线模型设计的传统微带天线应变传感器与RFID芯片结合设计出了矩形短截线应变传感器,面积相比于传统微带天线减小了40.1%。在此基础上,研究了一种基于反射信号强度(RSSI)的扫频应变检测方法,并采用该方法对传感器的应变-谐振频率关系模型进行了仿真,结果表明,其与采用基于回波损耗的应变检测方法得到的结果基本一致,证明了该方法的可行性。为进一步提高应变检测速度,提出了一种基于RSSI的定频应变检测方法。 其次,利用基于RSSI的定频应变检测方法对矩形短截线应变传感器进行了实验研究。对初始数据进行预处理后,研究了单一频率下传感器所测的RSSI与应变之间的关系,之后通过实验对传感器的静态特性进行了定量表征。为了减小测量误差,进一步研究了读取距离与RSSI的关系,据此对应变检测结果进行了修正,使得误差比修正前减小了14.4%。 最后,为满足对快速应变检测的需求,设计了一种新型输入阻抗型RFID应变传感器。对与RFID芯片相连的偶极子天线进行了设计,之后,对传感器的总体方案及电路进行了设计,并利用无线通讯应变检测方法对传感器整体传感性能进行了测试。测量结果表明,单次应变检测时长缩短至0.125s。

关键词： Antennas   body area networks   coils   inductors   rectennas   rectifiers   NFC   RFID  

摘要： Despite an increasing interest in wearable wireless power transmission (WPT), until now, wearable antennas have been unable to simultaneously harvest from near-field resonant and far-field radiative WPT. Here, a dual-port antenna is proposed, integrating an inductive coil with a broadband monopole for near- and far-field wearable WPT. The coil acts simultaneously as a High Frequency (HF) near-field power receiver and an Ultra-High Frequency (UHF) resonator, enabling the miniaturization of the enclosed broadband monopole, both fabricated using all-textile conductors. On-body, the antenna maintains a 10 dB return loss over a measured 135% fractional bandwidth while maintaining compactness (0.312x0.312 lambda(2)). The antenna is substrate-independent and is demonstrated on two textile substrates with different dielectric properties and thicknesses. In far-field mode, the rectenna maintains over 40% efficiency from sub-1 mu W/cm(2) power densities. In the near-field, a WPT efficiency up to 80% can be achieved. The simulated Specific Absorption Rate (SAR) shows up to 40 and 20 dBm power reception for HF and UHF operation, respectively, without exceeding the 1.7 W/kg limit. The far-field wearable rectenna is demonstrated powering a Bluetooth Low Energy node using a BQ25504 DC-DC converter from a best-in-class low power density of 0.88 and 0.55 mu W/cm(2) on-body and in-space, respectively.

关键词： 结构健康监测   RFID技术   应变传感器   应变无线测量   应变数据建模分析  

摘要： 结构健康监测技术对大型结构的管养与维护有重要意义。传统应变监测设备存在有线连接、成本较高、操作维护较为复杂的缺点。近年发展起来的各种无线应变传感器电路模块组成相对复杂,成本也较高。射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）作为一种新兴自动识别技术,依靠射频信号的空间耦合实现标签与阅读器的无线通讯,具有非接触式信息传递、成本及能耗较低、使用方便的优点。本文采用两种方式将RFID技术应用于应变无线测量,第一种方式为将可采集数据的RFID标签与全桥应变片结合,利用标签与阅读器之间的无线通讯实现应变的无线测量;第二种方式为将RFID标签天线本身作为应变传感单元,利用天线谐振频率漂移与应变之间的线性关系间接测量应变。本文依据上述两种方式,开展基于RFID技术的结构无线应变传感器研究及测试,并针对应变测量数据开展应变数据的建模与预测算法研究。本文的具体研究内容如下:（1）将可采集数据的半主动式RFID标签与全桥应变片结合,设计RFID标签电路应变传感器,利用标签与阅读器之间的无线通讯实现应变的无线测量。采用的RFID芯片型号为CC2530,该芯片属于半主动式超高频RFID芯片,具有休眠状态和激活状态两种模型,芯片内部的模数转换器可采集毫伏级电压信号,将RFID标签的电源与信号采集引脚引出,分别与全桥应变片的激励引脚和信号输出引脚相连,形成RFID标签电路应变传感器,该传感器具有体积小、功耗及成本低的优点。设计多组应变测量对比实验验证其测量精度,在6061铝合金板上的应变测量对比实验结果表明,RFID标签电路应变传感器与有线应变采集系统的测量结果均方根误差为22微应变。为解除RFID标签必须自带电池的限制,设计了无源化RFID标签电路应变传感器,将设计的整流天线及稳压电路嵌入RFID标签,利用电磁波射频能量激活标签,进行无源化RFID标签电路应变传感器的应变测量实验,测量结果证明无源化RFID标签电路应变传感器的测量结果与有线应变采集系统测量结果较为接近。（2）利用微带贴片天线谐振频率漂移量与应变之间的线性关系,将RFID标签天线本身作为应变传感单元,设计基于微带贴片天线的RFID标签天线应变传感器。在天线仿真软件HFSS中建立侧馈型微带贴片天线有限元模型,通过仿真模拟天线受力变形状态,发现微带贴片天线谐振频率漂移量与应变之间存在线性关系,并通过侧馈型微带贴片天线测试实验证明了仿真结果,验证了微带贴片天线的频移—应变公式。在此基础上设计可嵌入被动式RFID芯片的RFID标签天线应变传感器,通过HFSS仿真优化微带贴片天线的尺寸参数,使其在谐振频率处与芯片实现阻抗匹配。采用表面开槽技术对天线进行小型化设计,经过小型化设计的RFID标签天线应变传感器长度方向尺寸减小40%。在HFSS中仿真模拟天线变形状态下的应变感应性能,并加工RFID标签天线应变传感器进行实物测试。将RFID标签电路应变传感器粘贴在拉伸试件上并通过万能试验机进行拉伸,试验结果证明RFID标签天线应变传感器的谐振频率漂移量与应变存在良好的线性关系,线性相关系数R2（28）0.97。（3）针对RFID标签电路应变传感器的测量数据预测,本文开展了适用于应变监测数据的建模与预测算法研究,提出将先进的数据预测算法——变分异方差高斯过程（Variational heteroscedastic Gaussian Process,VHGP）应用于应变建模预测,编写基于变分异方差高斯过程的数据预测代码,对RFID标签电路应变传感器的测量数据进行预测,预测模型与RFID标签电路应变传感器实测数据较为吻合。进一步采用大型结构应变监测数据作为案例,验证变分异方差高斯过程的预测效果,结果表明,引入变分近似的变分异方差高斯过程对应变异方差噪声的建模及预测效果均优于另一种异方差高斯过程——最大似然高斯过程,应变数据预测精度平均提高51.9%。针对实际应变监测数据常表现出多种成分叠加的情况,为进一步提高预测精度,本文提出成分变分异方差高斯过程（Component Variational heteroscedastic Gaussian Process,CVHGP）,建立贝叶斯动态线性模型对应变数据的不同成分进行分离和提取,再使用变分异方差高斯过程对各个应变时间序列成分进行预测,最后将预测结果进行叠加。使用成分变分异方差高斯过程对RFID标签电路应变传感器测量数据进行预测,预测精度比变分异方差高斯过程提高57.2%,结果证明成分变分异方差高斯过程对周期性变化的应变数据具有良好的预测效果。本论文有图144幅,表23个,参考文献80篇。