基于ARM和Android的新型智能藥箱

周永強(qiáng) 方薈 王夏荷 宿鶴霆 朱明陽 林楠

摘 要： 隨著社會老齡化逐漸加快，獨(dú)居老人日益增加。由于老年人記憶力減退，藥物漏服錯(cuò)服現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響著老人的身體健康。本文所設(shè)計(jì)的智能藥箱在普通藥箱的基礎(chǔ)上，以ARM（全志A33）為開發(fā)平臺，通過L9110S驅(qū)動電機(jī)，提供服藥提醒、自動出藥、緊急用藥和服藥信息云存儲等功能。它可以在一定程度上扮演監(jiān)護(hù)人的角色，監(jiān)督老人吃藥，保障老人健康。

關(guān)鍵詞： 智能藥箱;ARM;Android;服藥提醒

一、緒論

在這個(gè)人工智能和大數(shù)據(jù)的時(shí)代，老齡化社會也在悄然發(fā)生著變化。智能藥箱開始取代普通藥箱，逐步進(jìn)入我們的生活，它承擔(dān)著監(jiān)護(hù)人的責(zé)任：服藥提醒。世界衛(wèi)生組織有報(bào)告指出，全球范圍內(nèi)藥物治療的平均依從率僅為50%[1]。最新一份調(diào)查論文中表明：在448名高齡老年人樣本中，長期用藥者534人，占73.5%，每天服用3種及以上藥物者占39.3%[2]。實(shí)際生活中，老年人記憶力減退，藥物漏服錯(cuò)服時(shí)有發(fā)生。本文設(shè)計(jì)的智能藥箱便是一種提醒按時(shí)服藥的新型輔助設(shè)備。

現(xiàn)有市面量產(chǎn)的藥箱的功能都較單一，僅支持藥品的簡單分類存儲甚至是混合存儲，且大部分采用單片機(jī)或其他低性能處理器作為主控制器，不足以實(shí)現(xiàn)更加智能的操作，如自動出藥、服藥信息云存儲等。

（一）智能藥箱的現(xiàn)狀和存在的問題

目前有以下幾種智能藥箱：一類是普通家用藥箱，此種藥箱的體積較大，主要使用環(huán)境局限于家中，有提醒老人吃藥的功能，可以通過手機(jī)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)同步。雖然該類智能藥箱已經(jīng)有較高速的發(fā)展，各種功能豐富，但其仍存在不便攜帶、需要手動配藥儲存、藥品無法分類存儲的問題，且這種藥箱的價(jià)格普遍較高[3]。另一類是戶外藥箱，此類藥箱較為輕便、易攜帶。這種藥箱可以根據(jù)設(shè)定時(shí)間提醒服藥人按時(shí)吃藥。同時(shí)該藥箱輕便方便，便于用藥人攜帶。便攜式藥箱雖然易于攜帶，但功能太單一，只有報(bào)時(shí)功能，藥品取拿不便，并且很少能確保藥品是否尚在保質(zhì)期間。多數(shù)藥箱設(shè)計(jì)的初衷是為了方便取藥，導(dǎo)致功能單一、使用場景局限等一系列問題。且并非所有老年人都需要長期服藥，如果僅僅把其當(dāng)作固定環(huán)境下的藥箱也是一種負(fù)擔(dān)[4]。

（二）設(shè)計(jì)方案

針對以上現(xiàn)狀，本文針對現(xiàn)有藥箱這一不足，進(jìn)行升級改進(jìn)，最終提出新型藥箱的解決方案，以滿足服藥人及時(shí)正確服藥的實(shí)際需要。新型藥箱智能藥箱，它能夠?qū)崿F(xiàn)藥品信息的自錄入，智能提醒吃藥，自動出藥，緊急用藥，云端消息推送，以及服務(wù)端的管理功能。（1）設(shè)計(jì)的藥箱為一輕便型盒子形狀，方便攜帶，也可放在家中使用。（2）該藥箱由主控核心、藥盒、機(jī)械控制系統(tǒng)三部分組成。（3）藥盒可拆卸清洗，使用滿足人體健康要求塑料制成，輕便且成本可控。（4）主控核心可在接入互聯(lián)網(wǎng)的前提下與服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)服藥數(shù)據(jù)的同步上傳。（5）主控核心根據(jù)設(shè)定的服藥信息，提醒對應(yīng)的服藥人服藥。點(diǎn)擊服藥按鈕后，藥盒自動彈出，服藥人可取藥;當(dāng)取藥結(jié)束后，點(diǎn)擊取藥完成按鈕，藥盒自動收回。（6）服務(wù)器會將服藥數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后推送至兒女手機(jī)端，實(shí)現(xiàn)服藥的“二重”提醒[5][6]。

二、工作原理

主控單元為嵌入式ARM處理器（全志A33）;電機(jī)控制單元由L9110S驅(qū)動芯片和直流電機(jī)構(gòu)成;語音單元為單組揚(yáng)聲器，進(jìn)行服藥鈴聲與反饋提醒;電源單元提供整個(gè)藥箱的電源供應(yīng);顯示單元為4.7英寸觸摸顯示屏，顯示藥物名稱、用藥時(shí)間、用量等服藥信息，所有操作可通過觸摸屏進(jìn)行?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）主控單元

主控單元在整個(gè)智能藥箱的系統(tǒng)架構(gòu)中主要起到驅(qū)動與控制作用。主控單元微處理器采用全志科技公司的A33芯片，具有低功耗高性能的特點(diǎn)。全志A33四核是超低功耗嵌入式開發(fā)處理器，基于ARMCortex-A7四核CPU架構(gòu)以及Mali400MP2GPU架構(gòu)，支持1280×800分辨率輸出。板載電源管理芯片AXP223滿足主控對電源管理的需求，支持10路串口，兩路SPI等，滿足對本藥箱的開發(fā)需求。

（二）顯示單元

顯示單元采用5英寸800×480分辨率工業(yè)電容抗干擾觸摸屏，顯示數(shù)據(jù)通過40Pin引腳進(jìn)行傳輸。能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的操作與系統(tǒng)反饋，滿足藥箱在操作上的需求。具體可顯示藥物名稱、用量等服藥信息，且可通過觸摸進(jìn)行操作。

（三）電機(jī)控制單元

電機(jī)控制單元采用L9110S模塊+直流電機(jī)的驅(qū)動模式。L9110S是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的雙通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC中，整機(jī)可靠性提高。藥箱設(shè)計(jì)驅(qū)動輸入端兼容TTL/CMOS電平，具有良好的抗干擾性;兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動電機(jī)的正反向運(yùn)動，結(jié)合絲桿傳動結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)藥箱藥盒的彈出與收回;內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使得藥箱在使用上更加安全可靠。GPIO控制L9110S流程如圖2所示。

（四）語音單元

語音單元為開發(fā)板內(nèi)置3.5MM通用音頻輸出接口外接揚(yáng)聲器構(gòu)成，開發(fā)板上的揚(yáng)聲器接口可以滿足系統(tǒng)音效的輸出功能。

（五）局域網(wǎng)接入單元

設(shè)備實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)連接，使服藥信息能夠在手機(jī)端APP實(shí)時(shí)查看。芯靈思A33開發(fā)板集成Wi-Fi接入模塊，實(shí)現(xiàn)低功耗的局域網(wǎng)絡(luò)接入。

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件部分包括軟件界面和軟件功能的實(shí)現(xiàn)。軟件功能設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。在設(shè)定完對應(yīng)人員的服藥信息之后，當(dāng)吃藥時(shí)間到達(dá)，藥箱發(fā)出提示鈴聲提醒吃藥，如在設(shè)定的一定范圍內(nèi)、時(shí)間內(nèi)未取藥，則進(jìn)入重復(fù)提醒階段并將服藥日志信息上傳至服務(wù)器進(jìn)行處理，將未服藥信息推送至綁定的手機(jī)端，顯示消息提示;當(dāng)取藥結(jié)束后，結(jié)束提醒，將服藥信息記錄至日志信息并上傳至服務(wù)器進(jìn)行處理。

（一）軟件界面設(shè)計(jì)

軟件界面設(shè)計(jì)本著用戶友好性原則，開發(fā)基于A33開發(fā)板的安卓APP，它能夠?qū)崿F(xiàn)智能提醒吃藥，控制自動出藥，緊急用藥，藥品信息錄入，信息反饋功能。由軟件記錄每次服藥時(shí)間，并反饋給服務(wù)端，同步反饋到監(jiān)護(hù)人手機(jī)端。UI設(shè)計(jì)如圖4所示。

（二）藥品信息錄入

軟件可添加服藥人員，并且添加對應(yīng)人員藥品信息以及藥品用量、服用時(shí)間等信息。通過手動輸入藥品名稱，選擇對應(yīng)藥品種類（外觀），發(fā)出藥品入箱指令，通過GPIO口驅(qū)動L9110S驅(qū)動板驅(qū)動電機(jī)，進(jìn)而打開對應(yīng)藥盒放入藥品。

（三）智能提醒吃藥

根據(jù)程序中設(shè)置服藥人員的重要服藥信息，如服藥時(shí)間，藥品品類及用量等。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間到達(dá)服藥時(shí)間時(shí)，發(fā)出服藥提醒指令，驅(qū)動音頻模塊播放服藥提醒鈴聲，并在顯示器上顯示藥品種類以及用量。設(shè)定界面如圖5，提醒界面如圖6。

服藥信息包含以下設(shè)定內(nèi)容。服藥時(shí)間：設(shè)定藥品服用間隔（每天/間隔×天/每周/間隔×小時(shí)）;設(shè)定任意提醒時(shí)間;開始服用日期;持續(xù)服藥時(shí)間;服用說明。藥品品類：設(shè)定名稱;設(shè)定品類（通過設(shè)定藥物對應(yīng)外觀）;剩余量（單位可選膠囊、滴、克、貼等）;服用原因;服用方式。

（四）自動出藥和緊急用藥

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行至服藥時(shí)間，在顯示器上提醒服藥后，按下取藥按鈕，發(fā)出出藥指令，驅(qū)動芯片驅(qū)動電機(jī)，彈出藥箱對應(yīng)藥盒，待服藥人員取藥完成后，點(diǎn)擊按鈕，實(shí)現(xiàn)藥盒的收回。將單獨(dú)GPIO作為輸入控制，設(shè)置緊急服藥按鈕，在指定藥盒放置緊急用藥（如速效救心丸、胰島素）等藥品，當(dāng)按下緊急用藥按鈕時(shí)，彈出對應(yīng)藥箱上的藥盒，實(shí)現(xiàn)一鍵緊急彈出用藥功能。

（五）信息提醒和日志上傳

監(jiān)護(hù)人將手機(jī)APP與藥箱服藥人進(jìn)行綁定，服務(wù)端通過分析日志信息，將用戶的服藥信息（推送信息如：張三漏服12：00應(yīng)服用的降壓藥）通過個(gè)推平臺推送至綁定的手機(jī)端及時(shí)提醒。藥箱的服藥信息等日志信息通過Http協(xié)議傳輸至服務(wù)器并保存使用。如圖7所示：

五、結(jié)語

本文設(shè)計(jì)開發(fā)的基于ARM和Android的新型智能藥箱能夠提供藥品信息錄入、服藥提醒、自動出藥、緊急用藥、信息提醒等服務(wù)功能。該藥箱實(shí)現(xiàn)了智能化服藥提醒，并同步將服藥信息發(fā)送給監(jiān)護(hù)人，改善老年人漏服、忘服藥現(xiàn)象，提高其生活質(zhì)量。藥箱有待進(jìn)一步測試和優(yōu)化試驗(yàn)，在后續(xù)還可對系統(tǒng)進(jìn)一步加以完善，如加入云服務(wù)，提高藥箱的魯棒性。待產(chǎn)品成熟，可在家庭、醫(yī)療場所和養(yǎng)老院進(jìn)行普及推廣，具有一定的商業(yè)價(jià)值。

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[6]閆學(xué)順，于洋.基于Android的遠(yuǎn)程互通智能藥箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界，2018.

基金項(xiàng)目： 2018年閩江學(xué)院“校長基金”項(xiàng)目（編號103952018162）

作者簡介： 周永強(qiáng)（1999—），男，漢族，安徽淮北人，本科大四在讀學(xué)生。

*通訊作者： 方薈（1984—），男，漢族，福建福州人，碩士，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。