智能藥盒的設(shè)計(jì)

周琪博 田宇寧 郝張紅 王寧

摘? 要：針對(duì)日常老年人按時(shí)服藥困難的問題，文章設(shè)計(jì)了一款智能藥盒。可以自主設(shè)定用藥時(shí)間及次數(shù)，同時(shí)擴(kuò)展了緊急求救功能。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的用藥時(shí)間時(shí)，蜂鳴器提醒使用者服藥，并通過(guò)紅外檢測(cè)模塊判斷使用者是否取藥，如果半小時(shí)之內(nèi)沒有檢測(cè)到使用者取藥，則蜂鳴器報(bào)警提醒使用者盡快服藥。當(dāng)使用者出現(xiàn)意外情況時(shí)，可以觸發(fā)一鍵式報(bào)警按鈕，本系統(tǒng)通過(guò)GSM模塊將信息發(fā)送給預(yù)設(shè)接受對(duì)象，達(dá)到緊急求救的效果。

關(guān)鍵詞：智能藥盒;按時(shí)服藥提醒;GSM

中圖分類號(hào)：TN802? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0044-03

Abstract： In order to solve the problem that it is difficult for the elderly to take medicine on time， an intelligent medicine box is designed in this paper. The time and frequency of medication can be set independently， and the function of emergency call for help can be expanded at the same time. When the set medication time is reached， the buzzer reminds the user to take the medicine， and judges whether the user takes the medicine through the infrared detection module. If the user is not detected within half an hour， the buzzer alarm reminds the user to take the medicine as soon as possible. When the user has an unexpected situation， the one-button alarm button can be triggered， and the system sends the information to the preset receiving object through the GSM module to achieve the effect of emergency call for help.

Keywords： smart kit; timely medication reminder; GSM

序言

我國(guó)的人口老齡化程度越來(lái)越明顯，而在老年人群中，或多或少存在著某些慢性疾病而需每天吃藥。大多數(shù)老年人隨著年齡的增長(zhǎng)，都會(huì)有健忘的毛病，對(duì)于這些老年人來(lái)說(shuō)，在生病的時(shí)候甚至是日常生活中按時(shí)吃藥是一個(gè)難題，如果需要在不同時(shí)間吃多種藥物，很多時(shí)候很難記得復(fù)雜的多樣的藥物[1]。雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些與服藥提醒器、智能藥盒相關(guān)的產(chǎn)品，但是它們面向的群體往往不是老年人，而且設(shè)置的方法很復(fù)雜，老年人不能夠方便的使用，而且產(chǎn)品的造價(jià)昂貴，鑒于目前不少老年人苦于用藥的合理管理和定時(shí)服用，簡(jiǎn)易有效的服藥提醒器正是大眾所需[2]。因此，研制一款智能藥盒對(duì)于老年人解決吃藥問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能藥盒主要包括三種功能：人體紅外監(jiān)測(cè)功能、超時(shí)提醒功能、一鍵式呼救功能。

（1）人體紅外監(jiān)測(cè)功能：系統(tǒng)通過(guò)紅外傳感器測(cè)出是否有人靠近監(jiān)測(cè)范圍，用來(lái)判斷使用者是否取藥，接近時(shí)會(huì)有蜂鳴器及燈光提示以推斷使用者是否服藥。

（2）超時(shí)提醒功能：當(dāng)30分鐘之內(nèi)使用者未服藥，智能藥盒便會(huì)以蜂鳴器作為主要提醒方式，根據(jù)自定義時(shí)間自動(dòng)提示，觸發(fā)超時(shí)提醒功能。

（3）一鍵式呼救功能：在遇到緊急情況時(shí)，使用者可以通過(guò)一鍵式呼救按鈕向外界進(jìn)行呼救，通過(guò)GSM模塊把求救信息向預(yù)設(shè)對(duì)象發(fā)送求救信息以達(dá)到求救目的。

根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能，本設(shè)計(jì)包括輸入模塊、顯示模塊、監(jiān)測(cè)模塊、提醒模塊、GSM模塊等。系統(tǒng)框圖如圖1所示，輸入顯示模塊的功能用于使用者將所需要的信息錄入。監(jiān)測(cè)與提醒模塊的功能是接近本藥盒會(huì)有紅外探測(cè)、蜂鳴提示以推斷使用者是否服藥。GSM模塊方便了人機(jī)通信，能夠?qū)⑷伺c物連接起來(lái)，更加方便。單片機(jī)控制GSM模塊通過(guò)短信方式將求救信息發(fā)送給預(yù)先設(shè)定好的老人的監(jiān)護(hù)人[3]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)主控模塊

本部分采用STC89C52單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘機(jī)器周期和6時(shí)鐘機(jī)器周期可以任意選擇。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12MHz以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接地。STC89C52單片機(jī)中包含中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（FLASH）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SPAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制所需要的所有單元模塊，主要控制各個(gè)傳感器進(jìn)行各部分工作。單片機(jī)主控模塊如圖2所示。

2.2 顯示模塊

此設(shè)計(jì)采用控制簡(jiǎn)單、使用方便、可以顯示2行16列的數(shù)字或英文信息的LCD1602液晶顯示器，另外所需的連接線很少，只需要8根數(shù)據(jù)線和3根控制線。GND和BLK接地，VCC和BLA接電源，DB0-DB7接單片機(jī)的AD0-AD7引腳，E接A13，RW接A14，RS接A15。主要用來(lái)顯示時(shí)間和定時(shí)。時(shí)間可以實(shí)時(shí)顯示，定時(shí)必須手動(dòng)設(shè)置，利用按鍵模塊設(shè)置吃藥時(shí)間，實(shí)現(xiàn)可以定時(shí)提醒功能。顯示模塊原理圖如圖3所示。

2.3 輸入模塊

本設(shè)計(jì)采用普通四位按鍵模式輸入，通過(guò)點(diǎn)陣顯示器所顯示的信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，方便快捷、易于實(shí)現(xiàn)。主要功能是：前三個(gè)按鍵主要用來(lái)設(shè)置吃藥時(shí)間，第四個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)一鍵報(bào)警功能。原理圖如圖4所示。

2.4 監(jiān)測(cè)模塊

監(jiān)測(cè)模塊采用了一種將發(fā)射與接收歸于一體的光電傳感器E18-D80Nk-N光電開關(guān)進(jìn)行信息采集，將0～80cm范圍內(nèi)的發(fā)射光經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)出，當(dāng)傳感器接受時(shí)會(huì)對(duì)發(fā)射光進(jìn)行解調(diào)，就可以在一定程度上避免了有效光的干擾。因?yàn)閭鞲衅鱁18-D80Nk-N是一種NPN型的光電開關(guān)，當(dāng)其監(jiān)測(cè)到物體時(shí)會(huì)以低電平的方式發(fā)出信號(hào)，反之正常狀態(tài)是會(huì)以高電平輸出。其外部輸出信號(hào)時(shí)3引腳會(huì)接上一個(gè)1K的上拉電阻到與其相接單片機(jī)的I/O口處，同時(shí)1引腳接一個(gè)+5V電源，2引腳接地，如圖5所示。

2.5 提醒模塊

通過(guò)蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)提醒模塊的設(shè)計(jì)。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般會(huì)為了增加驅(qū)動(dòng)能力使得蜂鳴器響聲更大，會(huì)加入三極管驅(qū)動(dòng)。三極管相當(dāng)于蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲;而基極低電平則使三極管關(guān)閉，從而蜂鳴器停止發(fā)聲。主要功能是：到定時(shí)時(shí)間后發(fā)出響聲，提醒老人吃藥。電路如圖6所示。

2.6 GSM模塊

GSM通信模塊是用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ藕诵?。SIM900A可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)（Short Message Service）和傳真。SIM900A是一個(gè)具有2頻的GSM/GPRS模塊。

GSM模塊主要通過(guò)單片機(jī)AT指令來(lái)控制。AT即Attention，是終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備接收終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備的AT指令集。通過(guò)TA，終端設(shè)備發(fā)送AT指令來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)的功能，與GSM 網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行相互傳輸數(shù)據(jù)。操作者可以通過(guò)使用AT指令進(jìn)行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等操作。

GSM系統(tǒng)的短信息被編碼消息長(zhǎng)度為140個(gè)字節(jié)，發(fā)送的漢字短信不能超過(guò)70個(gè)字，而本設(shè)計(jì)所發(fā)送的信息在70個(gè)漢字以內(nèi)，完全符合GSM系統(tǒng)短消息業(yè)務(wù)的使用要求，而且操作簡(jiǎn)便，能夠被人方便使用。短信服務(wù)接收和發(fā)送有關(guān)的AT命令如下所示：

（1）AT+CPMS，查詢SIM卡內(nèi)短消息使用狀態(tài);

（2）AT+CNMI，新消息指示設(shè)置;

（3）AT+CMGF，選擇短消息格式;

（4）AT+CSCS，編碼設(shè)置;

（5）AT+CSMP，設(shè)置短消息文本模式參數(shù);

（6）AT+CMGS，發(fā)送短消息;

（7）AT+CMGR，讀取短消息。

此模塊的主要功能是為了能夠通信到老人的子女或者監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上，能夠監(jiān)控老人是否吃藥[4]。電路如圖7所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本程序所實(shí)現(xiàn)的功能是：?jiǎn)纹瑱C(jī)檢測(cè)時(shí)鐘模塊的時(shí)間信息，并實(shí)時(shí)地顯示在LCD1602上，在系統(tǒng)記錄下兩次用藥時(shí)間之后，調(diào)節(jié)好系統(tǒng)時(shí)鐘后系統(tǒng)開始運(yùn)行，在運(yùn)行的過(guò)程中，單片機(jī)將定時(shí)的兩個(gè)時(shí)間與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)間相比較，相等時(shí)即報(bào)警，并顯示此次用藥的服用量。主流程圖如圖8所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)完成了提前設(shè)定好用藥時(shí)間和藥量，只要設(shè)定的時(shí)間一到，可以自動(dòng)提醒老年人用藥。本設(shè)計(jì)增加了紅外感應(yīng)模塊，用于判斷有沒有取藥，還可以將老年人用藥的情況以短信的形式發(fā)送到監(jiān)護(hù)人手機(jī)上[5]。當(dāng)老人出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，可以點(diǎn)擊“一鍵呼救”按鍵，向監(jiān)護(hù)人發(fā)送求救信息。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐天昊，劉煒豪，栗睿辰，等.老年人智能藥盒的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及研究分析[J].設(shè)計(jì)，2019（07）：10-11.

[2]劉明德，王江，曾震，等.老年人居家使用的智能藥盒設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2018（24）：128-130.

[3]王江，劉明德，蘇蕓，等.基于老人的智能藥盒設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（03）：170-171.

[4]呂艾霖.“守護(hù)者”老人智能藥盒設(shè)計(jì)[J].黑龍江科學(xué)，2018，9（22）：162-164.

[5]陳燕萍，梁惠萍，李欣陳.老年人智能藥盒設(shè)計(jì)研究[J].藝術(shù)科技，2016，29（12）：24.