一种智能生物信息读写器及信息读写方法与流程

1.本发明涉及电子生物标签识别研究技术领域，尤其是涉及一种智能生物信息读写器及信息读写方法。


背景技术：

2.当前，动物试验作为医药研发、生命科学及医学研究的重要支撑条件日益受到人们的重视，药理实验中产生的一系列繁杂的生物信息依靠人工纸质记录，再手动录入系统将耗费大量时间，也避免不了人为操作的误差和不确定性。
3.现在公布的一些对于生物身份识别验证的设备，如中国专利cn201520421329.5公开了一种动物标签读卡器，包括设有读卡器电路的壳体以及壳体升出的插头，其中，读卡器电路包括音频电路、射频电路、lc振荡电路、微控制单元及电源。音频电路、射频电路、电源分别与微控制单元连接，lc振荡电路与射频电路连接，插头与音频电路连接，使用音频接口将动物标签读卡器与智能终端连接，使信息处理可直接在智能终端上进行。该读卡器仅能识别动物身份，无法同时处理更多与动物相关联的信息。
4.中国专利cn202020331272.0公开了一种具有红外led的rfid读写器，包括rfid读写器本体，本体的底部固定连接有减震板，本体的底部固定连接有位于减震板下方的固定安装板，本体正面的一侧固定安装有数据线插口，本体正面的中部固定安装有电源插口。该具有红外led的rfid读写器，通过固定板和软体固定条以及固定环的配合，在将线路进行接通时，利用软体固定条对线路进行包裹，同时利用固定环对软体固定条与线路之间进行固定，这样保证了使用时拉扯线路不会损坏线头，提高了该具有红外led的rfid读写器的稳定性。该读卡器仅在内部进行防摔缓冲调整，在一定程度上提高了射频读写性能，但无法适应动物实验室的特殊环境。
5.中国专利cn201921914517.6公开了一种rfid读写器一体机，包括上位机、与上位机连接的rfid读写器、与rfid读写器连接的rfid天线以及设置于待识别物品的电子标签，所述上位机包括用于控制rfid读写器的配置单元，所述rfid读写器包括用于读取标签数量的盘点单元和读取标签信息的读写单元。通过在上位机设置有配置单元，并将读写器与上位机进行连接，就能够按照用户的需求随时随地地配置读写器的读写方式，大大提升了标签识别系统的灵活性。同时，通过在rfid读写器设置有盘点单元，通过rfid天线进行识别，能够同时识别出多个设置于待识别物品的电子标签。该读写器仅用于识别物品表面的电子标签，无法识别动物植入式电子标签和动物实验中小型采样管表面的曲型标签。
6.中国专利cn201920969565.9公开了一种新型rfid三合一m1定位卡读写器，该读卡器包括卡体、天线、滑盖、拉绳、凹槽和保护盖；所述保护盖通过铰链套接在卡体的外部，所述卡体内部左边设置有应用接口，所述感应板正下方活动安装有天线，使用安全方便，利用支撑腿将该读卡器支撑起来，使得使用者可利用支撑腿将卡体稳定固定，避免卡体晃动而丢失所储存的数据；利用保护盖盖在该读卡器的外部，有效保护读卡器的读取端口免受损伤，利用在读卡器内部设置防尘孔，可实现灰尘的暂时储存，使用者通过甩动该读卡器卡体
将灰尘等脏污甩出该读卡器外。利用绕线，使得使用者可以方便地拿到该读卡器。利用搭扣，使得读卡器可随身携带，使用更加便捷。该读写器虽然小巧便携防水防尘，但是不能同时识读一维、二维电子标签，在使用时具有一定局限性。
7.上述专利中所提及的几类电子标签读写器，在一定程度上可缩短动物身份核验与录入的时间，但记录的信息量单一，无法同时读取不同类型的电子生物标签，对一维码、二维码、和普通rfid电子标签的识别受限，不能对大量中小型实验动物实时的实验数据流进行记录与追踪，市面上动物电子标签读写器功能单一不能满足实验室不同光照环境下的识别解码，同时对曲面标签的识别也受到限制。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，本发明提供了一种智能生物信息读写器及信息读写方法，可通过条码识读模块同时辅助上位机管控动物实验所需的电子给药、采样、动物身份档案的信息库，针对不同的给药方案、采样方案、给药中央控制台状态、注射泵状态，核查给药量并实时记录实验数据，运用红色十字激光线扫描和射频技术识读不同的电子标签，能实现连续读取不同的电子标签并有序准确地传输数据。条码适度模块可独立同时控制扫描电子标签的不同模式，区分识读一维码、二维码或生物玻璃管电子标签，并对不同生物信息进行智能化传输。条码识读模块不仅可以识读不同材质打印的不同规格的一维码、二维码和普通rfid电子标签，条码识读模块中的激光扫描电路更适用于动物实验中遇到的生物玻璃管电子标签、不同规格采样管壁面所粘贴呈曲面的标签。条码识读模块中的led照明电路起到了曝光辅助照片的作用，在白天光照情况、完全黑暗情况或是实验室灯照情况下，都能快速筛查目标进行识读扫码。
9.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种智能生物信息读写器，包括外部一体式壳体和内部电路结构，内部电路结构主要包括主控制模块、条码识读模块、显示模块、电源模块、芯片识读模块、蜂鸣器模块、蓝牙通讯模块、按键模块，与主控制模块相连的有电源模块、芯片识读模块、蜂鸣器模块、蓝牙通讯模块和按键模块，条码识读模块通过软体排线延伸至转接器从而连接到主控制模块，显示模块通过数据线连接插口固定在主控制模块上方，其特征在于，所述条码识读模块主要包括识读解码电路、激光扫描电路、led照明电路、图像感知电路，其中，激光扫描电路提供红色十字激光线，辅助瞄准目标电子标签，led照明电路由白光led提供曝光辅助照明，在不同亮度环境中，根据采集图像的曝光度调节灯光亮度，辅助激光扫描电路快速锁定识读目标条码，图像感知电路采集图像，通过识读解码电路解码后再由串口传输相应的数据。
10.进一步地，所述条码识读模块通过按键模块独立控制启动，所述芯片识读模块根据电源模块自启动，读写器进入休眠模式后，条码识读模块和芯片识读模块自动切断供电，通过振动开关唤醒芯片识读模块自启动。
11.进一步地，所述条码识读模块位于下盖板端部，透光防护板挡在条码识读模块中红外led扫描口前，该挡板的材质为亚克力，挡板窗口远端面与条码识读模块前端面垂直距离为3mm，近端面与条码识读模块前端面的垂直距离为1mm。
12.进一步地，所述条码识读模块红外激光十字对焦水平角度为42
°
，垂直角度为28
°
，led照明水平角度为60
°
，垂直角度为50
°
，图像采集视场水平角度为42
°
，垂直角度为28
°
，可
获取物体壁面不同规格的条码信息。
13.进一步地，所述条码识读模块的一维码最近识读距离为5cm，最远识读距离为26cm，可识别最小二维码自制规格长为8mm，宽为8mm，二维码最近识读距离为6cm，最远识读距离为23cm。
14.进一步地，所述电源模块主要包括电池管理电路、充电端口、可充电式锂电池以及led灯，电池充电过程中设置一个红绿双色led指示灯。
15.进一步地，所述芯片识读模块主要包括远距离芯片识读电路、rfid天线、解码提示灯，工作频率为134.2khz，适用于生物玻璃管电子标签格式为fdx
‑
b格式，标签解码成功会产生蓝色提示灯。
16.进一步地，所述显示模块主要包括2.4寸彩色高清液晶屏和显示电路，界面显示电池电量情况、动物解码信息、无线通讯连接情况、识读报错情况，按键模块主要是开关按键和两个功能按键，一个功能按键控制条码识读模块的模式切换，另一个控制蓝牙传输不同格式的数据。
17.进一步地，壳体外层呈流体式圆弧状，表面有防水胶壳套，四角安装的防摔气囊，显示区域表面贴有一层屏幕保护膜。
18.一种智能生物信息读写器的信息读写方法，其特征在于，包括以下步骤：a.开启读写器，蜂鸣器响500ms，各模块初始化，进入正常工作状态；b.芯片识读模式自动启动，芯片识读模式下识读玻璃管电子标签，如果解码成功，则蜂鸣器响1s，蓝色指示灯闪烁1次；如果解码不成功，则在液晶屏上出现错误提示；c.条码识读模式手动启动，通过功能按键切换条码连续识读模式或感应识读模式，识读携带生物实验信息的一维码或二维码，如果解码成功，则蜂鸣器响1.5s；如果解码不成功，则在液晶屏上出现错误提示；d.通过主控制模块校验核实准确信息发送至上位机，根据功能按键切换传输格式为自动换行模式或自动回车模式；e.当待机时间超过120s，读写器进入睡眠模式，摇晃机体3次通过振动开关可唤醒各模块，再进入正常工作状态，重复步骤b至d。
19.本发明的有益效果是：本发明智能化程度高，功能实用性佳。不同于现有的动物电子标签读写器仅有对玻璃管电子标签的识读，本发明可通过条码识读模块同时辅助上位机管控动物实验所需的电子给药、采样、动物身份档案的信息库，针对不同的给药方案、采样方案、给药中央控制台状态、注射泵状态，核查给药量并实时记录实验数据，本发明识读速度快，传输效率高。本发明运用红色十字激光线扫描和射频技术识读不同的电子标签，通过蓝牙无线传输，能实现连续读取不同的电子标签并有序准确地传输数据。条码适度模块可独立同时控制扫描电子标签的不同模式，区分识读一维码、二维码或生物玻璃管电子标签，并对不同生物信息进行智能化传输。
20.本发明适用场景广泛，环境适应性强。条码识读模块不仅可以识读不同材质打印的不同规格的一维码、二维码和普通rfid电子标签，条码识读模块中的激光扫描电路更适用于动物实验中遇到的生物玻璃管电子标签、不同规格采样管壁面所粘贴呈曲面的标签。条码识读模块中的led照明电路起到了曝光辅助照片的作用，在白天光照情况、完全黑暗情
况或是实验室灯照情况下，都能快速筛查目标进行识读扫码。
21.本发明识读距离远，传输距离远。本发明通过蓝牙无线传输，可解决封闭动物实验室内无网络传输的情况，特别是对于一些实验笼内的中型动物，远距离识读可减轻动物的紧张压抑感。
22.本发明仪器采用一体式手持结构，壳体部分四角设置防摔气囊，运用大容量可充电锂电池方便携带，功耗较小，使用时间长，待机时间久。
23.本发明采用间歇性工作，不仅不影响识读性能和效率，还极大降低了功耗，大容量可充电电池可实现长时间工作，满足规模大、数量多、耗时久的动物实验要求。
附图说明
24.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明实施例中左侧结构示意图；图3为本发明实施例中右侧结构示意图；图4为本发明实施例中壳体内部结构示意图；图5为本发明实施例中端部结构示意图；图6为本发明全电路各模块原理示意图；图7为本发明实施例主要工作流程示意图；图中：1：壳体、2：防摔气囊、3：上盖板、4：屏幕保护膜、5：显示区域、6：防水胶壳套、7：红绿双色指示灯、8：蓝色指示灯、9：条码识读模式切换按键、10：传输模式切换按键、11：无线通讯孔、12：蜂鸣器、13：拨动开关、14：充电端口、15：主电路板、16：条码识读模块、17：下盖板、18：小螺柱圆孔、19：散热减震板、20：中螺柱孔、21：pin12连接器、22：软排线、23：凹槽、24：亚克力挡板、25：rfid天线、26：天线凹槽、27：pin24连接器、28：固定孔、29：液晶屏、30：可充电锂电池、31：卡槽、32：大螺柱孔、33：识读解码板、34：防护隔离膜、35：图像感应采集口、36：led照明灯、37、红外扫描口。
具体实施方式
25.下面结合附图1
‑
7对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
26.如图1所示为本发明的实施例，提供了一种智能生物信息读写器，包括读写器壳体1，外层的防水胶壳套6以及四角安装的防摔气囊2，防止在其使用过程中意外摔落造成破损。上盖板3正上方为信息显示区域5，其中2.4寸高清液晶屏29嵌在显示区域5内，其表面贴有一层屏幕保护膜4。显示区域5靠近左下方设置两个指示灯，其中一个为红绿双色指示灯7，用于指示电池充电状态，当处于充电状态中亮红灯，处于充电完成中亮绿灯；另一个为蓝色指示灯8，用于指示信息解码状态，当解码成功后会闪烁蓝灯。显示区域5靠近右下方设置一大一小两个功能按键，条码识读模式切换按键9和传输模式切换按键10，条码识读模式切换按键9可切换连续识读模式和感应识读模式，传输模式切换按键10可切换自动换行模式和自动回车模式。
27.如图2、3所示为实施例中左、右侧结构示意图，其中，左侧壳体外表面中间位置存在三个无线通讯孔11，减小阻隔有利于信号更好地传输，偏下位置印有蜂鸣器12图标，通过
控制蜂鸣器12产生低、中、高频率的声音和短、中、长声音的延时来提示开关机状态、解码状态、充电完成状态。左侧壳体设有拨动开关13，其下方设有充电端口14，内置可充电锂电池30，通过电池管理模块显示在液晶屏29上的电量标识来判断电池剩余电量的多少，摆脱了单用电源适配器和传统干电池。
28.如图4所示为实施例中壳体内部结构示意图，各模块电路基本都集合在主电路板15上，主电路板15主要通过六个大螺柱孔32固定在下盖板17内表壳，条码识读模块16安装至下盖板17端部居中，通过自身模块底部的小螺柱圆孔18固定在散热减震板19上，再由该板上的中螺柱孔20将两者一起固定在下盖板17上，条码识读模块16顶部的pin12连接器21通过软排线22连接至主电路板15上，下盖板17端部壳体设有凹槽23，嵌入亚克力挡板24用于防护条码识读模块16的前侧面，下盖板17壳体内表面有长方形天线凹槽26，用于放置rfid天线25。液晶屏29附着在显示模块相关电路板上，通过两个固定孔28悬空于主电路板15上方，通过pin24连接器27连接在主板上，实现数据高效传输。下盖板17壳体内尾部设置卡槽31，用于放置可充电锂电池30。
29.如图5所示为实施例中端部结构示意图，将表面带有防护隔离膜34的识读解码板33安装于条码识读模块16顶部，条码识读模块16本体正面有红外扫描口37和led照明灯36，辅助图像感应采集口35进行电子标签精准识读。
30.如图6所示为本发明全电路各模块原理示意图，主要有主控制模块、条码识读模块、显示模块、电源模块、芯片识读模块、蜂鸣器模块、蓝牙通讯模块、按键模块。
31.所述电源模块、芯片识读模块、蜂鸣器模块、蓝牙通讯模块、按键模块都集合在主控制模块电路板上，条码识读模块和显示模块则通过连接器整合在主控制模块电路板上。主控制模块主要管控各模块通讯，数据的校验与传输；条码识读模块由电源模块单独供电，用于获取携带实验日期、实验组号、样品序号等信息不同规格的一维码或二维码；显示模块主要在液晶屏上显示电池电量、通讯连接情况、不同的解码信息，充电提示、功能按键切换提示、解码失败提示、解码报错等；芯片识读模块主要通过射频天线及内部集成电容组成谐振电路，从134.2khz的磁场中获取能量启动该模块，深幅调制由射频天线并联的负载的开断产生，从而将内部产生的数据通过串口发送至主控制模块，并将解码成功信号发送给蓝色指示灯；电源模块主要通过对电池电量的检测与分析，向主控制模块传递数模信号，具有充电过压保护、充电电流可调、供电模式自动匹配等功能，根据充电管理芯片输出的高低电平，来控制红绿双色充电指示灯的颜色；蜂鸣器模块主要根据蜂鸣器及其相关电路，在开关机状态、解码状态、充电完成状态等通过不同提示音及时提醒使用者读写器使用状态；按键模块可独立控制条码识读模块连续识读模式和感应识读模式的切换，也可控制蓝牙通讯模块传输格式为自动换行模式或自动回车模式。蓝牙通讯模块主要通过相应的蓝牙电路与上位机实现通讯，实时传输海量主控制模块校验过的生物信息。
32.条码识读模块红外激光十字对焦水平角度为42
°
，垂直角度为28
°
，led照明水平角度为60
°
，垂直角度为50
°
，图像采集视场水平角度为42
°
，垂直角度为28
°
，视角开阔，可获取物体壁面不同规格的条码信息。
33.条码识读模块可识别常用的条码类型code 128、ean
‑
8、ean
‑
13、data matrix、pdf417、data matrix、code one、code 39、code 93、qr code、code 49、code 16k等。其中，一维码识读最近距离为5cm，最远识读距离为26cm；可识别最小二维码自制规格长为8mm，宽
为8mm，最近识读距离为6cm，最远识读距离为23cm。
34.图7为实施例主要工作流程示意图，运用上位机创建一个实验方案，选择给药模式或采样模式，配置供试品，溶媒，给药剂型，给药频率，供试品批号，采血理论时间计算逻辑、采样类型、采样体积等试验全局信息，以及配置剂量，溶剂，给药速率/给药时长，浓度等组别特异信息，选择目标试验，录入给药日期，采样日期，录入给药名称，录入采样类别，录入动物选集，自动生成动物给药或采样信息采集档案。
35.首先，选中指定行，开启读写器，通过按键控制条码识读模块，将十字红外线对准聚焦，led辅助补光，从而扫描制剂壁面粘贴的二维码，扫描采样管壁面粘贴的二维码，扫描注射器壁面粘贴的二维码，将二维码中读取的信息先校验再传输至上位机验证，仅当试验和组别所需关键信息一致，证明给药或采样材料准确无误。
36.其次，选择目标试验，显示当日给药或采样方案信息，手持读写器靠近目标实验动物植入式玻璃管电子标签处，通过芯片识读模块识别不同的动物身份码，将扫描后的信息通过蓝牙通讯模块发送到给药采样交互界面指定行，根据不同动物对应的不同给药方案匹配不同的注射泵。
37.最后，如超过两分钟不使用读写器，其自动进入休眠模式，通过晃动读写器机身伴有蜂鸣器提示音将其唤醒，随后进入工作模式，再次按下按键启动条码识读模块，扫描对应注射泵的一维码发送至上位机，上位机将配置好的给药或采样信息发送到对应注射泵，注射泵启动注射或采集，上位机记录给药或采样开始时间，给药或采样位点以及备注等信息，当完成给药或采样后，回传给药或采样体积，给药或采样结束时间，判断给药或采样体积与实际体积是否一致，不一致则需要在上位机中添加备注信息。
38.其中，采样过程中需要验证该组别的药瓶是否称重，录入对接的赛多利斯或梅特勒天平，完成给药时需要触发结束给药称重界面，手动启动读写器条码识读模块，扫描制剂壁面二维码，传输二维码信息至给药称重界面指定行，可自动计算该组别的实际给药量，理论给药量和给药量偏差，额定给药量偏差超限，触发校验，从而完成给样量的核查。
39.特别的，在整个实验流程中，扫描给药试剂或采样管二维码发送至上位机，可在搜索界面中查询正在给药或采样注射泵的状态，显示注射泵的校准、维护计划、报修、维修和退休的实施，未按照预设日期完成校准和维护的注射泵会被系统自动触发为禁用状态。
40.一种智能生物读写器的信息读写方法，主要包括以下几个步骤：a. 开启读写器，蜂鸣器响500ms，各模块初始化，进入正常工作状态；b. 芯片识读模式自动启动，芯片识读模式下识读玻璃管电子标签，如果解码成功，则蜂鸣器响1s，蓝色指示灯闪烁1次；如果解码不成功，则在液晶屏上出现错误提示；c. 条码识读模式手动启动，通过功能按键切换条码连续识读模式或感应识读模式，识读携带生物实验信息的一维码或二维码，如果解码成功，则蜂鸣器响1.5s；如果解码不成功，则在液晶屏上出现错误提示；d. 通过主控制模块校验核实准确信息发送至上位机，根据功能按键切换传输格式为自动换行模式或自动回车模式；e. 当待机时间超过120s，读写器进入睡眠模式，摇晃机体3次通过振动开关可唤醒各模块，再进入正常工作状态，重复步骤b至d；综上，本发明将芯片识读模式和条码识读模式一体化，独立控制条码识读的工作
模式以及识读信息的传输格式，间歇性工作不仅不影响识读性能和效率，还极大降低了功耗，大容量可充电电池可实现长时间工作，满足规模大、数量多、耗时久的动物实验要求。可高效有序地处理动物试验中产生的各种数据流，根据实验方案准确匹配对应实验目标，建立健全的生物实验电子信息档案，确保全局信息的精确性和完整性，更好地创建一体式“无纸化”动物实验平台，全面有效地管控动物实验采样流程、给药流程、注射泵设备、生物实验电子信息档案中形成的大量数据流。
41.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。