基于3D打印技術的手機遙控智能藥盒研究與設計

潘延召 李妍 孟穎

摘 要：隨著我國老齡化程度的不斷加深，針對老年人容易出現(xiàn)的忘記服藥、重復服藥以及服錯藥的情況，設計研發(fā)一個可以可手機遙控的智能藥盒就很有必要了。隨著3D打印技術的成熟、成本的降低，無論是生活用品、生產食物、軍事競技還是醫(yī)療領域，3D打印技術都可得到很好地運用。隨著我國智能制造的不斷升級，3D打印技術正在不斷滲透到各個行業(yè)領域中，并在技術升級過程中扮演著的重要角色。基于此，項目團隊考慮將這種技術引入到生活制造之中，用于制造智能藥盒，同時通過Wi-Fi無線通信模塊將藥盒數(shù)據(jù)信息與手機APP實現(xiàn)同步操控，既能滿足生產廠家對于原材料價格的期望，降低生產成本，又能滿足老年人日常生活中利用智能藥盒進行藥品的管理和控制，提高老年人的生活質量。

關鍵詞：3D打印;老年人;藥盒包裝材料;智能藥盒

一、緒論

在日常生活過程中，很多老人都需要每日定時定量服藥，在此過程中因為多種原因，人們經常會出現(xiàn)忘記服藥、重復服藥、服錯誤的藥，嚴重時還可能會導致加重病情的情況發(fā)生。

為了解決這一痛點，一些科研工作者設計研發(fā)相關的產品解決痛點。包括龔虹瑞設計的定時鬧鐘和短信提醒功能的智能藥盒，但缺少使藥盒實現(xiàn)定向移動的功能。吳亞棟提出的解決的方案有語音提醒功能，但缺乏手機Wi-Fi控制功能。王波提供的解決方案具有手機Wi-Fi功能，但材料上沒有設計。還有待進一步完善。

為解決這一問題，在前人基礎上進行迭代完善，設計一種基于3D打印技術的手機Wi-Fi控制智能藥盒。本設計軟件智能系統(tǒng)是基于ARMCortex-M4為核心的32位微控制器。形狀上采用上下結構，長寬高規(guī)格為15cm*10cm*13cm，上方放入STM32F4控制的智能藥盒控制系統(tǒng)，控制芯片是嵌入進藥盒內部之中，屏幕放在顯眼方位。及時提醒及反饋服藥，服錯藥的現(xiàn)象。通過主控制模塊，結合語音提醒模式，通過Wi-Fi連接手機端，建立人機交互界面。同時通過Wi-Fi網(wǎng)絡通信將藥物用量與提醒信息傳輸?shù)缴衔粰C監(jiān)護人手機上，手機端實時監(jiān)控記錄，可以及時提醒用藥，子女也可隨時在線查看老人服藥情況，提高老年人的被關注度，讓老人在生活中有更多的舒適感。

二、3D打印技術與智能藥盒

（一）3D打印技術簡介

三維打印技術從誕生就開始飛速發(fā)展，所包含和運用的領域眾多，甚至可以用在精細的零部件上。2005年，首個高清晰彩色3D打印機由ZCorp公司研制出來;自此開始，陸續(xù)的世界上第一輛3D打印汽車Urbee;第一款3D打印比基尼;第一臺3D巧克力打印機;第一架3D打印的飛機等紛紛出現(xiàn)。無論是生活用品、生產食物、軍事競技還是醫(yī)療領域，三維打印技術都可得到很好地運用，是新型技術的代表之一。

三維打印擁有許多技術，根據(jù)不同的需求選擇不同的材料，甚至可以在不同“層面”用以不同的材料進行結合。3D打印常用材料有很多，包括但不限于尼龍玻纖、聚乳酸、ABS樹脂等多達10種，這些材料常見，被頻繁地用于生活之中，其中還有一種類型材料可被作為三維技術打印藥盒的首選——環(huán)保材料。使用這些環(huán)保材料打印的物體強度非常高，并且價格也要比傳統(tǒng)的塑料低。

（二）智能藥盒設計思路

智能藥盒整體設計思路是基于3D打印技術的便攜式環(huán)保藥盒，具備結構緊湊，使用便捷，體積較小，方便藥盒的開啟和關閉，且便于隨身攜帶，滿足人員使用需求的優(yōu)點，解決一般治療或者保健用藥需要定時定量服用，才能滿足使用需求，而如果在日常出行過程中，不想隨身攜帶瓶瓶罐罐，出去也不是很久的情況下，不想攜帶較多的藥物，增加重量且不易攜帶的問題。這是一款具有智能分類、自動旋轉、遠程操控、定時提醒、語音識別等功能的智能藥盒。

（三）智能藥盒控制系統(tǒng)框架圖設計

3D打印智能藥盒控制系統(tǒng)通過按鍵設置服藥日期和時間，查看服藥記錄，鬧鐘提醒以及緊急呼叫功能。當用戶說出藥物名稱時，語音識別系統(tǒng)也會提示藥物的狀態(tài)。同時，若提前預設的服藥時間到達時，系統(tǒng)也會有提示聲，以此提醒用戶服藥。同時，通信方式會采用無線Wi-Fi傳輸方式，將數(shù)據(jù)上傳至手機平臺上，方便家屬或者醫(yī)生監(jiān)護和查詢相關狀況。

（四）智能藥盒軟件設計

智能藥盒整體設計思路是基于硬件電路搭建完成程序設計，整體設計諸多核心芯片用于提供很多寄存器映射配置的庫文件函數(shù)，從而實現(xiàn)庫文件的調用比以往的寄存器的操作快捷很多，執(zhí)行的效率提高很多，并可以跟不同的芯片進行兼容，本產品大多數(shù)是用庫文件操作，增加了程序設計能力，程序實現(xiàn)了語言識別播放程序設計，溫濕度程序設計，信息存儲程序設計，鬧鈴提醒功能設計等，選取藥物動作檢測和Wi-Fi通信的程序。

初始化函數(shù)GPIO_Int，對采集的引腳進行時鐘和輸入輸出的配置，同時配置NVIC中斷初始化，緊接著引腳采集電壓，傳輸?shù)絻炔緼/D進行轉換，系統(tǒng)提前預設光敏電壓的開關值為150，如果開關值低于150，則智能藥盒打開，病人取藥服藥，如果A/D值高于150，則表明藥盒沒有打開，中心處理器則通過通信網(wǎng)絡上傳數(shù)據(jù)，保存相應記錄。

三、結論與展望

近些年來伴隨著我國逐漸步入老齡化社會的現(xiàn)狀。圍繞著老年服務和相關產品智能化的提升，日益凸顯出來越來越重要。本系統(tǒng)解決方案主要圍繞著老年需要每日服藥的需求，提供一個智能化的解決方案。方案整個系統(tǒng)以STC90C516為中心，設備同時具有時間顯示、定時、顯示藥物用量、蜂鳴器提醒時間等功能。所使用的單片機抗干擾能力強、能耗低、可靠性高。整個系統(tǒng)只需要前期進行一次設置，即可實現(xiàn)后續(xù)的智能化提醒服藥的相關功能。整個過程涉及的相關智能化工作單元模塊有以下幾個方面：

智能藥盒的定時器功能通過單片機來實現(xiàn)內部定時。通過LCD1602實現(xiàn)同步顯示時間相關信息。這些時間信息包括用藥時間提醒，用藥量調整等。圍繞時間提醒需要事先通過按鍵進行相關時間設置。在系統(tǒng)設定的時間點，蜂鳴器將進行聲光信號的報警提醒。

隨著近年來我國政府大力提倡針對人口老齡化的相關政策扶持，以及老年群體在健康觀念上的日益強化重視，同時對智能化、便攜性、人性化的不斷追求。電子藥盒已成為一個很有現(xiàn)實意義和使用價值的電子裝置。電子藥盒不僅可以收納不同的藥品，還可以放置保健品，這樣也可以不斷拓展電子藥盒的消費對象，擴大消費適用人群，提升電子藥盒的適用價值。本人旨在通過相關設備的研制和開發(fā)為智能養(yǎng)老，提升老年人的生存質量提供可資借鑒的方法，更好地推動我國養(yǎng)老產業(yè)的智能化水平提升和發(fā)展，為更多的老年人帶來便利。

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項目：天津市級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助（編號201912105016）