老年人居家使用的智能藥盒設(shè)計(jì)＊

劉明德，王江，曾震，蘇蕓

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老年人居家使用的智能藥盒設(shè)計(jì)＊

劉明德，王江，曾震，蘇蕓

（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013）

為解決老年人因部分功能障礙原因?qū)е碌臏?zhǔn)確服藥困難問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款適合老年人居家使用的智能藥盒。該藥盒能儲(chǔ)存較多的藥量，藥品可帶內(nèi)包裝直接裝入內(nèi)置的儲(chǔ)藥倉(cāng)中，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)三種方式提醒老人準(zhǔn)時(shí)服藥。觸覺(jué)提醒方式中，便攜式的提醒器可提供振動(dòng)提示服藥時(shí)間、該服何藥，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)藥倉(cāng)便頂升出來(lái)，儲(chǔ)藥倉(cāng)蓋上凸起的觸摸點(diǎn)表示服藥量。該藥盒具有防止漏服、錯(cuò)服和多服的功能，還可查詢服藥歷史數(shù)據(jù)。

智能藥盒；居家；老年人；提醒功能

截至2016年底，我國(guó)60歲以上老年人口達(dá)2.3億，占總?cè)丝诘?6.7%，患有慢性病的老年人占比超過(guò)65%，總數(shù)接近1.5億人，其中失能、半失能老人近4 000萬(wàn)，而且我國(guó)的老齡化還在呈加速度上升狀態(tài)。慢性病需長(zhǎng)期服用藥物治療，但老年人的記憶力卻隨著年齡的增長(zhǎng)在不斷下降，忘記服藥的事情時(shí)常發(fā)生，或者想不起是否服藥。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的增快，許多老人的子女不能常伴身邊。因此，圍繞老年人的醫(yī)療輔具設(shè)計(jì)逐漸成為研究熱點(diǎn)，老年人用的藥盒市場(chǎng)也具有很大的市場(chǎng)前景。

市場(chǎng)上已經(jīng)有一些帶提醒功能的藥盒產(chǎn)品，功能簡(jiǎn)單的藥盒以便攜式居多；而功能復(fù)雜的藥盒則費(fèi)用較高，不易為廣大群眾接受。專門為老年人居家使用而設(shè)計(jì)的智能藥盒，需具有儲(chǔ)藥量大、能防誤服藥、包含多種提醒方式等，價(jià)格也要能為普通家庭接受。據(jù)此，設(shè)計(jì)了下文所述的智能藥盒。

1 藥盒的功能特點(diǎn)

因藥盒是專為老年人居家使用而設(shè)計(jì)的，具有針對(duì)性的功能特點(diǎn)：①為便于區(qū)分不同的藥，藥盒內(nèi)設(shè)置多個(gè)大儲(chǔ)藥倉(cāng)，可以把不同藥品放在不同的儲(chǔ)藥倉(cāng)內(nèi)，而且不需打開(kāi)內(nèi)包裝放入其中，既方便識(shí)別，又安全衛(wèi)生；②藥盒能到時(shí)提醒服藥，提醒方式有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)三種，適應(yīng)存在部分器官功能障礙的人群使用；③藥盒具有防誤服藥功能，已服用不能再取，不需服用的藥品難以取出。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為居家使用，藥盒的外形尺寸較大，除了一個(gè)外接電源適配器外，其余的都包含在藥盒本體中。

2.1 藥盒本體

藥盒本體如圖1所示，藥盒本體主要包括藥盒、儲(chǔ)藥倉(cāng)、顯示屏、按鍵、話筒、USB插座、服藥提醒指示燈和儲(chǔ)藥倉(cāng)指示燈等。

1—藥盒；2—顯示屏；3—服藥提醒指示燈；4—話筒；5—按鍵； 6—USB插座；7—觸摸點(diǎn)；8—儲(chǔ)藥倉(cāng)指示燈；9—儲(chǔ)藥倉(cāng)。

儲(chǔ)藥倉(cāng)有多個(gè)，用于分別裝入不同品種的藥。為保證藥品安全衛(wèi)生，將藥品至少帶一層內(nèi)包裝放置于儲(chǔ)藥倉(cāng)中，每個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)都較大。為明確各儲(chǔ)藥倉(cāng)之間的區(qū)別，特設(shè)計(jì)成不同的形狀。每個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)旁邊分別對(duì)應(yīng)設(shè)有一個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)指示燈，該指示燈亮表示需要服用該對(duì)應(yīng)儲(chǔ)藥倉(cāng)的藥。

顯示屏為4行8列的漢字液晶點(diǎn)陣顯示屏，字大、顯示清晰。顯示屏在進(jìn)行設(shè)置或查詢時(shí)，可以顯示各操作的詳細(xì)界面和信息內(nèi)容；在提醒服藥時(shí)，能顯示服藥時(shí)間、服藥品種和服藥量。

按鍵有4個(gè)，分別是：“設(shè)置/確認(rèn)”、“退出/取消”、“+”、和“－”，各按鍵的具體功能根據(jù)操作步驟而定，與顯示屏內(nèi)容相關(guān)。話筒用于自錄音，這一功能特別適合于聽(tīng)不懂普通話的人群。另外，喜歡聽(tīng)自己親人聲音的老人也是非常具有親切感的。內(nèi)置的喇叭提供提示音的播放功能。服藥提醒指示燈在當(dāng)提醒服藥時(shí)高亮閃爍，提高視覺(jué)提醒效果。USB插座用于將移動(dòng)提示設(shè)備進(jìn)行充電和數(shù)據(jù)通信用。

2.2 儲(chǔ)藥倉(cāng)

儲(chǔ)藥倉(cāng)外形為柱狀，橫截面形狀各異，可以適應(yīng)于常用的內(nèi)服藥包裝形式，如瓶裝、泡罩包裝、條形包裝、雙鋁包裝和袋包裝等。儲(chǔ)藥倉(cāng)如圖2所示，每個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)由藥倉(cāng)盒、藥倉(cāng)蓋、托板、平點(diǎn)和觸摸點(diǎn)等組成。藥倉(cāng)盒為藥品的容器。藥倉(cāng)蓋上有若干個(gè)用于安裝觸摸點(diǎn)的孔。觸摸點(diǎn)有兩種，圓形的和半圓形的，圓形的可表示藥品的粒數(shù)，半圓形的可用于表示半粒藥。觸摸點(diǎn)凸起在藥倉(cāng)蓋之上，用于表示服藥量，根據(jù)實(shí)際自行設(shè)置。藥倉(cāng)蓋上多余的孔用平點(diǎn)填充補(bǔ)齊。通過(guò)觸摸的方式識(shí)別，對(duì)于視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)較差的老年人很有幫助。簡(jiǎn)單的觸摸方式不需要使用者學(xué)習(xí)盲文，能為大多數(shù)老年人所接受。

1—藥倉(cāng)盒；2—藥倉(cāng)蓋；3—托板；4—平點(diǎn)；5—觸摸點(diǎn)。

2.3 頂升機(jī)構(gòu)

為解決誤服藥的問(wèn)題，采取的方式是將需要服用的藥品儲(chǔ)藥倉(cāng)頂升一定的高度，便于開(kāi)蓋取藥，取藥后將儲(chǔ)藥倉(cāng)按回原位。當(dāng)儲(chǔ)藥倉(cāng)未頂起時(shí)，很難將藥品取出，這樣保證不會(huì)服錯(cuò)藥，也不會(huì)重復(fù)服藥，而該服又未服的儲(chǔ)藥倉(cāng)始終處于頂起狀態(tài)，各提示方式持續(xù)提醒，避免漏服藥。

每個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)下均設(shè)有一套頂升機(jī)構(gòu)，主要包括基座、電磁鐵、極限開(kāi)關(guān)、頂升桿、彈簧和限位板等零部件，其中基座是其他零部件的安裝基礎(chǔ)，電磁鐵、極限開(kāi)關(guān)和限位板都固定安裝在基座上，彈簧放置于頂升桿的內(nèi)腔中，頂升桿插在基座的頂升桿導(dǎo)向槽中。頂升機(jī)構(gòu)如圖3所示。

電磁鐵的主要結(jié)構(gòu)包括線圈、芯軸和回復(fù)彈簧。當(dāng)線圈通電后，在磁力作用下，芯軸被吸引，克服回復(fù)彈簧的彈力向左移動(dòng)；當(dāng)線圈斷電后，磁力消失，芯軸在回復(fù)彈簧的作用下向右移動(dòng)。

頂升機(jī)構(gòu)的工作原理：當(dāng)頂升桿按下后，如果電磁鐵的線圈未通電，回復(fù)彈簧將芯軸頂出，插入到頂升桿的凸臺(tái)上，從而使頂升桿被鎖止在下位；當(dāng)線圈通電后，芯軸被吸引克服回復(fù)彈簧的彈力，當(dāng)芯軸移動(dòng)超出頂升桿的凸臺(tái)后，頂升桿在彈簧的彈力作用下向上移動(dòng)，為防止頂升桿彈出基座的導(dǎo)向槽，限位板可以起阻擋作用，限制其最大頂升高度。當(dāng)彈簧彈起后，線圈不需要持續(xù)通電，讓回復(fù)彈簧的彈力使芯軸始終保持貼緊頂升桿側(cè)壁。在這種狀態(tài)下，隨時(shí)可以按壓頂升桿到底，芯軸又將在回復(fù)彈簧的作用下，自動(dòng)銷住頂升桿的凸臺(tái)，使頂升桿被鎖止在下位。當(dāng)頂升桿按下時(shí)，儲(chǔ)藥倉(cāng)的底部剛好能觸碰極限開(kāi)關(guān)，通過(guò)該信號(hào)可識(shí)別儲(chǔ)藥倉(cāng)是否按壓回到原位。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)如圖4所示。智能藥盒采用STM32作為主控制器，輸出控制7路電磁鐵、7個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)指示燈、1個(gè)服藥提醒指示燈，輸入檢測(cè)7個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)按下?tīng)顟B(tài)、4個(gè)按鍵，連接了1個(gè)液晶顯示屏、1個(gè)錄放音模塊、1個(gè)時(shí)鐘芯片、1個(gè)EEPROM和1個(gè)USB信息同步接口。

1—基座；2—電磁鐵；3—極限開(kāi)關(guān)；4—頂升桿；5—彈簧；21—線圈；22—芯軸；23—回復(fù)彈簧。

電源采用雙電源供電方式，當(dāng)使用交流電時(shí)，接入外置的電源適配器，電源適配器轉(zhuǎn)換成直流電供藥盒工作。藥盒內(nèi)部設(shè)有電源轉(zhuǎn)換電路，以提供內(nèi)部不同器件使用的不同電壓，同時(shí)給內(nèi)部的充電電池充電；當(dāng)外部交流電斷開(kāi)時(shí)，自動(dòng)使用內(nèi)部電池供電，保證藥盒正常工作。

當(dāng)使用便攜式提醒器時(shí)，必須讓其與藥盒中的設(shè)置數(shù)據(jù)同步。在進(jìn)行藥盒設(shè)置時(shí)，用一條USB數(shù)據(jù)線通過(guò)藥盒上的USB信息同步接口將便攜式提醒器與藥盒連接，當(dāng)設(shè)置完成后，設(shè)置數(shù)據(jù)即可同步到便攜式提醒器上。當(dāng)需要服藥時(shí)，便攜式提醒器即提供振動(dòng)提醒。當(dāng)便攜式提醒器電量不足時(shí)，可以通過(guò)連接USB數(shù)據(jù)線對(duì)便攜式提醒器進(jìn)行充電。

4 軟件設(shè)計(jì)

程序功能框圖如圖5所示，智能藥盒系統(tǒng)在主程序控制下，還包括儲(chǔ)藥倉(cāng)控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊、錄放音模塊和時(shí)間獲取模塊等子程序。

程序流程圖如圖6所示，藥盒開(kāi)機(jī)后，軟件系統(tǒng)先自檢，然后進(jìn)入待命狀態(tài)，系統(tǒng)循環(huán)檢測(cè)按鍵狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，根據(jù)不同按鍵進(jìn)入相應(yīng)程序。在任何時(shí)候，如果設(shè)置的服藥時(shí)間到，就退出當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)入提醒服藥狀態(tài)，直到服藥完成為止。

圖4 控制系統(tǒng)框圖

圖5 程序功能框圖

圖6 程序流程圖

在待命態(tài)，可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置和信息查詢。系統(tǒng)設(shè)置中可以進(jìn)行校時(shí)和儲(chǔ)藥倉(cāng)設(shè)置。儲(chǔ)藥倉(cāng)設(shè)置中可選擇每個(gè)儲(chǔ)藥倉(cāng)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括服藥時(shí)間、服藥量、提醒方式、錄音和加藥等。信息查詢中可查詢所有的設(shè)置信息和最近一個(gè)月內(nèi)的歷史服藥信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

上述智能藥盒巧妙地將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，采用了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)三種提醒方式同步提醒，解決了許多老人因部分功能障礙影響正常服藥的問(wèn)題。該藥盒能適應(yīng)大多數(shù)居家老人使用，具有較好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

［1］李木元.我國(guó)2.3億老年人口中患慢病老人近1.5億［EB/OL］.人民政協(xié)網(wǎng).［2017-06-01］.http：//www.rmzxb.com.cn/c/2017-06-01/1567948.shtml.

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劉明德（1968—），男，江西人，高級(jí)工程師，從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。

江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“老人居家使用的智能藥盒研制”（項(xiàng)目編號(hào)：GJJ171260）

2095－6835（2018）24－0128－03

TH788

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.128

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕