基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高效智能取藥機研究

周立輝 羅宣兵 蔣偉林 楊心睿 韓艷龍

[摘? ? 要]對于城市綜合醫(yī)院取藥窗口，因醫(yī)院人口密集，病毒種類繁多，交叉?zhèn)魅韭史浅８?，因此現(xiàn)在需要一個更加智能的系統(tǒng)與醫(yī)院的藥房鏈接，通過控制高效傳輸系統(tǒng)、智能分揀系統(tǒng)、藥品存儲智能取藥機系統(tǒng)，讓患者快速準確的得到所需的藥品，系統(tǒng)利用RFID識別技術(shù)，通過RC522芯片讀取卡片，將患者的信息收集并處理，利用STM32F103RCT6單片機控制舵機，使舵機平穩(wěn)移動，通過舵機來控制整個機械臂的運行速度。將藥品放置到指定的位置。通過實驗證明了該系統(tǒng)具有精度高、零差錯、高效性等特點。

[關(guān)鍵詞]RFID識別;物聯(lián)網(wǎng);機械臂;識別算法;自動算法;STM32控制

[中圖分類號]TP242 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Efficient and intelligent Medicine Dispenser Based on Lnternet of Things Technology

Zhou Li-hui，Luo Xuan-bing，Jiang Wei-lin，Yang Xin-rui，Han Yan-long

[Abstract]For the drug collection window of urban general hospitals， the hospital has a dense population， a wide variety of viruses， and a very high cross-contagion rate. Therefore， a more intelligent system is needed to link the hospitals pharmacy by controlling efficient transmission systems， intelligent sorting systems， and drugs. The storage of intelligent analysis system and master control system allows patients to quickly and accurately obtain the medicines they need. Combined with remote medical technology and Internet of Things technology， people can quickly and efficiently conduct inspections， receive diagnosis and treatment， and obtain medicines， and improve the efficiency of the hospital. The system uses RFID identification technology， reads the card through the RC522 chip， collects and processes the patient's information， uses the STM32F103RCT6 microcontroller to control the steering gear， so that the steering gear moves smoothly， and the steering gear controls the running speed of the entire mechanical arm. Place the medicine in the designated location. Through experiments， it is proved that the system has the characteristics of high accuracy， zero error， high efficiency， etc.， and the simulation test is started.

[Keywords]RFID identification; Internet of Things; robotic arm; identification algorithm; automatic algorithm; STM32 control

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，醫(yī)療信息技術(shù)數(shù)字化蓬勃開展，新型的現(xiàn)代化醫(yī)療模式在逐步完善，新零售方法層出無窮。但在大多數(shù)醫(yī)院調(diào)配處方仍然以藥師為主，導致了藥師的工作強度高，壓力大，效率低，為了使藥師能為病人提供更快更專業(yè)的藥學服務，同時滿足人民群眾日益增長的醫(yī)療衛(wèi)生健康需求。因此需要一個更加智能的系統(tǒng)與醫(yī)院的藥房鏈接，通過控制傳輸系統(tǒng)、智能分揀系統(tǒng)、藥品存儲智能分析系統(tǒng)、總控系統(tǒng)，讓患者快速準確的得到所需的藥品，遠程醫(yī)療技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓人們快速高效的得到診治、獲得藥品，提高醫(yī)院的工作效率。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things），指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）、二維碼、全球定位系統(tǒng)等與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，RFID電子標簽是核心技術(shù)。RFID可實現(xiàn)對物品的自動識別和跟蹤，并通過單片機實現(xiàn)信息的交換和共享。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能醫(yī)藥取藥機是自動化技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的拓展，是一種同時將數(shù)字化和智能化結(jié)合到一體的新型醫(yī)院發(fā)展模式，是現(xiàn)階段公眾醫(yī)療資源的補充，可以讓傳統(tǒng)醫(yī)院服務與現(xiàn)代智能控制技術(shù)完美結(jié)合，實現(xiàn)了醫(yī)療服務品質(zhì)的質(zhì)的飛躍。

1 系統(tǒng)簡介

自動取藥機旨在實現(xiàn)患者能夠更快、更便捷地獲取藥品，患者可使用自己的就診卡號，在付款成功后，通過就診卡號即可取藥。整個系統(tǒng)包括高效傳輸系統(tǒng)（可以快速的將藥單遠程傳輸?shù)较到y(tǒng)中）、智能分揀系統(tǒng)（同一時刻將不同患者的藥方區(qū)分開來，以免混淆等）、藥存智能分析系統(tǒng)（通過大數(shù)據(jù)智能分析近期疾病用藥趨勢，提醒藥存）、總控系統(tǒng)（綜合控制項目的操作與運行）。該系統(tǒng)具有高效，零差錯的特點，未來將會有很大的需求市場。

2 系統(tǒng)優(yōu)點

2.1 零差錯

在大多數(shù)的醫(yī)院里，調(diào)配處方仍然以藥師為主，每天會有成千上萬的病人來醫(yī)院看病買藥，從而導致了藥師的工作強度高，壓力大，效率低，也出現(xiàn)過給病人拿錯藥的情況。自動取藥機在工作強度、運算速錄和記憶功能等方面均超越人類，不會因勞累等因素造成取錯藥品等不可避免的失誤，做到零差錯，同時也滿足了人民群眾日益增長的醫(yī)療衛(wèi)生健康需求。

2.2 高效性

雖然現(xiàn)在已有醫(yī)院安裝了自動取藥機，但是醫(yī)院的治療效率并沒有得到明顯提升，取藥機的利用效率不高。自動取藥機仍然需要醫(yī)生分揀藥品放到指定盒子然后打包運輸。醫(yī)院人口密集，病毒種類繁多，交叉?zhèn)魅韭室卜浅８?，因此需要一個更加智能的系統(tǒng)與醫(yī)院的藥房連接，而文章設計這款自動取藥機剛好可以解決這個問題。

就醫(yī)院而言，使用自動取藥機不僅可以節(jié)省大量人力物力的投入，而且可以減輕醫(yī)務人員的工作量，極大的提高了醫(yī)院的工作效率，服務更多患者;就患者而言，使用自動取藥機可以進行自助取藥，通過移動支付結(jié)算，自助完成整個取藥過程，大大縮短病人的等待時間以及取藥時間，提高取藥效率，形式新穎，創(chuàng)新服務模式，提升了醫(yī)院形象。

2.3 形式新穎

這是一種新型的創(chuàng)新服務模式。該設備占地面積小，美觀度高，極大的提升了醫(yī)院的形象。同時這款自動取藥機對每一種藥品，每一類藥品都有詳細的分類，不同溫度下的藥品也會在相應的溫度環(huán)境中放置。在藥槽中，藥品采用平放斜槽式排列以減少不必要的故障發(fā)生，并且，藥槽可以單獨控制，當某一藥槽發(fā)生故障時，可單獨屏蔽該藥槽，不會影響到藥機的正常運行發(fā)藥。更重要的是，在取藥口處具備自動消毒功能，患者不必擔心會將醫(yī)院內(nèi)的病菌帶回家。

2.4 實時盤點

該設備可隨時對藥品進行實時盤點，可精確定位藥品的耗損環(huán)節(jié)。具有剩余盒數(shù)、需加藥盒數(shù)等顯示功能，當藥品不足時，設備會點亮指示燈提醒工作人員及時進行補藥。

2.5 促進醫(yī)藥系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效結(jié)合

（1）大數(shù)據(jù)時代的到來，給新型醫(yī)療模式的發(fā)展提供了新方向，使得未來對藥品的管理和處理變得更加智能化。

（2）醫(yī)藥系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效結(jié)合可用于科研項目，藥品開發(fā)，疾病預防等方面。

機械手的整體結(jié)構(gòu)的仿真模型;自動取藥樣機的機械手主要有縮屈控件、液壓伸縮件、舵機、手爪。其中手爪和舵機是機械的關(guān)鍵部件，這2個部件配合后才能完成“藥物定位—藥物抓取—藥物投放”這一系列連續(xù)動作。通過對機械臂進行優(yōu)化設計，應用單片機技術(shù)自動完成取藥過程。

機械手的運動由單片機STM32F103RCT6控制舵機帶動硬件來實現(xiàn)，單片機STM32F103RCT6發(fā)出控制指令控制舵機的轉(zhuǎn)角、舵機的轉(zhuǎn)角帶動機械手做360°二維運動，通過RC522芯片接收到患者的信息，單片機對舵機進行控制，實現(xiàn)機械手在托盤上的準確定位，機械手運動到取藥點后保持合適的取藥姿態(tài)，然后機械手爪在舵機的轉(zhuǎn)動下伸出并以一定角度靠近藥品，在齒輪的作用下將藥物夾緊，接著機械手再轉(zhuǎn)動預設的角度，即機械臂由藥品存放處運動到傳送帶，傳送帶將藥品送至指定的窗口，完成一次自動取藥的過程。

控制系統(tǒng)是支配機械臂按規(guī)定要求運動的系統(tǒng)。機械臂采用單片機控制舵機的角度來完成動作，同時根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，通過編程實現(xiàn)機械手的定位

STM32F103RCT6單片機接收控制信號，開始控制舵機進行轉(zhuǎn)動，舵機會帶動齒輪組，以自己為中心為原點，進行圓周運動。齒輪組減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，當舵盤轉(zhuǎn)動的同時，舵機會帶動位置反饋電位計，通過位置反饋電位計，可以知道現(xiàn)在機械臂所轉(zhuǎn)動的角度。電位計將會輸出電壓信號輸出到控制電路板，STM32F103RCT6單片機會進行反饋，然后控制電路板根據(jù)RC522芯片接收到的信息，控制機械臂的轉(zhuǎn)向，到達指定藥品位置附近后停止。舵機的控制信號為周期20 ms的PWM信號，其脈沖寬度從0.5 ～2.5 ms，相對應舵盤的位置為0°～180°。

自動取藥機是編程和實物模擬對展開研究創(chuàng)新，該系統(tǒng)由四個部分組成，分別是智能分揀系統(tǒng)、高效傳輸系統(tǒng)、藥存分析系統(tǒng)、總控系統(tǒng)。

系統(tǒng)首先初始化，患者此時刷卡，通過RFID（無線射頻識別）得到患者的主要信息，在患者付款信息得到確認后，傳送帶得到STM32F103RCT6單片機發(fā)出的中斷指令開始運動，藥品開始正位，由傳送帶傳送指定位置，機械臂將藥品拉到指定窗口，后臺此時開始藥存分析，總控系統(tǒng)負責整個系統(tǒng)的正常運作和異常中斷請求以及系統(tǒng)復位。

高效傳輸系統(tǒng)：快速的將藥單遠程傳輸?shù)娇偪叵到y(tǒng)，由單片機對電機進行控制，單片機給小電機發(fā)送信號，小電機開始運動，傳送帶開始運行，藥品放在傳送帶上，被帶往指定窗口。

藥存分析系統(tǒng)：通過大數(shù)據(jù)智能分析近期疾病用藥趨勢，提醒藥存。

智能分揀系統(tǒng)：由STM32F103RCT6單片機、機械臂、傳送裝置這三部分通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接在一起，通過各個部分的配合以及相對應的人工處理環(huán)節(jié)組成一個完整的藥品自動分揀系統(tǒng)。

總控系統(tǒng)：通過后臺互聯(lián)網(wǎng)將各個系統(tǒng)連接起來，及時控制及反饋信息。

2.3 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)開啟后，首先進行初始化處理（各個部分啟動，系統(tǒng)的基本信息輸?shù)絪tm32單片機里），然后系統(tǒng)判定付款是否成功，若未成功則回到初始化，若付款成功則進入運輸模式，對傳送帶發(fā)出指令并反饋到總控系統(tǒng)，stm32單片機接受并解析指令，判斷藥品是否正位，若未正位則返回上一層，若藥品已正位則對傳送帶發(fā)出指令，stm32單片機接受并解析指令，然后電機開始運作，之后通過RFID讀取條形碼，核對處方并將數(shù)據(jù)錄入總控系統(tǒng)同時以隔板的形式進行分揀打包然后進去指定窗口同時反饋給總控系統(tǒng)。

3? ? 結(jié)束語

現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)離我們的生活越來越緊密，它影響著我們生活的方方面面，為人類的生產(chǎn)和生活帶來了變革。同時隨著人口老齡化程度的不斷加深，醫(yī)療行業(yè)愈加受到社會的重視。未來，面對方興未艾的智能醫(yī)療市場，即將面對的困難是打破各個物聯(lián)網(wǎng)設施的單一環(huán)境運行，而使它們“互通有無”，讓科技更好地服務于大眾。

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