基于工控機的醫療機構自助終端設計

武漢輕工大學電氣與電子工程學院 王軍琦

引言：以工業控制計算為核心，設計一款可以實現自助掛號，自助繳費，自助打印發票與相關檢驗報告的醫療機構自助服務終端。為醫院節約相關成本，提高就醫人員的舒適度。

1.前言

在醫療機構（醫院，診所）看病就醫時辦理掛號，繳費，領取相關檢驗報告單時，時長由于就醫人員過多，醫院硬件設施與人員不足，導致就醫人員在此過程中因排隊浪費大量的時間，影響醫療單位就醫環境的舒適度。為此，我們可以設計出一種多功能的，一體化的，以工控機為核心的醫療機構自助就醫終端。該類終端可以自助實現掛號、繳費、領取檢驗報告、打印發票、打印清單等多項功能。該類設備特別適合人流較大的大型三甲綜合類醫院，一方面可以節省醫院的經濟成本，另一方面也為就醫人員省去很多麻煩。

2.終端組成部分與功能

自助終端的主要組成部分有，立式機柜，工控機，ups電源，電容式觸摸式顯示器，液晶現實器，密碼鍵盤，IC卡發卡器，IC卡（芯片卡）讀卡器，身份證讀取器，熱敏打印機，激光打印機，針式打印機，揚聲器。

2.1 立式機柜

立式機柜應由鋼板焊接而成，表面上漆以保證機體美觀，機柜不應太大以方便運輸，但是有足夠大的內部空間用于嵌入設備，設置前后兩個門方便進行維護。內部可以設置抽屜式隔板方便巡檢。

2.2 工控機

工控機即工業控制計算機，本終端工控機采用的基于Intel Sandy/Ivy Bridge平臺Mini ITX主板的工業整機，是整套終端設備的核心。工控機的功能是為外部設備供電，控制和調用外部設備，通過I/O接口與外部設備進行數據交換，通過網絡與遠程服務器實現數據交換，為配套軟件提供穩定可靠的硬件環境。

2.3 ups電源

將蓄電池與工控機相連接，通過工控機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。當發生停電事故時，為工控機提供穩定的不間斷的電源，可以有效的防止數據丟失、硬件損壞，配套軟件損壞。

2.4 電容式觸摸式顯示器

通過VGA接口與工控機相連接，顯示自助服務系統的主操作界面，獨立供電。采用電容式觸摸式顯示屏，方便就醫人員輸入相關信息。通過I/O接口與工控機相連接，將輸入數據的傳輸至工控機。

2.5 液晶顯示屏

①通過VGA接口與工控機相連接，顯示相關宣傳視頻與圖片，獨立供電。工控機將采用桌面多屏顯示的工作模式，保證主操作界面與廣告宣傳界面互不干擾。②通過VGA接口與獨立的視頻或圖片解碼器相連接，這樣可以降低工控機的工作負載，保證工控機穩定工作。

2.6 密碼鍵盤

通過PS/2接口取電在工控機上取電，通過RS232串口與工控機傳輸信息。用于輸入銀行卡支付密碼。密碼鍵盤應由中國銀聯公司預裝加密算法，實現終端密鑰管理，保證支付安全。

2.7 IC卡發卡器、IC卡（芯片卡）讀卡器、身份證讀取器

這三個設備都是通過USB接口與工控機相連接進行數據交換并取電。就醫人員在掛號中由身份證讀取器讀取其身份證信，IC卡發卡器將就醫人員的身份信息與掛號信息寫IC卡中，然后出卡將IC卡（診療卡）發到就醫人員手中。IC卡（芯片）讀卡器負責讀取就醫人員的銀行卡或IC卡（診療卡），實現數據錄入完成繳費支付，打印報告單等操作。

2.8 熱敏打印機，激光打印機，針式打印機

熱敏打印機通過USB接口與工控機相連接進行數據傳輸和供電，負責打印排隊號，賬單等，比較簡單經濟。激光打印機與針式打印機也是通過USB接口與工控機相連接的，因為它們功耗較大，所以采用獨立供電。激光打印負責打印檢驗報告等文書，針式打印機負責打印發票。

2.9 揚聲器

揚聲器連接在工控機音頻輸出接口，通過USB接口在工控機上取電，負責播放操作提示音，功率50W左右。

3.配套軟件與服務器設計要求

3.1 軟件開發與運行環境要求

基于Intel Sandy/Ivy Bridge平臺Mini ITX主板的工業整機,可以支持安裝Windows XP/Windows 7/Lunix三種操作系統，在實際操作中Windows XP由于穩點性較好，軟件兼容性與硬件兼容性（特別是硬件驅動兼容性）高，所以軟件的開發環境與運行環境選擇Windows XP。

3.2 開發語言與系統架構要求

在軟件架構設計中，面向服務的C/S體系架構是最常用到的。其優點是：客戶端無權直接訪問數據庫，提高了系統的安全性；服務的接口和實現是獨立的，應用程序開發人員不需要知道服務是如何實現的，從而提高了系統的安全性。軟件開發效率高,減少了網絡數據流，利用中間件可以平衡負載,提高系統性能。

C#是一種精確、簡單、類型安全、面向對象的語言。它具有完全面向對象、支持分布式、健壯、高安全性、可移植性、高性能、多線程等特點。.Net代表一個集合、一個環境，可以用作支持下一代互聯網可編程體系結構的平臺。C#語言是.NET的代表語言。C#的力量取決于.NET的發展。

SqL Server 2008發布在微軟的數據平臺上，可以組織和管理任何數據。結構化、半結構化和非結構化文檔的數據可以直接存儲到數據庫中。您可以查詢、搜索、同步、報告和分析數據。數據可以存儲在各種設備上，從數據中心最大的服務器到桌面計算機和移動設備，并且不管數據存儲在哪里，數據都可以控制。它具有可信、高效、智能等特點，用戶能高安全性、高可靠性和可擴展性的運行最關鍵的任務應用程序，減少設計人員開發和管理其數據基礎設施的時間和成本。

所以配套軟件應采用C/S架構，技術實現采用C#語言搭建的三層體系，數據庫采用SQL SERVER2008進行后臺數據庫管理。

3.3 軟件功能設計要求

軟件設計主要以賬戶管理模塊、自助掛號模塊、自助繳費模塊、自助預約模塊為主要功能模塊，最終將要實現賬戶信息管理、自助掛號管理、自助繳費管理、發票打印管理等功能。其中賬戶信息管理功能應實現就醫人員信息管理、患者賬戶信息管理，自助充值信息管理，診斷檢驗報告管理等子功能；自助掛號管理功能應實現自助掛號交易管理，預約掛號管理，醫聯患者掛號管理等子功能；自助繳費管理系統功能應實現診間確費管理、自助繳費管理、系統退費管理子等功能。

3.4 服務器部署要求

為了信息安全，自助終端應通過醫療機構的局域網與服務器相連接，大型醫療機構的局域網分布比較廣，這樣連接也能保證自助終端可以在醫療機構大部分地方都可以設置。服務器應采取雙機熱備模式，主服務器與備用服務器之間通過心跳線連接，利用集群軟件實時監控服務器的工作狀況，如果發現主服務器故障停止工作，備用服務器可立即投入使用。

對硬盤的分區結構應該進行合理的劃分；為避免因規劃失誤造成風險的與事故，需要根據現有數據庫的情況，參考其他成功案例，廣泛查閱資料，也要根據醫療機構的實際情況，對硬盤進行合理的分區。

為了有效的應對因為服務器宕機事故帶來的不可逆裝的數據丟失，應當建立長期的有效的數據庫備份機制，保證數據的安全性和可用性。數據庫的備份大致分為完全備份、事務日志備份、差異備份、文件備份，其中差異備份也稱增量備份，四種備份分別應用不同時間與情景。因為數據恢復是數據備份逆過程，數據恢復的情況完全取決于數據備份情況，因此在數據庫備份機制設計中應合理應用四種備份，保證當遇到數據丟失的事故時可以準確的恢復數據。

3.5 數據庫設計要求

數據庫設計是根據醫療機構的實際需求，在特定的數據庫管理系統中，進行數據庫結構設計和數據庫建立過程。數據庫設計是建立數據庫及其應用的系統技術，是信息系統開發的核心技術。要深入的了解需求和分析流程，利用數據庫建模工具建立相對應的物理數據模型。

4.工控機的結構與工作原理

工業控制計算機是一種為如高溫度，高濕度，多風沙等復雜的工業生產環境中，長時間工作的，完成定制任務的計算機。

4.1 Intel Sandy/Ivy Bridge平臺Mini ITX主板

基于Intel Sandy/Ivy Bridge平臺的高性能、接口豐富及高可靠性的工業級嵌入式主板，采用1條U-DIMM插槽,支持DDR3 1066/1333/1600MHz，最大支持8GB，集成 Intel HD系列高性能圖形處理器，2個千兆以太網，支持網絡喚醒功能，接口豐富：2x SATA II, 2x VGA, 1x HDMI, 2x LAN, 10x USB2.0,1x PCIe 16x, 1x PS/2, 1x LPT, 10x RS-232, 支持串口供電，且COM2支持RS-232/485(可選)。可廣泛為數字標牌、ATM機、各類自助終端和工業自動化應用等提供完善的軟硬件解決方案。

4.2 整機配置

機箱材質采用1.2mm優質碳素高強度結構鋼，符合FCC及CE標準，加固型工業機箱，具有抗腐蝕、抗沖擊、耐磨損特性，環境保護條件IP53。處理器支持LGA1155的Intel Sandy/Ivy Bridge處理器。以Intel Sandy/Ivy Bridge平臺Mini ITX主板為核心，芯片組為Intel B75，內存4GB，圖形控制器為CPU集成。可支持Windows XP/Windows 7/Lunix。存儲1TB（SATA接口,7200轉），帶有減震保護措施。I/O接口有2xVGA、提供1x SATA3.0、3x SATA2.0、支持USB3.0和USB2.0接口、2個LAN口、2個COM口、1 x LPT支持多個PCI擴展插槽。散熱方式為風扇散射，在出風口處配有防塵棉。

4.3 工作原理

在工控機上安裝Windows XP操作系統，并通過USB，VGA等I/O接口與眾多外部設備相連接，這些外部設備做為工控機的輸出與輸入設備。工控機通過LAN接口與醫療機構局域網相連接最終連接到遠程服務器。當配套軟件在工控機上運行時，就醫人員通過外部輸入設備完成相關軟件操作，輸入相關數據。輸入的數據與指令經過工控機（相關配套軟件）處理后再由輸出設備輸出，完成相應服務。

5.結語

以工控機為核心的自助終端，在生活中越來越常見，證明其工作性能穩定，比較安全可靠，使用便捷，工作效率較高。幫助醫療機構節省了人力與經濟成本，為就醫人員提供了良好的就醫環境，提高了醫療機構的服務舒適度。