• 165 •ELECTRONICS WORLD ・ 技术交流基于工控机的医疗机构自助终端设计武汉轻工大学电气与电子工程学院 王军琦引言：以工业控制计算为核心，设计一款可以实现自助挂号，自助缴费，自助打印发票与相关检验报告的医疗机构自助服务终端。为医院节约相关成本，提高就医人员的舒适度。1.前言在医疗机构（医院，诊所）看病就医时办理挂号，缴费，领取相关检验报告单时，时长由于就医人员过多，医院硬件设施与人员不足，导致就医人员在此过程中因排队浪费大量的时间，影响医疗单位就医环境的舒适度。为此，我们可以设计出一种多功能的，一体化的，以工控机为核心的医疗机构自助就医终端。…

165 ELECTRONICS WORLD ・ 技术交流基于工控机的医疗机构自助终端设计武汉轻工大学电气与电子工程学院 王军琦引言：以工业控制计算为核心，设计一款可以实现自助挂号，自助缴费，自助打印发票与相关检验报告的医疗机构自助服务终端。为医院节约相关成本，提高就医人员的舒适度。1.前言在医疗机构（医院，诊所）看病就医时办理挂号，缴费，领取相关检验报告单时，时长由于就医人员过多，医院硬件设施与人员不足，导致就医人员在此过程中因排队浪费大量的时间，影响医疗单位就医环境的舒适度。为此，我们可以设计出一种多功能的，一体化的，以工控机为核心的医疗机构自助就医终端。该类终端可以自助实现挂号、缴费、领取检验报告、打印发票、打印清单等多项功能。该类设备特别适合人流较大的大型三甲综合类医院，一方面可以节省医院的经济成本，另一方面也为就医人员省去很多麻烦。 2.终端组成部分与功能自助终端的主要组成部分有，立式机柜，工控机，ups电源，电容式触摸式显示器，液晶现实器，密码键盘，IC卡发卡器，IC卡（芯片卡）读卡器，身份证读取器，热敏打印机，激光打印机，针式打印机，扬声器。2.1 立式机柜立式机柜应由钢板焊接而成，表面上漆以保证机体美观，机柜不应太大以方便运输，但是有足够大的内部空间用于嵌入设备，设置前后两个门方便进行维护。内部可以设置抽屉式隔板方便巡检。2.2 工控机工控机即工业控制计算机，本终端工控机采用的基于Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板的工业整机，是整套终端设备的核心。工控机的功能是为外部设备供电，控制和调用外部设备，通过I/O接口与外部设备进行数据交换，通过网络与远程服务器实现数据交换，为配套软件提供稳定可靠的硬件环境。2.3 ups电源将蓄电池与工控机相连接，通过工控机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。当发生停电事故时，为工控机提供稳定的不间断的电源，可以有效的防止数据丢失、硬件损坏，配套软件损坏。2.4 电容式触摸式显示器通过VGA接口与工控机相连接，显示自助服务系统的主操作界面，独立供电。采用电容式触摸式显示屏，方便就医人员输入相关信息。通过I/O接口与工控机相连接，将输入数据的传输至工控机。2.5 液晶显示屏①通过VGA接口与工控机相连接，显示相关宣传视频与图片，独立供电。工控机将采用桌面多屏显示的工作模式，保证主操作界面与广告宣传界面互不干扰。②通过VGA接口与独立的视频或图片解码器相连接，这样可以降低工控机的工作负载，保证工控机稳定工作。2.6 密码键盘通过PS/2接口取电在工控机上取电，通过RS232串口与工控机传输信息。用于输入银行卡支付密码。密码键盘应由中国银联公司预装加密算法，实现终端密钥管理，保证支付安全。2.7 IC卡发卡器、IC卡（芯片卡）读卡器、身份证读取器这三个设备都是通过USB接口与工控机相连接进行数据交换并取电。就医人员在挂号中由身份证读取器读取其身份证信，IC卡发卡器将就医人员的身份信息与挂号信息写IC卡中，然后出卡将IC卡（诊疗卡）发到就医人员手中。IC卡（芯片）读卡器负责读取就医人员的银行卡或IC卡（诊疗卡），实现数据录入完成缴费支付，打印报告单等操作。2.8 热敏打印机，激光打印机，针式打印机热敏打印机通过USB接口与工控机相连接进行数据传输和供电，负责打印排队号，账单等，比较简单经济。激光打印机与针式打印机也是通过USB接口与工控机相连接的，因为它们功耗较大，所以采用独立供电。激光打印负责打印检验报告等文书，针式打印机负责打印发票。2.9 扬声器扬声器连接在工控机音频输出接口，通过USB接口在工控机上取电，负责播放操作提示音，功率50W左右。3.配套软件与服务器设计要求3.1 软件开发与运行环境要求基于Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板的工业整机,可以支持安装Windows XP/Windows 7/Lunix三种操作系统，在实际操作中Windows XP由于稳点性较好，软件兼容性与硬件兼容性（特别是硬件驱动兼容性）高，所以软件的开发环境与运行环境选择Windows XP。3.2 开发语言与系统架构要求在软件架构设计中，面向服务的C/S体系架构是最常用到的。其优点是：客户端无权直接访问数据库，提高了系统的安全性；服务的接口和实现是独立的，应用程序开发人员不需要知道服务是如何实现的，从而提高了系统的安全性。软件开发效率高,减少了网络数据流，利用中间件可以平衡负载,提高系统性能。自助终端工控机C#是一种精确、简单、类型安全、面向对象的语言。它具有完全面向对象、支持分布式、健壮、高安全性、可移植性、高性能、多线程等特点。表一个集合、一个环境，可以用作支持下一代互联网可编程体系结构的平台。C#语言是.NET的代表语言。C#的力量取决于.NET的发展。SqL Server 2008发布在微软的数据平台上，可以组织和管理任何数据。结构化、半结构化和非结构化文档的数据可以直接存储到数据库中。您可以查询、搜索、同步、报告和分析数据。数据可以存储在各种设备上，从数据中心最大的服务器到桌面计算机和移动设备，并且不管数据存储在哪里，数据都可以控制。它具有可信、高效、智能等特点，用户能高安全性、高可靠性和可扩展性的运行最关键的任务应用程序，减少设计人员开发和管理其数据基础设施的时间和成本。所以配套软件应采用C/S架构，技术实现采用C#语言搭建的三层体系，数据库采用SQL SERVER2008进行后台数据库管理。3.3 软件功能设计要求软件设计主要以账户管理模块、自助挂号模块、自助缴费模块、自助预约模块为主要功能模块，最终将要实现账户信息管理、自助挂号管理、自助缴费管理、发票打印管理等功能。其中账户信息管理功能应实现就医人员信息管理、患者账户信息管理，自助充值信息管理，诊断检验报告管理等子功能；自助挂号管理功能应实现自助挂号交易管理，预约挂号管理，医联患者挂号管理等子功能；自助缴费管理系统功能应实现诊间确费管理、自助缴费管理、系统退费管理子等功能。 3.4 服务器部署要求为了信息安全，自助终端应通过医疗机构的局域网与服务器相连接，大型医疗机构的局域网分布比较广，这样连接也能保证自助终端可以在医疗机构大部分地方都可以设置。服务器应采取双机热备模式，主服务器与备用服务器之间通过心跳线连接，利用集群软件实时监控服务器的工作状况，如果发现主服务器故障停止工作，备用服务器可立即投入使用。（下转第167页）万方数据 167 ELECTRONICS WORLD ・ 技术交流图2 不同大小数据集下空间大小变化曲线 不同大小数据集下假阴性率变化曲线 实验结果分析我们以PIE算法为基准，对比两种算法的性能，输入的数据集对比空间效率和假阴性率。由图2可见，在我们的测试集上，PIE算法的空间效率比PIE算法要高出47%，因为PIE算法需要映射到k个元胞中以应对散列碰撞问题，而扩展PIE算法只需要存储到一个入口中即可，具有更高的空间效率。由图3可见，PIE算法的假阴性率略高于扩展PIE算法，这个性能提升来自于处理散列碰撞阶段处理策略，因为扩展PIE算法保留了所有的信息，所以获得了更好的假阴性率。扩展PIE算法主要考虑实时应用场景，对于时间复杂度和空间效率的需求更重要，所以牺牲了一定的识别率，大幅度提高时空效率。参考：H Dai, M Shahzad, AX Liu, Y Zhong. Finding persistent items in data streams[J]. Proceedings of the Vldb Endowment.2016；G. S. Manku, R. Motwani. Approximate frequency counts over data streams[C]. In Proc. VLDB. Hong Kong, China, 2002；A. Metwally, D. Agrawal, and A. El Abbadi. Eff i cient computation of frequent and top-k elements in datamstreams[C]. In Proc. ICDT, Vienna, Austria, 2005；M.Charikar,K.Chen,and M.Farach-Colton. Finding frequent items in data streams[C]. In Automata, Languages and Programming.Malaga,Spain,2002；mode and S. Muthukrishnan. An improved data stream summary: the count-min sketch and itsapplications[J]. Journal of Algorithms,2005；B.H.Bloom. Space/time trade-offs in hash coding with allowable errors[J]. Com-munications of the ACM, 1970；Byers J W, Luby M, Mitzenmacher M, et al. A digital fountain approach toreliable distribution of bulk data [J]. ProcAcm Sigcomm98 Vancouver Canada Sept, 1998；A.Shokrollahi. Raptor codes[J].IEEE Transactions on Information Theory,2006；R. Pagh and F. Rodler. Cuckoo hashing[J]. Journal of Algorithms. 2004；oNEXT. Sydney, Australia,2014。作者简介： 张家铭（1996），男，河南镇平人，研究方向：大数据。（上接第165页）对硬盘的分区结构应该进行合理的划分；为避免因规划失误造成风险的与事故，需要根据现有数据库的情况，参考其他成功案例，广泛查阅资料，也要根据医疗机构的实际情况，对硬盘进行合理的分区。为了有效的应对因为服务器宕机事故带来的不可逆装的数据丢失，应当建立长期的有效的数据库备份机制，保证数据的安全性和可用性。数据库的备份大致分为完全备份、事务日志备份、差异备份、文件备份，其中差异备份也称增量备份，四种备份分别应用不同时间与情景。因为数据恢复是数据备份逆过程，数据恢复的情况完全取决于数据备份情况，因此在数据库备份机制设计中应合理应用四种备份，保证当遇到数据丢失的事故时可以准确的恢复数据。3.5 数据库设计要求数据库设计是根据医疗机构的实际需求，在特定的数据库管理系统中，进行数据库结构设计和数据库建立过程。数据库设计是建立数据库及其应用的系统技术，是信息系统开发的核心技术。要深入的了解需求和分析流程，利用数据库建模工具建立相对应的物理数据模型。4.工控机的结构与工作原理工业控制计算机是一种为如高温度，高湿度，多风沙等复杂的工业生产环境中，长时间工作的，完成定制任务的计算机。4.1 Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板基于Intel Sandy/Ivy Bridge平台的高性能、接口丰富及高可靠性的工业级嵌入式主板，采用1条U-DIMM插槽,支持DDR3 1066/1333/1600MHz，最大支持8GB，集成 Intel HD系列高性能图形处理器，2个千兆以太网，支持网络唤醒功能，接口丰富：2x SATA II, 2x VGA, 1x HDMI, 2x LAN, 10x USB2.0,1x PCIe 16x, 1x PS/2, 1x LPT, 10x RS-232, 支持串口供电，且COM2支持RS-232/485(可选)。可广泛为数字标牌、ATM机、各类自助终端和工业自动化应用等提供完善的软硬件解决方案。4.2 整机配置机箱材质采用1.2mm优质碳素高强度结构钢，符合FCC及CE标准，加固型工业机箱，具有抗腐蚀、抗冲击、耐磨损特性，环境保护条件IP53。处理器支持LGA1155的Intel Sandy/Ivy Bridge处理器。以Intel Sandy/Ivy Bridge平台Mini ITX主板为核心，芯片组为Intel B75，内存4GB，图形控制器为CPU集成。可支持Windows XP/Windows 7/Lunix。存储1TB（SATA接口,7200转），带有减震保护措施。I/O接口有2xVGA、提供1x SATA3.0、3x SATA2.0、支持USB3.0和USB2.0接口、2个LAN口、2个COM口、1 x LPT支持多个PCI扩展插槽。散热方式为风扇散射，在出风口处配有防尘棉。4.3 工作原理在工控机上安装Windows XP操作系统，并通过USB，VGA等I/O接口与众多外部设备相连接，这些外部设备做为工控机的输出与输入设备。工控机通过LAN接口与医疗机构局域网相连接最终连接到远程服务器。当配套软件在工控机上运行时，就医人员通过外部输入设备完成相关软件操作，输入相关数据。输入的数据与指令经过工控机（相关配套 软件）处理后再由输出设备输出，完成相应服务。5.结语以工控机为核心的自助终端，在生活中越来越常见，证明其工作性能稳定，比较安全可靠，使用便捷，工作效率较高。帮助医疗机构节省了人力与经济成本，为就医人员提供了良好的就医环境，提高了医疗机构的服务舒适度。万方数据