基于嵌入式的服藥提醒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張開生+陳江萍

摘要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長以及人口老齡化程度的加快，空巢老人和亞健康人數(shù)越來越多，對于需要長期服藥的人們，一旦忘記服藥、沒有按時(shí)服藥或者服錯藥，后果都是非常嚴(yán)重的。該文設(shè)計(jì)了一款基于嵌入式的服藥提醒系統(tǒng)，包括時(shí)間設(shè)置、智能藥盒以及語音提示等。通過設(shè)置時(shí)間來自動提醒及多次提醒使用者，當(dāng)使用者未按時(shí)服藥時(shí)，GSM信息反饋給監(jiān)護(hù)者再次提醒服藥，該系統(tǒng)的使用，能夠有效地幫助使用者按時(shí)、準(zhǔn)備服藥以及不要重復(fù)服藥。

關(guān)鍵詞：嵌入式；服藥提醒；智能；語音

中圖分類號： TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：1009-3044（2017）26-0233-03

Abstract： With the rapid growth of China's national economy and the accelerated pace of population aging， empty nests and sub-health more and more people， for those who need long-term medication， once forgot to take medication， no medication on time or take the wrong medicine， are very serious consequences. In this paper， an embedded medication reminder system is designed， including time setting， intelligent box and voice prompt. By setting the time to automatically remind and remind the user several times， when the user is not on time medication， GSM information feedback to the guardian again to remind the medication， the use of the system can effectively help users on time， ready to take medication and do not repeat medication.

Key words： embedded； medication reminder； intelligence； voice

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對健康的關(guān)注程度不斷提高，并且隨著社會老齡化程度的急劇加深，獨(dú)居和空巢老人越來越多，如何保證他們晚年健康的生活，成為了深受社會關(guān)注的焦點(diǎn)問題[1]。另外，我國患有慢性疾病的人越來越多，慢性疾病愈加嚴(yán)重地威脅著國民的健康和生命，也給家庭和社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)擔(dān)。因而對慢性病患者的監(jiān)護(hù)也成為社會關(guān)注的熱點(diǎn)話題[1-2]。

人到垂暮之年，不僅容易生病，且記憶力逐漸衰退，因而常常發(fā)生老人忘記服藥、重復(fù)服藥，或者對藥劑量的不清楚誤服用藥的情況[3]。這樣不僅會造成嚴(yán)重的后果，還對于患有慢性病且長期服藥的患者危害更大[3]。鑒于上述問題，我們設(shè)計(jì)了一款按時(shí)提醒服藥和監(jiān)護(hù)人再次提醒服藥的智能藥盒。本設(shè)計(jì)具有語音輸入，自動定時(shí)提醒及多次提醒，以及GSM信息反饋等功能，操作簡單、成本低，設(shè)計(jì)人性化，適合各類老年人人群以及工作繁忙的年輕人。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

首先通過Keil軟件進(jìn)行ARM程序的編寫，再利用Protues軟件進(jìn)行仿真電路的設(shè)計(jì)，然后運(yùn)用Altium Designer繪制PCB板，最后完成實(shí)際電路的搭建以及系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具體框架如圖1所示。

綜合系統(tǒng)成本與性能以及控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。系統(tǒng)以嵌入式微控制器LPC2103為核心，其外圍電路各部分模塊的功能為電源模塊主要為系統(tǒng)提供工作電壓，以鍵盤或者紅外遙控作為時(shí)間設(shè)置模塊的輸入，預(yù)先設(shè)置每天的服藥時(shí)間，語音模塊和顯示模塊用于提醒按時(shí)服藥。在使用者未按時(shí)服藥時(shí)，通過GSM模塊給使用者的監(jiān)護(hù)人發(fā)送短信，使得監(jiān)護(hù)者再次提醒服藥。

2 服藥提醒設(shè)計(jì)原理

針對每天工作繁忙的年輕人，因?yàn)楣ぷ鲏毫吧顗毫Φ脑龃蠼?jīng)常忘記按時(shí)服藥；對獨(dú)自生活的老年人而言，因?yàn)橛洃浟Φ南陆刀?jīng)常忘記按時(shí)服藥和重復(fù)服藥，服藥提醒模塊則成為了解決上述問題的一種有效裝置。

系統(tǒng)通過按鍵或者紅外遙控設(shè)置每天的服藥時(shí)間，當(dāng)時(shí)間達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的服藥時(shí)間，嵌入式微控制器LPC2103向顯示模塊及語音模塊輸出控制信號及語音信號控制其播放視頻及語音多次提醒按時(shí)服藥。系統(tǒng)所采用的藥盒內(nèi)嵌有干簧管和磁鐵，通過干簧管和磁鐵的吸附導(dǎo)通判斷藥盒是否打開。若使用者打開藥盒按時(shí)服藥，干簧管和磁鐵之間的距離加大，處于斷開狀態(tài)，系統(tǒng)停止提醒服藥；若使用者因?yàn)橛洃浟Σ钔浺呀?jīng)服過藥而在短時(shí)間內(nèi)頻繁打開藥盒服藥，主控制芯片LPC2103檢測到干簧管和磁鐵頻繁交替處于“斷開、導(dǎo)通”狀態(tài)，控制顯示模塊及語音模塊提醒使用者不要重復(fù)服藥。

2.1 藥盒的設(shè)計(jì)原理

藥盒的設(shè)計(jì)采用常開式干簧管繼電器，磁鐵吸附在盒蓋上，當(dāng)打開藥盒時(shí)干簧管的觸點(diǎn)斷開，當(dāng)關(guān)閉藥盒時(shí)干簧管的觸點(diǎn)吸合，以此來模擬按鍵的觸發(fā)。用戶頻繁服藥，不斷打開藥盒就會給嵌入式微處理器一個觸發(fā)信號，微處理器接收到信號后就會執(zhí)行程序。使用常開型干簧管繼電器不僅體積小、重量輕、而且使得它們易于安裝且不顯眼。由于操作開關(guān)體積很小，因而無需復(fù)雜的凸輪或曲柄，所以不會出現(xiàn)金屬疲勞現(xiàn)象，保證了幾乎無限的使用壽命。并且能夠安裝在有限的空間里，很適合用于微型設(shè)備。 磁簧開關(guān)和合適的磁鐵價(jià)格便宜且容易獲取。干簧管具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、壽命長、可靠性高等特點(diǎn)。endprint

干簧管的工作原理：在無磁場作用時(shí)，玻璃管中的兩個簧片是分開的，當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時(shí)，在磁場磁力線的作用下，管內(nèi)的兩個簧片被磁化而互相吸引接，使兩個引腳所接觸的電路連通，外磁力消失后，兩個由于本身的彈性而分開，線路也就斷開了[4]。因而形成一個轉(zhuǎn)換開關(guān)：當(dāng)永久磁鐵靠近干簧管或者干簧管上的線圈通電使簧片磁化時(shí)，簧片的觸點(diǎn)會被磁力吸引，當(dāng)吸引力大于簧片的彈力時(shí)，常開接點(diǎn)就會吸合；當(dāng)磁力減小到一定程度時(shí)，接點(diǎn)被簧片的彈力打開[4]。

2.2 GSM模塊

GSM即全球通信系統(tǒng)，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的移動電話標(biāo)準(zhǔn)，采用的是GSM的SMS技術(shù)。該模塊信息用AT指令進(jìn)行編程，目前，發(fā)送短信息常用Text和PDU模式[5]。利用Text模式收發(fā)短信，代碼簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但不能收發(fā)中文短信，而PDU（Protocol Data Unit）模式支持中英文短信的發(fā)送[5]。

本系統(tǒng)選用PDU模式，在此模式下，可以使用7位、8位和UCS2三種編碼來收發(fā)短信，利用7位編碼來發(fā)送ASCII字符，8位編碼來發(fā)送數(shù)據(jù)消息等，UCS2編碼來發(fā)送Unicode字符[5-6]。PDU串除了短信息內(nèi)容外，還包括許多其他信息，如編碼方式、目標(biāo)地址等，并且發(fā)送和接收的PDU串有差別[6]。該模塊的初始化指令如下：

（1） AT.收到“OK”，則表明模塊已經(jīng)正常通訊。

（2） AT+CSCA=+8613800290500.設(shè)置陜西省西安市為短信息服務(wù)中心。

（3） AT+CMGF=0.設(shè)置短信息格式為PDU模式。

（4） AT+CNMI=2，2，0，0，0.在串口數(shù)據(jù)線空閑時(shí)，有新消息主動提示。

（5） AT+CLIP=1.設(shè)置來電自動顯示。

2.3 LCD顯示

LCD顯示部分，采用的是128*64的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，具有4 位/8 位并行、2 線或3線串行多種接口方式。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面，既可以顯示8*4行16*16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示，具有低電壓、低功耗等特點(diǎn)。

3 服藥提醒軟件設(shè)計(jì)

服藥提醒軟件設(shè)計(jì)思路為系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置好每天服藥的3個時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間達(dá)到服藥時(shí)間點(diǎn)，則顯示模塊及語音模塊多次提醒按時(shí)服藥。若使用者打開相應(yīng)時(shí)間的藥盒子服藥，則顯示模塊及語音模塊不再提醒服藥；若使用者忘記已經(jīng)服過藥，再次打開藥盒子服藥，則顯示模塊及語音模塊提醒使用者已經(jīng)服過藥，不要重復(fù)服藥；若使用者未按時(shí)服藥，則系統(tǒng)向使用者的監(jiān)護(hù)人員發(fā)送短信，進(jìn)行再次提醒服藥。服藥提醒程序流程圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)測試與誤差分析

在服藥提醒調(diào)試中，其硬件測試主要針對藥盒進(jìn)行測試，藥盒分為21個小盒子，總共可以存放每周七天，每天三次的服藥藥量。系統(tǒng)選用干簧管和永久性磁鐵安裝在每次服藥的小盒子內(nèi)部，當(dāng)使用者需要服藥，打開相應(yīng)服藥時(shí)間的小盒子，則干簧管和小盒子內(nèi)部的永久性磁鐵處于斷開狀態(tài)。由于永久性磁鐵之間的磁場會相互影響，故采用的解決辦法為增大每個磁鐵之間的距離，以便于減小磁場之間的相互作用，即每隔一天安裝一部分磁鐵及干簧管。

5 結(jié)束語

通過對我國人口老齡化和亞健康人數(shù)遞增問題的分析，隨之出現(xiàn)了空巢老人、獨(dú)居老人等社會問題，同時(shí)分析了目前應(yīng)用市場的藥盒提醒裝置，為了滿足各種人群的需求，設(shè)計(jì)了該款智能服藥提醒裝置，實(shí)現(xiàn)了提前3min提醒并提醒三次，若提醒過程中按時(shí)服藥，則設(shè)備停止提醒；若3次提醒中重復(fù)服藥，則設(shè)備提醒不要重復(fù)服藥；若提醒結(jié)束后使用者仍未按時(shí)服藥，則發(fā)送短消息給監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行再次提醒，使得按時(shí)服藥。該系統(tǒng)能夠有效地降低使用者忘記服藥、重復(fù)服藥以及服錯藥的情況出現(xiàn)，將會極大的提高老人以及亞健康人群的健康服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)：

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