光学系统设计步骤精选(九篇)

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第1篇：光学系统设计步骤范文

摘要：介绍了LED的应用及前景，着重阐述了ASAP软件的使用，并根据LED的发光理论利用该软件对LED进行了光学建模，经过光线追迹后，所建模型的光强分布与实际LED 光强分布吻合很好，为二次光学设计打下基础。

关键词：发光二极管；ASAP；光学模型；光强分布

中图分类号：TN312.8 文献标识码：A

Simulation of LED's Optical Characteristic Base on ASAP

YAN Chun-guang1 ，TAN Bai-mei1，YUAN Jing-yu2，NIU Ping-juan3

(1.Institute of Microelectronics of Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China;

2.School of Architeoture & Art Design of Hebei University of Technology, Tianjin 300130,China;3.Information Institute of Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160)

Abstract: This paper introduces application and foreground of LED. And how to use the software ASAP are discussed in particular. The LED's optical structure simulation model based on LED's radiation theory is developed with the software ASAP. After tracing rays, we can obtain the LED's luminous intensity distribution curve, which is according with the practical one. So the LED's model can be used in secondary optical design.

Keywords: LED；ASAP； optical model；luminous intensity distribution

1LED的应用现状及发展前景

LED是一种将电能转换为光能的半导体器件。LED的核心部分是PN结，对于某些材料制成的PN结，当PN结两端加正向电压时，PN结就会发生载流子的复合，同时释放光子进而发光。随着技术的进步，LED的发光效率飞速增长，价格逐渐降低。目前LED已经广泛应用于大面积图文显示全彩屏、状态显示、标识照明、信号灯、背光源显示、汽车组合尾灯头灯及车内照明等方面。尤其是白光LED作为新一代节能环保照明灯而受到青睐，正在逐步取代传统的白炽灯。

2LED的光学特征

LED光输出一般用其光通量、光强表示。光通量用于描述LED向外辐射可见光能量的大小，光强是用来描述LED发出的光沿空间各个方向的分布，用单位立体角度内的光通量来表示。如果把光强看成发光角度的分布函数，就可以得到LED的光强分布曲线。而在LED应用中，根据LED的光强分布曲线设计出符合照明标准的灯具是至关重要的。

3本文的做法

由于在很多光学系统设计中会应用到LED，所以在软件中模拟出LED的形状及发光特性，对以后的设计是很重要的。本文就是在ASAP软件中建立一种单色LED的模型，并使它的发光特性符合实际的LED，具体包括构建LED的几何体、模拟其发光芯片、追迹光线、分析结果等。

4ASAP的特点及计算内核

传统的照明设计一般是通过实测进行的，这种方法虽然比较准确，但在实验上是一种事后估计，不但增加了人力和物力的消耗，而且延长了设计周期。尤其是LED等新型光源的出现，使传统的照明设计方法已经落后。

如果能在软件中事先把设计模拟出来，分析其光学特性就可以大大提高设计的速度、准确性和经济效益。ASAP就是事先能分析光学特性的一种软件。ASAP（advanced system analysis progra－mme）是BRO的一种商业化软件，它具有强大的机械仿真功能，模拟几乎所有的三维几何图形。ASAP采用了速度最快的非序列光线追迹引擎，可以在短时间内对数百万条光线进行计算分析，并利用蒙特卡罗法进行光线追迹，让用户在生产前做光学系统的仿真。

蒙特卡罗法的基本思想是：为了求解数学、物理、工程技术或生产管理等方面的问题，首先建立已给与求解有关的概率模型或随机过程，使它的参数等于所求问题的解，然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征，最后给出所求解的近似值。概率统计是蒙特卡罗方法的理论基础，基本手段是随机变量抽样，该方法对于那些本身具有统计性质的非确定性问题非常有效，可以直接从非确定性问题出发，通过模拟原问题的实际过程而得到问题的答案，而不像常规方法那样先将它转化为确定性问题，再做离散化处理来求解，因而这样可以省去求解过程中不得不引入的许多近似。ASAP利用蒙特卡罗光线追迹的技术做光和机械结构之间的模拟，当光线穿越整个光学系统，光束可以自动分裂为反射、折射、绕射、偏振光及散射，所以ASAP就是根据真实光线在真实世界里的路径做的仿真模拟。

5影响LED光学特性的因素及其模拟要点

光学建模是设计照明光学系统的通用方法，包括系统的实体建模，以及在实体建模中各个表面光学属性的赋予，模型的精确与否及表面的光学属性对以后光学分析将会产生很大的影响，因此在模型建立过程中要确保模型及表面属性的准确。从LED芯片出来的光，要经过多次反射和折射，最后由透镜射出，其光学模型比较复杂。影响发光二极管的发光特性很多，但是可以把模型抽象，忽略掉次要因素，单个二极管的光强分布主要取决于:芯片的大小和位置；反光碗的形状和尺寸；透镜的大小和折射率等。

6ASAP中LED的建模

模拟光学系统首先要构建出系统的立体图形，在ASAP中有两种方法可以实现此功能，一是与CAD软件结合使用。在CAD中做好几何模型，输出模型文件，然后把模型文件输入到ASAP中，在输入过程中根据需要可以对各个表面赋予特定的光学属性，如是反射面还是吸收面。另外此时也可以指定反射率及透过率、吸收率等。二是在GUI（guider user interface）直接构建几何体，如果需要可以结合指令来定义几何实体，由于LED的几何结构比较简单，因此可以直接在Bulider中构建几何体。

在Bulider中建立一个光学模型一般要以下几个步骤：

(1)定义系统设定值（单位和波长）；

(2)定义介质（如玻璃）和涂层（折射率、反射率、穿透率）；

(3)定义物体几何形状；

(4)为每个物体赋予合适的光学属性；

(5)证实模型的形状、位置是否与设计值相同。

首先，对于长度单位我们选择毫米(mm)，光通量单位为流明（lm），波长单位为纳米（nm）。接下来定义介质和涂层，介质的折射率和涂层的反射率及透过率要根据制作LED的材料来确定。在构造物体的几何形状前，首先要清楚LED的机构及机械尺寸。这些都可以从LED的DataSheet中得到，但是LED里面的芯片、反光碗的形状、尺寸及具置我们都无法知道，只能靠估测，然后追迹光线得到该模型的光强分布，并与实际的光强分布作比较，这样反复修改芯片和反光碗的参数，使模拟的光强分布逐渐逼近实际光强分布，直到它们的误差在可接受的范围内。

图1是一种LED的外观。

图1 LED的实际外观

由图1可以看到LED一般是由底座、芯片、反光碗、透镜等构成的。根据DataSheet中的数据，我们在Builder中建立它的模型，底座是由六个面组成的，把六面都建好，然后使用平移把各个面移动到各自的位置，组成底座。当然也可以用两个边缘物体挤压构成长方体，具体指令如图2，由于底座不会和光线作用，所以不用设定其光学属性。

图2 两个物体挤压构成底座

中间圆柱体的构造比较简单，先定义一条折线后绕轴扫描360°，构成圆柱，也可以用圆筒和圆环构成。为了保证LED的光线只通过上面的透镜出射，因此把此物体的光学属性定为吸收，并且吸收率为100%。

LED的最上面是一个树脂透镜，这里所用封装树脂的折射率为1.52（空气的折射率为1.0）。下面是建立LED中的芯片和反光碗，芯片是由衬底、有源层、电极等组成，可以把芯片看做一个长方体，光子离开芯片表面时的出射点是在芯片表面上随机分布的，光子在长方体的六个面均有不同程度的出射，但芯片的反光碗会改变从LED芯片表面出射的光子路径，因此可以把六个面的反光特性集中在一个面上，并把这个发光面定义在底座的上方，反光碗在放在芯片的周围，至于大小和位置要根据后面光线分析结果来确定。我们假设反光碗的光学属性是反射，反射率是100%。

建立好的模型如图3所示：

图3 ASAP中建立的LED模型外观（正视）

7 LED配光特性模拟

建立光学模型的目的就是得到符合实际LED的光强分布，建立好发光芯片后，定义该发光面出射的光线符合朗伯分布定律，即：

I(θ)=I0cosθ

其中θ为该方向与平面法向的夹角，I0为法向光强。经过不断的改变模型中LED芯片、反光碗和树脂透镜的相对位置和尺寸，反复追迹光线、观看其出射光线的光强分布，最后我们得到了满意的光学模型。用200，000条光线追迹后其在前方屏幕上的流明分布如图4所示。

图4 流明分布

(a)模型光强分布

(b)实际光强分布（相对分布）

图5 光强对比

图5是模型的光强分布曲线和LED实际光强分布曲线。

对比上面两个光强分布曲线，在20°、40°、60°、80°各点的实际光强值占峰值的比例分别为92%、73%、48%、22%，仿真模型的光强分布在以上几个点处的光强占峰值的比例各为90%、75%、50%、24%。

因此仿真模型在一定误差内符合LED实际光强分布。

由以上结果可以看出，在ASAP中通过建立LED的模型，并用大量光线的蒙特卡罗追迹结果可以得到光通量、光强等分布曲线。通过改变参数如透镜的焦距、反光碗的焦距和位置、发光芯片的位置等来达到设计要求。

6结 语

用ASAP光学软件把LED复杂的光学模型简化， 简化后的模型在一定误差内很好的符合了实际LED的外观、构造，及光强、光通量的空间分布，为接下来的照明设计提供的很大的方便。

参考文献

[1]王乐.关于LED应用于照明的研究和设计[D].浙江大学研究生论文,2005,01.

[2]夏季军，江仁杰.半导体发光二极管（LED）的应用及发展前途[J].湖南农机.2007,(5):11-12.

[3]颜峻，王素彬，于映.用蒙特卡罗方法模拟LED光源分布[J].福州大学学报（自然科学版）,2003,31(4),413-416.

[4]胡海蕾.LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布研究[D].福建师范大学硕士学位论文.2005 05.

[5]陈明祥，罗小兵，马泽涛，刘胜.大功率白光LED封装设计与研究进展[J].半导体光电.2006,27(6): 653-658.

第2篇：光学系统设计步骤范文

本文对计算机智能化图像识别技术的具体应用进行了研究应用。主要实现四个功能：窑内图像实时温度检测、烧成带温度的自动控制、工艺参数的实时存储以及曲线图的绘制。窑内温度检测是通过工业CCD获得窑内热成像图，利用辐射测温原理进行相关处理运算，得到烧成带的熟料温度和火焰温度。火焰温度的自动控制是通过设计控制器达到对喷煤量的自动调节。

【关键词】计算机 图像识别 探析

1 引言

计算机智能化图像识别技术在实际生产和生活中有着广泛的应用。本文将智能化图像识别监测应用到水泥回转窑温度的实时监测。利用CCD热成像技术和红外测温原理，实时地监测窑内煅烧带的熟料温度和火焰温度，并将上述温度数据结合现场检测的工艺参数建立实时监控系统。

2 红外CCD热成像测温技术

由黑体的光谱辐射出射度与波长的关系，我们可以分析得到以下3条规律：

（1）随着温度的逐渐升高，物体的辐射能量也越来越强。

（2）随着温度的逐渐升高，辐射峰值波长向短波方向进行移动。

（3）辐射能量随温度的变化率，短波处远远大于长波处大，即短波处的信噪比较高，抗干扰性较强。

3 回转窑红外CCD热成像测温系统设计

红外CCD热成像测温系统通过热成像装置采集水泥回转窑烧成带的红外辐射能，转换成模拟视频信号，然后通过嵌入在工控机PCI插槽里的图像采集卡对模拟视频信号进行采样，经过A/D转换成数字信号。最后，由编制的图像采集软件得到窑内的实时灰度图，然后通过辐射测温算法的设计以及现场的温度标定，准确测出相应的温度值。

3.1 系统硬件设计

从图像采集卡得到灰度图像后，由于摄像头噪声和环境的影响，图像中会存在噪声。由于人在运动，在人体周围会有锯齿状边缘，这些在背景差分后并二值化后会在运动目标边缘出现很多噪声点，开运算无法完全滤除，会对后续连通区域标记造成干扰。根据统计，图像中的噪声基本服从高斯分布，因此采用高斯滤波方法对图像进行处理。

3.1.1 热成像装置

热成像装置是由针孔镜头、光电耦合器件（CCD）及窄带滤光片组成。我们在镜头的前端加装滤光镜片，将测温系统不需要的红外线和可见光滤掉，留下特定波段的红外线，经光学镜头聚焦成像在CCD靶面上，经过信号的加工处理，变成全电视信号送给处理计算机，得到回转窑内的热像图。

3.1.2 防护系统

为了给摄像头防尘，并防止其过热，我们需要给摄像头添加防护系统。防护系统由防护外套和温度报警系统，以及相应的管道组成。整个光学系统安放在保护外套内，保护外罩是一个中空的金属防护外壳。为了防止摄像头在回转窑微正压下被喷出火苗烧坏，本文采用了一套高温报警系统，监测保证保护套内工业CCD工作温度环境。

3.1.3 处理计算机

由于开发的处理软件需要在Windows XP 操作系统下平稳且稳定的运行，因此，我们采用了性能非常稳定、配置极其优良的研华IPC-610H（1）ATX大母版结构工控机。

3.1.4 图像采集卡

图像采集卡是工业监控图像采集和处理不可或缺的关键设备之一。CCD 采集目标体后会输出视频信号，然后经由图像采集卡得到动态的水泥窑内的煅烧带图像，通过计算机对每帧图像进行访问。本课题选用的是北京嘉恒中自图像技术有限公司生产的OK_C20A图像采集卡。

3.2 系统软件设计

测温系统软件流程主要由以下3部分实现。

3.2.1 初始化

图像采集卡的初始化分为以下四个步骤：第一步检查序列图像帧缓存大小；第二步为DIB位图分配内存；第三步设置采集初始化参数；第四步打开指定图像卡。

3.2.2 图像采集

本文程序应用回调函数机制，考虑到每帧图像计算量不是很大，采用逐帧并行工作方式。

3.2.3 温度标定与计算

对目标进行温度标定就是在设定的温度范围内让温度与图像的灰度之间建立一定的关系。由于目标表面的热辐射与其温度为非线性关系，这样，对应的反映热辐射特性的目标的热像图的灰度与温度间也是非线性的变化关系。

本文在红外CCD热成像测温系统安装调试完成之后，利用检修后停火降温过程，测取了大量现场数据，如下图5所示，然后用MATLAB对获取的实验数据进行数据拟合，得到温度、灰度对应的拟合关系。

完成了红外热成像系统的温度标定实验，将获得的温度标定结果，编写在现场的红外CCD热成像测温系统程序的温度计算模块中。

4 烧成带温度自动控制

本文将由测温系统检测的烧成带实际温度值理想温度进行比较，得到温度偏差值e送给PID控制器，PID控制器的运算结果经D/A转换给喂煤碟阀，通过改变喂煤碟阀输入电压的大小，来控制喂煤碟阀的开度，从而调节回转窑的喂煤量，实现回转窑的烧成带温度的自动控制。

以下我们对操作工人依靠手动调节喷煤量改变回转窑烧成带温度的大量数据与采用我们通过PID控制器自动控制得到的大量的温度数据进行统计对比，经过设定PID控制器自动控制后，水泥回转窑烧成带熟料温度基本趋于平稳，相对于操作工人依靠经验进行手动调节的开环控制，烧成带熟料温度波动情况明显缩小，基本满足了水泥工业的生产要求。

5 动态数据库的建立及参数曲线图的生成

6 结论

本文将计算机智能化图像识别技术进行了探析，本课题以某水泥厂实际生产情况作为研究背景，利用Visual C++ 6.0开发工具搭建了水泥回转窑的温度实时监控系统，有效地改善了操作工人的工作条件，确保窑内煅烧情况尽可能的处于最佳状态，提高了水泥生产及管理的自动化水平。

以某水泥厂实际生产情况作为研究背景，搭建了水泥回转窑的温度实时监控系统，有效地改善了操作工人的工作条件，确保窑内煅烧情况尽可能的处于最佳状态，提高了水泥生产及管理的自动化水平。

参考文献

[1]夏之云，张卫民.我国水泥工业自动化的现状及发展方向[J].天津：水泥技术.2001：93-95.

第3篇：光学系统设计步骤范文

基金项目：新疆医科大学科研创新基金项目（XJC201215）

作者简介：吴 淼（1981―），男，新疆乌鲁木齐人，讲师，硕士研究生，研究方向：计算机应用。

文章编号：1003-6199(2014)02-0115-06

摘 要：目的：在医院内建立基于条形码的门诊挂号系统软件，从而提升医院的服务质量和管理水平。 方法：依据患者挂号流程，综合利用条形码识别技术、数据库技术和.NET编程等技术实现高效的门诊挂号系统软件。 结果：该软件很好地解决了传统挂号系统中存在的诸多问题。 结论：该系统软件在医院中应用，优化了门诊业务流程,节约了人力、物力成本,改善了医院组织结构和管理体制，促进了医疗信息化建设的深入和拓展。

关键词：门诊挂号系统；条形码；医疗信息化；软件；研究；设计

中图分类号：TP391.7文献标识码：A

お

Research and Design of Barcodebased Patient Registration System

お

WU Miaok

(Xinjiang Medical University, Engineering and Technology College,Urumqi,Xinjiang 830001,China)

Abstract:Objective: To establish a software of barcodebased patient registration system in the hospital, so as to enhance service quality and management level of the hospital. Methods: Based on the patient registration process, we use barcode recognition technology, database technology and .NET programming technology to achieve the efficient software of patient registration system. Result: The software can be a good solution to the existing problems in the traditional registration system. Conclusion: The software applications in the hospital optimized outpatient services processes, saved manpower and material costs, improved hospital organizational structure and management system, promoted the development of the medical information construction.

Key words:patient registration system; barcode; medical information; software; research; design

1 引 言

随着社会化水平的提高，医院的规模不断扩大，就诊人数和住院治疗人数也在不断增加，由于传统的挂号系统是由人工手动输入标识号，输过程中产生的误差、输入速度慢或重复输入等原因，造成了挂号时间的增长，出现医院排队长龙，严重的影响了门诊挂号的服务质量，还有可能引发医患之间的矛盾。为了提高挂号服务质量，确保患者信息的唯一性和准确性，在挂号系统中引入条形码是非常有必要的，因为条形码技术能有效地改变了过去那种工作效率低、重复劳动多、准确性差的落后状况［1］。在挂号系统中引入条形码能够使每一位患者在初诊时候获得唯一的门诊号码，在复诊使只要扫描病历上的条形码就能够自动调出复诊患者信息，减少了患者排队等待挂号的时间，节省了人力物力。挂号系统中使用条形码对提高医疗服务质量、创建良好的医患关系都有着十分重要的┮庖濯［2］。

目前同类的挂号软件存在在诸多缺点，如：没有为患者建立挂号信息库，患者在复审时，医务人员查找其信息非常不方便；有的挂号软件虽然建立了患者信息库，但是患者在复审时仍需要工作人员手工地输入标识号来调出患者个人信息，降低了挂号效率；传统的挂号软件所收集到患者的信息往往容易形成“信息孤岛”的局面，数据信息只能在挂号科室内部使用，并不能有效地为其他科室医务人员综合利用。本文设计的挂号软件和传统的挂号软件相比最大的特点是引入了条码技术，患者在复诊时，医务人员用扫描枪扫描条形码可立即调出患者的信息；同时，本软件还建立了患者挂号信息库、科室资料库、医生资料库等，数据信息可为其他指定科室的医务人员利用；软件在使用过程中，数据库中的数据量逐渐增大，为进一步挖掘数据中潜在的知识提供了可能，为医务决策人员提供有力的支持，加快了医疗卫生信息化的发展。

2 条形码介绍

2.1 条形码技术及识别原理

条形码技术是在计算机技术与网络技术基础上逐步发展起来的一种信息存储和传递技术，集编码、制作、识别、数据采集与处理、传输为一体，在计算机技术应用实践中发展起来的一种实用的自动识别技术。它是由一组不同宽度不同反射频率的条和空按规定的编码规则组合起来，用以表示一组数据的符号［3］。如图1所示：

图1 条形码オ

与其他自动识别技术相比，具有数据采集速度快、性能安全可靠、准确率高、设备结构简单、应用成本低、易于制作等优点［4］。

计算技术与自动化2014年6月

第33卷第2期吴 淼:基于条形码的门诊挂号系统研究与设计

条形码的应用是要具备一套条形码识别系统的，它由条码扫描器、放大整形电路、译码接口电路和计算机系统等部分组成。

由于黑色和白色码条的反射光的强度不同即存在着色差，从扫描器光源射出的光照射到条形码符号上后，其反射光经光学系统聚焦后，由光电转换器接收,于是光电转换器接收到与白条和黑条相应的强弱不同的反射光信号，并转换成相应的电信号输出到放大整形电路。白条、黑条的宽度不同，相应的电信号持续时间长短也不同。但是，由光电转换器输出的与条形码的条和空相应的电信号一般仅10mV左右，不能直接使用，因而先要将光电转换器输出的电信号送放大器放大。放大后的电信号仍然是一个模拟电信号，为了避免由条形码中的疵点和污点导致错误信号，在放大电路后需加一整形电路，把模拟信号转换成数字电信号，以便计算机系统能准确判读。

整形电路的脉冲数字信号经译码器译成数字、字符信息。它通过识别起始、终止字符来判别出条形码符号的码制及扫描方向；通过测量脉冲数字电信号0、1的数目来判别出条和空的数目。通过测量0、1信号持续的时间来判别条和空的宽度。这样便得到了被辩读的条形码符号的条和空的数目及相应的宽度和所用码制，根据码制所对应的编码规则，便可将条形符号换成相应的数字、字符信息，通过接口电路送给计算机系统进行数据处理与管理，便完成了条形码辨读的全过程［5］。

2.2 软硬件基础

首先，在医院安装上医院信息系统、安装上正版的杀毒软件，还要确保医院网络的连接。

其次，条形码识别设备的配置，主要是配备条形码扫描器，综合成本和计算机识别接口还有方便程度，可以选择适用与本院的条形码扫描器。条形码常用的接口类型有键盘接口方式、串口方式、TTL方式、USB方式［6］。键盘接口方式的扫描器得到的数据直接经键盘接口输入计算机，这种方式无需驱动程序，跟系统无关，可以直接在各种操作系统上直接使用，不需要外接电源。串口方式的扫描器扫描得到的数据有串口输入，需要驱动或直接读取串口数据，需要外接电源。TTL方式的扫描器得到的是TTL电平，需要进一步开发译码等电路，不直接使用。USB方式扫描器是目前最常用的一种简便又好用的方式，即插即用。现在医院用得比较多的是USB接口的扫描器［7］。新疆医科大学第四附属医院使用的是metrologic MS-1690扫描器，支持RS232串口、PC 键盘口、独立式键盘口、USB接口。它能识别一维、二维条码，外壳比较结实可靠，专为环境恶劣的场合设计，支座自动探测功能，便于固定式扫描。

条形码扫描器接入的正确与否直接关系到能否正常使用条形码扫描器进行扫描［8］。条形码扫描器正确的接入方式是：将条形码扫描器插入计算机P／S接口的同时，插入键盘，然后再按电脑电源按钮。如果键盘影响操作，可在系统正常启动后，即在系统识别条形码扫描器为仿真键盘的输入设备后，将键盘拔下，不影响条形码扫描器的正常使用。另外，如果计算机上只有USB接口，而没有P／S接口，可通过USB接口转成P／S接口的转换器，具体操作是：将转换器插入电脑的USB接口，然后插入条形码扫描器，便可解决接口不同的矛盾。不过现在的扫描器大多数都是UBS接口的，接口转换器用得比较少了。

最后，条形码的编制和打印，可采用自己制作、或者购买制作的条形码码块。自己制作的好处是方便、随时、价格便宜。如果购买条形码公司制作的码块时，对公司提出码块的大小和质量要求，让专业人员按照需要制作即可。购买的码块可以保证质量，但经费支出较大［9］。

2.3 患者挂号流程

在条形码应用之前，门诊挂号员必须为每个来诊的患者输入个人信息，挂号员必须重复做同样的事情，拖延了患者的看病时间，很大地影响了医护人员的工作效率，更有可能造成医患不和问题，而且患者在门诊排长队挂号给医院带来不良的影响［10］。但在条形码应用到门诊挂号系统后，情况就改善了很多，下面说一下新系统应用后患者挂号流程。

到医院看病的患者可分为初诊患者和复诊患者，当患者来到挂号窗口，挂号员把一张新的条形码贴在病历本的右上角然后就用扫描器扫描(挂号系统默认光标焦点在条形码扫描文本框上)就能把条形码号输入到系统中，并在系统窗口上显示出来。然后根据挂号系统中的设置个人信息要求把患者的个人信息填入到系统当中、点击挂号按钮，收费后连病历本和对应的门诊卡交给患者。初诊患者挂号就完成了。

如果患者是来复诊的，首先是把病历本或门诊卡给挂号员，然后挂号员用扫描器扫描一下如果是有这条记录的话就会从系统中调出来显示在系统窗口上，个人信息等资料都会显示，接着只需选择挂号科室和医生就可以了，交了挂号费，复诊患者挂号也就完成了。

3 软件系统实现

3.1 需求分析与可行性分析

随着社会经济的发展和医院信息化的要求，然而，我国还有部分医院的信息处理停留在手工方式，劳动强度大且工作效率低，医师护士和管理人员的大量时间都消耗在事务性工作上，患者排队等候时间长，辗转过程多，影响了医疗的秩序［11］。计算机化的医院信息系统已成为现代化医院运营必不可少的基础设施与技术支撑环境。门诊挂号系统是整个医院管理信息系统的第一个窗口，是患者到医院就诊要做的第一项工作,它用于收集患者的信息，协调科室医生管理，控制各科室的流量等等。它的作用是非常大的，直接影响着患者整个看病流程和看病的质量，如果处理不好有可能引起医患争吵问题。建立一个简单而实用的挂号系统是非常有必要的，当中引入条形码能够很好的解决以上的种种问题，能够很好的提高医生的工作效率和整个医院的办事效率，进一步地提高医院信息化水平。

门诊挂号系统用于建立和维护患者的主索引信息，分配每个患者的条形码号，确保患者信息的唯一性，还可以配备就诊卡，对门诊患者进行挂号或者预约号处理，而且为门诊患者的后续活动以及门诊工作量统计提供信息。条形码和就诊卡的使用避免了重复输入患者信息和错漏信息的出现， 减少了患者排队挂号的时间，大大地提高了效率，挂号单上的条形码号将是患者各个环节就医的依据，实现划价收费、项目检查、药房取药的一体化流水作业。门诊挂号系统中条码的使用优化了挂号流程和维护，解决的以上的问题，这将可以提高医院管理的经济效益。

新疆医科大学第四附属医院信息系统在全疆是走在社会的最前端的，无论是硬件还是软件，条形码运用之后给医院带来的效益，大家都有目共睹，它的系统业务流程非常流畅，它的应用成功是值得其他医院借鉴的。

3.2 系统的总体设计

3.2.1 系统的功能设计

根据医院各部门的业务流程，对医院信息系统进行了功能模块划分。在医院信息系统的设计开发中，把整个系统总体分为门诊挂号子系统、门诊划价收费子系统、财务核算管理子系统、要哭管理子系统、药房管理子系统、住院部管理子系统、查询统计子系统、病案管理子系统和系统管理子系┩车泉［12］。

门诊挂号系统是医院管理系统的一个子系统，本系统基本具备了挂号系统所具备的功能，友好的操作界面，简单的操作流程，具备一定的计算机知识都能够操作，并且其中结合了条形码，使整个系统更加完善和实用，具有其他以前的挂号系统没有的功能，条形码号是患者各个环节就医的依据。下面介绍系统的功能，其功能模块如图2所示。

图2 门诊挂号系统功能模块

挂号系统设计的理念是操作简单实用，使操作人员不容易出现错漏。现在分析系统的功能模块：

1）条码扫描：这是以前其他挂号系统没有的功能，引入条形码能够方便患者挂号流程和医院的管理，只要用配备的扫描仪扫描事打印好的条形码，就能在页面上显示条形码号码的，操作非常简单方便，减少人工输入的错误。

2）患者挂号：这个是挂号系统的主要完成的功能，能够面向初诊患者和复诊患者的挂号。初诊患者主要输入基本信息就能挂号成功。复诊患者只要扫描病历本上的条形码就能完成挂号。

3）挂号信息查询：此功能能够进行对挂号信息的查询，支持模糊查询，查询条件是患者挂号信息表里的所有字段。

4）删除患者信息：患者由于某些原因挂号后提出退号或者挂号员操作失误造成挂号信息的错误输入都可以应用此功能要删除信息，然后从新输入。

5）挂号信息统计：此功能方便于医院管理病案统计，可以在挂号信息查询的基础上进行统计，主要是统计条件查询时的患者信息条数，有助于了解挂号情况。

6）挂号信息打印：即报表统计打印，用于医院病案管理，可以在查询条件上打印各种情况的报表。此功能由于本人技术问题还没在此系统设计上体现。

7）退出系统：该模块实现退出门诊挂号系统功能。

3.2.2 系统开发环境

系统开发的硬件配置：

主机：Intel(R) Core(TM) i3-2010 CPU 3.30GHz

内存：2G

硬盘：360GB

系统开发软件要求：

操作系统:Windows 2000，XP均可，建议不要用WINDOWS7.0或vista版的系统，因为有些配件是不兼容的，很容易出错或出现死机现象。

编程软件及数据库：Visual C#，VS2005，SQL Server 2005数据库

本系统开发核心技术是基于Visual C#中文版及SQL Server 2005数据库开发环境下运用的，充分利用Visual C#独特的可视化界面设计方法，以及强大的连接数据库功能,系统同时利用SQL Server 2005强大的数据处理能力，丰富完备的编程接口，可在多平台上使用的良好伸缩性和数据移植性，将有大大地扩充系统可使用的环境。

3.2.3 系统流程图

确定门诊挂号流程优化目标，主要包括减少患者排队等待时间，缩短门诊服务流程循环周期，提高患者满意度，降低服务成本，提升效益等。确定门诊流程优化的组织机构和人员，以及实施流程优化与再造的方法，根据优化和再造目标修正新的门诊流程并加以实施。

本系统设计比较简单，只是添加了条形码扫描步骤，主要的流程如图3所示。3.3 数据库设计

3.3.1 实体关系(E-R)图

本系统的概念模型设计主要由三个实体联系起来的，主要包括挂号患者、医生、科室，其数据库实体-联系图(Entity Relationship Diagram，E-R)，如下图4所示。

图3 系统流程图

图4 实体关系(E-R)图オ

3.3.2 数据库具体设计

综合考虑到挂号信息数据量大，业务发生频繁，设计时应遵循效率至上的基本原则［13］。本系统涉及到的实体共有三个，下面是系统中涉及到的部份主要实体数据表及其属性（见表1至表3）

表1 患者挂号信息表

列名

数据类型

长度

编号（主键）

varchar

20

条形码（唯一键）

varchar

50

姓名

varchar

30

性别

varchar

2

科室号

varchar

10

挂号科室

varchar

30

费用类型

varchar

30

挂号费用

decimal

20(10,2)

医生

varchar

30

医生工号

varchar

10

挂号类型

varchar

30

挂号时间

datetime

表2 科室资料表

列名

数据类型

长度

科室号（主键）

varchar

10

科室名称

varchar

30

表3 医生资料表

列名

数据类型

长度

医生工号

varchar

10

医生姓名

varchar

30

入职日期

smalldatetime

科室号

varchar

10

科室名称

varchar

30

3.3.3 系统数据库关系图

本系统有三个数据表，患者挂号信息表，其包含患者挂号的全部信息，主键是编号是由系统自动生成的。科室资料表，是记录科室信息，其主键是科室号，科室号是患者挂号信息表和医生资料表的外键。医生资料表，只要是用来存储医生的信息，主键是医生工号，医生工号又是患者挂号信息表的外键。根据三个表主外键关系可得出它们之间的关系图，如图5示。

图5 据库关系图

3.3.4 数据访问技术

是美国微软公司最新推出的.NET平台中的一种数据访问技术。类库中提供了用于数据连接、处理数据操作的类。System.Data名称空间可以通过数据提供者与数据库通信，对象允许通过组件连接到数据库，在数据库中进行检索、编辑、删除和插入数据，并在程序中处理数据。支持已连接环境和非连接环境的数据访问。

在访问数据前，首先建立与数据库的连接。在VS2005中，提供了两种创建和管理连接的类，即OleDbConnection类和SqlConnection类。OleDbConnection类可以通过OLEDB访问数据源，而SqlConnection类主要用于SQL Server数据库的优化与管理。

本系统就是用SqlConnection类，该类主要用于SQL Server7.0或更高版本的数据库的连接和管理。它位于System.Data.SqlClient命名空间中。通过SqlConnection类创建实例，可以通过其ConnetionString属性来连接数据库，也可以直接实用代码创建SqlConnection实例并设置其连接字符。

3.4 系统详细设计

3.4.1 系统界面设计

本系统界面风格比较简单在.NET平台下的winform技术，Visual C# 编程语言完成的。本系统包括三个页面分别是门诊挂号页面和挂号信息查询页面和报表打印页面(还没在系统上实现)。

首先介绍一下门诊挂号页面，此页面是挂号员主要的操作页面，主要完成挂号工作输入患者信息。窗体上显示的主要有患者挂号信息如姓名、性别、民族、科室号、挂号科室、挂号类型、挂号费用、医生工号、医生姓名、挂号时间等信息。它们主要分为三类有必填信息、选填信息、系统自动生成信息，在挂号员输入信息时都有提示的。窗体上还有清除按钮来清除输入信息、跳转到查询信息页面的按钮、退出系统的按钮。此页面用的最多是控件之间的绑定技术如下拉列表框之间的绑定和下拉列表框与文本框之间的绑定。窗体运行结果如图6所示。

ね6 门诊挂号页面オ

患者挂号信息查询页面主要包括患者信息查询统计、记录删除的设置。窗体用一个Datagridview控件通过绑定数据库来显示患者挂号信息，窗体包括下拉列表框来选择查询条件、在文本框中输入查询值，还包括查询按钮、返回门诊挂号按钮、删除记录按钮、打印挂号信息按钮等。窗体运行结果如图7所示。

图7 挂号信息查询页面

3.4.2 代码设计

本系统主要包括四部分代码设计，分别是应用程序的主入口点代码(Program.cs)、门诊挂号窗体设计代码(guahao.cs)、患者挂号信息查询窗体设计代码(chaxun.cs)、一个数据访问类(SQLHelper.cs)。由于篇幅所限，不再赘述，需要参考代码者，可邮件联系本作者。

4 总结与讨论

经济与科技的高速发展迫使现代医院进行医疗改革，医院信息化建设就是一个重要的部分，本论文探讨的基于条形码信息传递的挂号系统就能体现出医院信息化建设水平。条形码在门诊工作流程中应用, 优化了门诊业务流程, 合理分配利用资源、改善医院组织结构和管理体制, 促进了医院管理水平的提高和医院信息化建设的深入和拓展,树立了医院良好的社会形象。

条形码的应用是医院信息化建设的关键一步，我们应该加大投入对其进行研究。现在医院用的大多数都是一维的条形码，我们可以探究二维条码的信息系统，二维条码是一种便携式的数据文件,它本身就携带了大量的信息,不需要和外部数据库相连,因此在出事地点或者无法获得计算机及数据库支持的情况下,通过便携式数据终端也可以读出条码中的内容［13］。我们也可以把患者身份证号码作为条形码的码号，这更易与社保或其它医院的数据系统接合。条形码在挂号系统中的应用，对提高挂号质量、诊疗质量和创建医患关系都有着十分重要的意义。

参考文献

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［7］ HENNEMANPHILIP L，MARQUARD JENNA L.FISHERDONALD L.Barcode Verification: Reducing but not Eliminating Medication Errors［J］.Journal of Nursing Administration,2012,42(12):562-566.

［8］ HOLDENRICHARD J，BROWNROGER L，SCANLONMATTHEW C. Modeling nurses' acceptance of bar coded medication administration technology at a pediatric hospital ［J］.Journal of the American Medical Informatics Association,2012,19(6):1050-1058.

［9］ 焦进杰,焦琳,杨红燕,等.条形码在挂号系统中得应用［J］.医学信息. 2007, 20(8):1328-1329.

［10］A于敏,夏洪斌,柴双,等.门诊预约挂号存在的问题与对策［J］.《医院管理杂志》.2012,19(6)：26-30

［11］A胡珊,李超峰,刘芜苑. 网上预约挂号系统的开发和应用［J］ 《中国数字医学》. 2011,6(9):90-96.