基于STM32的家用智能藥箱

管明浩 王艷媛

（南通大學(xué) 江蘇省南通市 226001）

1 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們都在為擁有更加美好的生活而奮斗，生活因此而變得忙碌。在這種情況下，往往會(huì)忽視對(duì)于老年人的照顧，并且根據(jù)大數(shù)據(jù)預(yù)測顯示，在 21世紀(jì)中期，我國的老年人的人口將增加到占全國總?cè)丝诘?0%以上，因此，老年人群體是我們不可以忽視的。老年人隨著年齡增大，身體狀況有以下變化，主要有行動(dòng)力的下降、視覺的老化、語言表達(dá)能力的下降和聽覺的老化等問題。同時(shí)老年人也是慢性病高發(fā)人群，因此服藥次數(shù)、種類多，并且年齡大，記憶力不好，生活自理能力也差，因此會(huì)有漏服、多服、錯(cuò)服藥的情況發(fā)生，這些情況都是非常危險(xiǎn)的。怎樣確保老年人按時(shí)且準(zhǔn)確服藥是急待解決的問題。最近幾年，針對(duì)這一問題，許多學(xué)者和企業(yè)者十分重視開發(fā)與設(shè)計(jì)適合老年人方便使用的發(fā)明。本文基于智能的相關(guān)理論，建立智能藥箱的智能化顯示模型；在智能藥箱的智能化顯示模型基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)品服務(wù)理念，在視覺、觸覺、聽覺方面對(duì)目前適合老年人使用的智能藥箱進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析，運(yùn)用嵌入式原理進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)提示吃藥的功能，運(yùn)用機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分藥、自動(dòng)彈出藥匣的功能，使得老年人可以按時(shí)地、準(zhǔn)確地吃藥，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面：

（1）基于STM32 單片機(jī)的家用智能藥箱，主要功能是定時(shí)語音提醒用戶服藥，自動(dòng)彈出相應(yīng)藥盒，并將藥盒開關(guān)情況反饋到看護(hù)人的手機(jī)APP，以便看護(hù)人及時(shí)了解用戶的服藥情況；

（2）基于STM32 單片機(jī)智能手環(huán)，主要功能是智能藥箱的提醒功能（分為語音模式和震動(dòng)模式兩種）、GPS 定位功能和一鍵緊急呼叫服務(wù)；

（3）手機(jī)APP，主要功能是集實(shí)時(shí)GPS 定位服務(wù)、語音提示服務(wù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋服務(wù)（反饋智能藥箱的開關(guān)情況，反饋智能手環(huán)數(shù)據(jù)）、營養(yǎng)食譜推送服務(wù)、智能出行規(guī)劃服務(wù)于一體的客戶端。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 基于STM32單片機(jī)家用智能藥箱

本設(shè)計(jì)的裝置附圖如圖1、圖2所示。

【注】如圖1 及圖2所示的一種基于STM32 以及幾種傳感器組合控制的家用智能化藥箱裝置，由音頻1、觸摸屏2、指紋識(shí)別模塊3、貯藥格4、LED5、電源模塊6、提手7、SHT35 溫濕度傳感器8、STM32 單片機(jī)模塊9 組成；

所述音頻1 通過與STM32 單片機(jī)模塊鏈接，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)藥箱語音服藥提醒功能；

所述觸摸屏2 通過與STM32 單片機(jī)模塊連接并受TM32 單片機(jī)控制，使用者通過屏幕顯示的界面進(jìn)行設(shè)置服藥提醒時(shí)間、藥物所屬人以及其他基礎(chǔ)功能；

圖1：智能藥箱主視圖

圖2：智能藥箱俯視圖

所述指紋識(shí)別模塊3 通過與STM32 單片機(jī)模塊連接，對(duì)用戶的指紋進(jìn)行錄入、存儲(chǔ)與檢測，利用指紋識(shí)別使用者身份，保障使用安全問題；

所述貯藥格4 為機(jī)械推拉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上與LED 燈連接，通過滑軌控制貯藥格的出入，進(jìn)行藥物取服；

所述LED5 通過與STM32 單片機(jī)模塊的連接，在語音服藥提醒時(shí)，由STM32 單片機(jī)模塊控制LED 閃爍，進(jìn)行藥品服用的提醒；

所述電源模塊6 為箱體總開關(guān)，控制箱體是否通入供電；

所述藥箱提手7 方便用戶移動(dòng)藥箱；

所述SHT35 溫濕度傳感器8 通過STM32 單片機(jī)的控制，檢測室內(nèi)溫濕度，通過算法處理，分析室內(nèi)儲(chǔ)藥環(huán)境；

所述STM32 單片機(jī)9 固定于藥箱箱體的頂面右側(cè)，作為主控模塊用來控制揚(yáng)聲器1，觸摸屏2，指紋識(shí)別模塊3，LED5，SHT35 溫濕度傳感器8 模塊。主要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、控制藥箱各部分的功能。

利用主控模塊STM32 單片機(jī)9 可以對(duì)本設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行控制，利用觸摸屏2 進(jìn)行智能化界面顯示，方便用戶操作，內(nèi)置存儲(chǔ)空間可對(duì)用戶設(shè)置的藥品類型、服用規(guī)定、提醒時(shí)間保存數(shù)據(jù)功能，并且具有顯示當(dāng)下具體的時(shí)間、室內(nèi)溫濕度、天氣等功能；音頻1主要實(shí)現(xiàn)語音服藥提醒的、分藥功能，除此之外，還具備當(dāng)下語音播報(bào)具體的時(shí)間、室內(nèi)溫濕度、天氣等功能，減少使用者在使用該智能化藥箱的時(shí)出現(xiàn)的問題，適用于更多的人群。

基于STM32 的智能藥箱基于單片機(jī)原理進(jìn)行控制的基礎(chǔ)，采用串口更多、具備WIFI 通信模塊的STM32 單片機(jī)作為主MCU，運(yùn)用ARM 作為協(xié)處理器，擬加入傳感器模塊形成閉環(huán)反饋。智能藥箱電子商務(wù)平臺(tái)SSH 框架開發(fā)以確保其安全性，并采用Empire CMS 網(wǎng)站管理系統(tǒng)、ASP 語言、ACCESS 數(shù)據(jù)庫以及ACCESS JET 的數(shù)據(jù)引擎進(jìn)行運(yùn)行。

將智能藥箱產(chǎn)品和手機(jī)APP 相結(jié)合，通過其監(jiān)控功能及時(shí)將老人的服藥情況和家人反饋，實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)控制，真正實(shí)現(xiàn)交互。智能藥箱將由家人提前輸入好吃藥的相關(guān)指令，例如類別和劑量等，然后通過語音或文字信息來提示老人按時(shí)和正確吃藥，定時(shí)開關(guān)藥盒指定的抽屜門。

3.2 基于STM32的智能手環(huán)

基于STM32 的最基本的硬件是由顯示屏、傳感器、低功耗的無線模塊、主控、存儲(chǔ)器、電池等組成。支持IP67 級(jí)防塵防水。

設(shè)備要求：支持Android 4.4 及以上并支持藍(lán)牙4.1 的Android設(shè)備以及iOS 8.0 系統(tǒng)及以上的設(shè)備。如圖3所示。

3.3 手機(jī)APP

主要采用iWebSI 平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，iwebSuperInteraction 是首款為解決高度交互與海量數(shù)據(jù)負(fù)載類Internet 及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)站點(diǎn)而設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。 它將龐大在線類站點(diǎn)所需要的集群與分布式技術(shù)（分布式計(jì)算與存儲(chǔ)/高可用性/負(fù)載均衡等技術(shù)）屏蔽在SI平臺(tái)框架內(nèi)部，這使開發(fā)團(tuán)隊(duì)無須再反復(fù)重構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)，大量編寫復(fù)雜代碼以適應(yīng)在線用戶規(guī)模的快速增長，而可以將精力放在改善用戶體驗(yàn)，業(yè)務(wù)邏輯改進(jìn)等方面。如圖4所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 服務(wù)器操作系統(tǒng)選擇：CentOS

目前常用的服務(wù)器核心分為Windows NT、UNIX 和Linux，綜合考慮團(tuán)隊(duì)熟悉程度、安全性、穩(wěn)定性、定制型及成本因素，本設(shè)計(jì)選擇Linux 核心的RedHat Server 的免費(fèi)編譯版本CentOS 作為服務(wù)器操作系統(tǒng)。

4.2 Web服務(wù)器軟件選擇：Apache

本設(shè)計(jì)選用世界排名第一的Apach 作為網(wǎng)站的運(yùn)行環(huán)境，在低成本的同時(shí)保證服務(wù)器的穩(wěn)定性、高并發(fā)性，并且Apache 能高效地支持分布式集群服務(wù)器，有效降低了成本，并保證了網(wǎng)站運(yùn)營的穩(wěn)定性。

4.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的選擇：MySQL

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將采用目前最流行的開源數(shù)據(jù)區(qū)MySQL，同時(shí)通過MySQL 集群技術(shù)增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的并發(fā)性能和數(shù)據(jù)庫安全性。

4.4 Web服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境：PHP

本設(shè)計(jì)采用iWebSI 技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)站開發(fā)，使用PHP 完成站點(diǎn)的主要功能，使用JS 進(jìn)行相關(guān)頁面控制，同時(shí)PHP 為開源免費(fèi)語音，不受運(yùn)行平臺(tái)的限制，能最大限度地壓低成本。

4.5 云中心

云中心將為監(jiān)護(hù)人提供全方位的個(gè)性化信息推送方案，可以將重要的實(shí)時(shí)信息或者子女選定的信息第一時(shí)間傳送到監(jiān)護(hù)人手機(jī)，以防突發(fā)事件的發(fā)生。

圖3：基于STM32 的智能手環(huán)效果圖

圖4：架構(gòu)圖

5 結(jié)語

針對(duì)市面上傳統(tǒng)醫(yī)療箱存在的弊端以及對(duì)未來智能家居的美好向往,本文設(shè)計(jì)了基于STM32 單片機(jī)的家用智能藥箱.經(jīng)過多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的語音提醒用戶服藥，自動(dòng)彈出相應(yīng)藥盒，并將藥盒開關(guān)情況反饋到看護(hù)人的手機(jī)APP，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。