基于射頻卡芯片AT88SC6416CRF設(shè)計(jì)的門(mén)診電子病歷

    摘要：介紹了一套基于AT88SC6416CRF開(kāi)發(fā)醫(yī)院門(mén)診電子病歷的射頻識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)既能方便安全地記錄門(mén)診病人相關(guān)的各種就診信息，又能確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全性，完全可以滿(mǎn)足門(mén)診電子病歷的基本要求。

    關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別系統(tǒng)?電子病歷?AT88SC6416CRF

１ 引言

射頻卡（簡(jiǎn)稱(chēng)ＲＦ卡）是一種新式非接觸ＩＣ卡，具有使用壽命長(zhǎng)、對(duì)讀寫(xiě)設(shè)備（ＰＣＤ）無(wú)物理磨損、不存在因接觸而引起病菌交叉?zhèn)魅镜葍?yōu)點(diǎn)，所以特別適用于在醫(yī)院這種特殊場(chǎng)所進(jìn)行信息儲(chǔ)存。ＲＦ卡的關(guān)鍵部分為鑲嵌在卡片內(nèi)部的ＲＦ芯片，下面以ＡＴ-ＭＥＬ公司的ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ射頻卡芯片為例來(lái)討論其在門(mén)診電子病歷中的應(yīng)用。

２　芯片簡(jiǎn)介

ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ射頻卡芯片在出廠(chǎng)時(shí)已被做成封裝好的微型模塊，其體積僅為５．０６×８．００×０．３８ｍｍ３。內(nèi)部帶有６４ｋＢ的用戶(hù)ＥＥＰＲＯＭ和２ｋＢ的系統(tǒng)ＥＥＰＲＯＭ，遵循ＩＳＯ１４４４３ Ｂ標(biāo)準(zhǔn)，使用１３．５６ＭＨｚ頻段，內(nèi)設(shè)防重疊系統(tǒng)，可支持多卡同時(shí)使用。該器件采用３組６４位長(zhǎng)、相互加密校驗(yàn)的密鑰和密碼對(duì)，能重復(fù)寫(xiě)１００?０００次以上，數(shù)據(jù)可保持１０年，并可抵抗各種惡劣的使用環(huán)境，溫度使用范圍為－４０～＋８５℃。ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，具有良好的兼容性，允許用戶(hù)自行選擇讀卡設(shè)備同時(shí)與常用的ＰＨＩＬＩＰＳ公司的ＭＣ５３１兼容，而且價(jià)格低廉，每個(gè)芯片售價(jià)不到７元人民幣。

３　內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ射頻卡芯片內(nèi)部分為ＲＦ射頻接口電路和其它數(shù)字電路兩大部分，其功能組成框圖如圖１所示。

３．１ 系統(tǒng)配置區(qū)結(jié)構(gòu)

ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ內(nèi)有大小為２．０４８ｂｉｔ的ＥＥＰ-ＲＯＭ單元，稱(chēng)為系統(tǒng)配置區(qū)，專(zhuān)門(mén)用于存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如密碼、數(shù)據(jù)編碼方式和用戶(hù)內(nèi)存中每個(gè)扇區(qū)的安全級(jí)別定義等。對(duì)配置區(qū)的操作可通過(guò)安全熔絲技術(shù)對(duì)卡的配置區(qū)等特定部分的編程寫(xiě)入進(jìn)行控制。該類(lèi)操作只能由系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者以規(guī)定的控制時(shí)序邏輯來(lái)完成，普通的最終用戶(hù)?如電子病歷卡的使用者?無(wú)法改變其中的信息。

３．２ 用戶(hù)區(qū)內(nèi)存結(jié)構(gòu)

ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ給用戶(hù)提供有８１９２個(gè)字節(jié)?６４ｋＢ?的ＥＥＰＲＯＭ存儲(chǔ)容量，整個(gè)用戶(hù)內(nèi)存劃分為１６個(gè)扇區(qū)，編號(hào)為扇區(qū)０～扇區(qū)１５。每個(gè)扇區(qū)有１６個(gè)頁(yè)（ｐａｇｅ），每個(gè)頁(yè)的長(zhǎng)度為３２個(gè)字節(jié)，這樣，一個(gè)扇區(qū)共有３２Ｂｙｔｅ×１６＝５１２Ｂｙｔｅ。用戶(hù)區(qū)內(nèi)存具體的分配結(jié)構(gòu)如表１所列。

表1 用戶(hù)EEPROM具體分配結(jié)構(gòu)

３．３ 用戶(hù)區(qū)內(nèi)存的存取

在讀卡器（即ＰＣＤ）對(duì)ＲＦ卡進(jìn)行配置時(shí)，將會(huì)加載安全認(rèn)證協(xié)議，并對(duì)每一次讀／寫(xiě)操作的當(dāng)前密碼進(jìn)行雙向校驗(yàn)，同時(shí)用此安全認(rèn)證機(jī)制來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性。為了保證每個(gè)用戶(hù)扇區(qū)的數(shù)據(jù)安全，每個(gè)用戶(hù)扇區(qū)可以配置成自由讀／寫(xiě)數(shù)據(jù)，或者設(shè)置操作密碼。各個(gè)不同的用戶(hù)扇區(qū)可以設(shè)置自己互不相同的密碼。ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ芯片內(nèi)部設(shè)有特殊計(jì)數(shù)器，同時(shí)可以限定嘗試密碼的次數(shù)，還可以有效地抵抗外界暴力破解密碼的攻擊。具體的安全認(rèn)證過(guò)程如圖２所示。

在ＲＦ卡和識(shí)別系統(tǒng)建立起信任關(guān)系前，首先應(yīng)將自己的卡號(hào)送給識(shí)別系統(tǒng)，以使識(shí)別系統(tǒng)計(jì)算出一個(gè)驗(yàn)明身份的Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ Ａ，并將它送給ＲＦ卡進(jìn)行校驗(yàn)。ＲＦ卡接著計(jì)算驗(yàn)明身份的Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ Ｂ，同時(shí)將它送回給識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)。完成第一次雙向校驗(yàn)后，識(shí)別系統(tǒng)開(kāi)始讀取密碼，并由ＲＦ卡對(duì)讀取的該密碼進(jìn)行檢查，檢查通過(guò)后，將發(fā)送檢驗(yàn)用的Ｃｈｅｃｋｓｕｍ和數(shù)據(jù)給識(shí)別系統(tǒng)，以便由識(shí)別系統(tǒng)對(duì)Ｃｈｅｃｋｓｕｍ進(jìn)行校驗(yàn)。完成上面的第二步雙向校驗(yàn)后，識(shí)別系統(tǒng)將寫(xiě)密碼、數(shù)據(jù)和Ｃｈｅｃｋｓｕｍ送給ＲＦ卡，再由ＲＦ卡對(duì)Ｃｈｅｃｋｓｕｍ進(jìn)行校驗(yàn)。完成這第三步雙向校驗(yàn)后，雙方即可建立起信任關(guān)系，同時(shí)識(shí)別系統(tǒng)即可對(duì)ＲＦ卡執(zhí)行讀／寫(xiě)操作。

在用戶(hù)卡與識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行初始化系統(tǒng)配置區(qū)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的區(qū)域(即存儲(chǔ)在多扇區(qū)的結(jié)構(gòu)內(nèi))，而且只有在分別進(jìn)行了安全認(rèn)證后，才能進(jìn)行存取操作；實(shí)際上，也可以給多個(gè)扇區(qū)選擇同樣的安全模式，以便把這些扇區(qū)當(dāng)作一塊整體存儲(chǔ)區(qū)域來(lái)操作。這種特點(diǎn)為該卡的使用帶來(lái)了極大的靈活性。

４　工作原理

筆者設(shè)計(jì)的這種射頻識(shí)別系統(tǒng)是由鑲嵌有ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ以及天線(xiàn)的用戶(hù)卡片（ＰＩＣＣ）和讀寫(xiě)ＰＩＣＣ的ＰＣＤ系統(tǒng)共兩部分組成。其中ＰＣＤ有兩種構(gòu)成方法，第一種是用現(xiàn)成的ＩＳＯ１４４４３ Ｂ讀寫(xiě)ＯＥＭ模塊，它帶有與ＰＣ機(jī)可以直接相連的接口，因而可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)ＰＩＣＣ的操作；第二種方法是只使用專(zhuān)用芯片ＲＦ５３１，它可與ＭＣＵ（如ＡＴ８９Ｃ５２）一起構(gòu)成ＰＣＤ，該種方法比較復(fù)雜，但由于是從底層做起，靈活程度高，成本也較低。本文具體討論后者，其電路主要結(jié)構(gòu)如圖３所示。

這種方法構(gòu)成的整個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本原理是：根據(jù)ＩＳＯ １４４４３－２規(guī)定的要求，用ＰＣＤ來(lái)產(chǎn)生通信的射頻場(chǎng)，其工作場(chǎng)頻為１３．５６ＭＨｚ，該射頻場(chǎng)主要通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)給作用范圍（１０ｃｍ）內(nèi)的ＰＩＣＣ傳送功率。首先由ＰＣＤ向ＰＩＣＣ發(fā)一組固定頻率的電磁波，在電磁場(chǎng)的激勵(lì)下，ＲＦ芯片內(nèi)的ＬＣ串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個(gè)電容的另一端接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，它可以將電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)并儲(chǔ)存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到規(guī)定的電壓值時(shí)，此電容可作為電源對(duì)卡內(nèi)其他部分的電路提供工作電壓，同時(shí)將ＲＦ芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收ＰＣＤ的數(shù)據(jù)。

ＰＩＣＣ和ＰＣＤ之間的雙向通信遵循ＩＳＯ１４４４３－２通信標(biāo)準(zhǔn)，主要的通信參數(shù)有位持續(xù)時(shí)間、二進(jìn)制相移鍵控、調(diào)制系數(shù)、不歸零ＮＲＺ－Ｌ位編碼方式和副載波。雙方具體的識(shí)別和對(duì)話(huà)過(guò)程如下：ＰＣＤ的射頻工作場(chǎng)激活→ＰＩＣＣ靜待來(lái)自ＰＣＤ的命令→ＰＣＤ命令的傳送→ＰＩＣＣ響應(yīng)的傳送。

實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序代碼比較復(fù)雜，限于篇幅，本文將不一一列舉，有興趣者，可以參考其它有關(guān)文獻(xiàn)。

５　典型應(yīng)用

鑒于ＡＴ８８ＳＣ６４１６ＣＲＦ的特點(diǎn)和醫(yī)院信息化的需要，筆者已將該芯片組成的ＰＩＣＣ（便攜式門(mén)診病人病歷卡）運(yùn)用到日常的醫(yī)療活動(dòng)中。由于該款ＲＦ芯片具有６４ｋＢ容量的用戶(hù)ＥＥＰＲＯＭ，因此，根據(jù)其自身特點(diǎn)?可以將其全部作為一個(gè)大的存儲(chǔ)單元?考慮到加密和校驗(yàn)位的開(kāi)銷(xiāo)，每個(gè)漢字用２０ｂｉｔ，其容量足可存儲(chǔ)３２７６個(gè)漢字，可完全滿(mǎn)足記錄患者門(mén)診病歷的需要，從而方便用來(lái)存儲(chǔ)病人的姓名、性別、年齡、藥物過(guò)敏史、醫(yī)療保險(xiǎn)ＩＤ號(hào)、每次就診記錄和輔助檢查結(jié)果等文本信息。有了該電子病歷，病人就診時(shí)只要在掛號(hào)處通過(guò)一定流程，（具體為：ＰＣＤ讀卡→打印出處方單→在醫(yī)生處通過(guò)ＰＣＤ調(diào)入以往病歷記錄→診療活動(dòng)結(jié)束→）就可以將本次就診信息（包括輔助檢查結(jié)果）記入電子病歷以完成診視過(guò)程。醫(yī)院使用該系統(tǒng)時(shí)，只要在現(xiàn)有的醫(yī)院管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再在掛號(hào)處和門(mén)診部的每個(gè)工作站增加一個(gè)ＰＣＤ，而不需要很多的資金投入，就可以輕松的實(shí)現(xiàn)門(mén)診病人病歷的無(wú)紙化，從而提升醫(yī)院微機(jī)應(yīng)用檔次，更好地適應(yīng)建設(shè)數(shù)字化醫(yī)院的時(shí)代要求。