基于單片機(jī)控制的老年人智能藥箱設(shè)計(jì)

解丹婷，趙 培,2，杜 勝,3

(1.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院煤炭與化工產(chǎn)業(yè)學(xué)院,陜西 咸陽 712000)

(2.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造與信息工程學(xué)院,陜西 咸陽 712000)

(3.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)踐教學(xué)管理處,陜西 咸陽 712000)

按照國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)，60歲以上老年人口占比超過10%，即進(jìn)入老齡化社會(huì)。2018年底的人口普查數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)老齡化水平已經(jīng)達(dá)到17.9%[1]，在平均預(yù)期壽命延長(zhǎng)、生育水平下降的今天，人口老齡化已經(jīng)成為我國(guó)一個(gè)極為嚴(yán)峻的社會(huì)問題。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，65歲以上的老年人中約80%患有心臟病、高血壓、關(guān)節(jié)炎或糖尿病等慢性疾病，其中有35%的老年人患有2種或2種以上的慢性疾病[2]。80%的老年人需藥物治療，25%左右的老年病人需要同時(shí)服用4～6種藥物，而且用藥時(shí)間較長(zhǎng)，有些藥物也要求在不同的時(shí)間段服用[3]。老年人普遍伴有視覺老化，記憶力、行動(dòng)力、生活自理能力下降等癥狀，在長(zhǎng)期服藥的情況下，很容易出現(xiàn)錯(cuò)服、漏服、多服藥的狀況。因此通過對(duì)老年人生理特征的變化進(jìn)行分析，并根據(jù)市場(chǎng)需求設(shè)計(jì)一款適合老年人使用的智能藥箱就顯得很是迫切。

1 智能藥箱箱體設(shè)計(jì)

結(jié)合部分老年人需要每天服用多種藥物的情況，本文設(shè)計(jì)的智能藥箱可以同時(shí)存放多種藥物。圖1所示為智能藥箱的實(shí)物模型圖。藥箱共有6個(gè)抽屜，對(duì)應(yīng)圖中1～6的數(shù)字編號(hào)。其中1～4號(hào)抽屜存放片劑、膠囊劑、膏狀類藥品，5號(hào)抽屜存放液體類藥品，6號(hào)抽屜存放家用的血壓計(jì)、血糖儀、溫度計(jì)等常用醫(yī)療測(cè)量?jī)x器。不同抽屜存放不同的藥物，實(shí)現(xiàn)藥物和儀器的分類存放。

圖1 智能藥箱實(shí)物模型圖

藥箱整體采用塑料外殼，殼體上安裝有顯示屏、電源開關(guān)、調(diào)節(jié)按鈕、揚(yáng)聲器，抽屜上安裝有指示燈及抽屜彈出裝置，當(dāng)指示燈亮起時(shí)，使用者只需輕輕按壓彈出裝置所在位置，抽屜就會(huì)彈出，方便使用者取用藥品。

2 智能藥箱硬件設(shè)計(jì)

老年人由于年齡的增加，其自制力、記憶力、注意力等都開始減退，而不同藥物的服用時(shí)間和間隔是不同的，往往導(dǎo)致了老年人用藥時(shí)間的不規(guī)律，增加了各種藥物之間的不良反應(yīng)，甚至?xí)?yán)重影響老年人的身體健康。有數(shù)據(jù)顯示，55%的老年人能夠按醫(yī)囑服藥，30%的老年人會(huì)偶爾忘記服藥，而剩下的15%的老年人則會(huì)經(jīng)常忘記服藥[4]。為了使老年人能夠按時(shí)服藥，智能藥箱除了能夠進(jìn)行藥品存儲(chǔ)，還應(yīng)具有服藥提醒功能，其中藥品存儲(chǔ)功能保證了不同藥品和家用醫(yī)療測(cè)量?jī)x器的分類存放，服藥提醒功能則保證了老年人能夠按時(shí)服藥。藥箱的功能定位如圖2所示。

圖2 智能藥箱功能

智能藥箱的硬件包含了主控模塊、檢測(cè)模塊、顯示模塊、提醒模塊、供電模塊等5個(gè)部分，較好地實(shí)現(xiàn)了藥品存儲(chǔ)和服藥提醒功能。

2.1 主控模塊

主控模塊采用STC89C52RC單片機(jī)對(duì)藥箱整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信息處理與控制。STC89C52RC單片機(jī)指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，其特點(diǎn)是速度快、功耗低、抗干擾能力超強(qiáng)[5]。

2.2 檢測(cè)模塊

檢測(cè)模塊包括兩部分：光敏傳感器單元和濕溫度檢測(cè)單元。

1)光敏傳感器單元由6個(gè)光敏傳感器組成，分別安裝在藥箱1～6號(hào)抽屜內(nèi)，用于檢測(cè)使用者是否打開藥箱抽屜服藥。其工作原理是：鬧鈴響起，抽屜未打開，沒有光線照射傳感器，其光強(qiáng)達(dá)不到設(shè)定的閾值，傳感器輸出高電平，表示未服藥；鬧鈴響起，抽屜打開，外界光線照射傳感器，其光強(qiáng)達(dá)到設(shè)定的閾值，傳感器輸出低電平，表示已服藥。

2)為了防止藥品在不適宜的濕溫度環(huán)境中發(fā)生變質(zhì)，檢測(cè)模塊加入了濕溫度檢測(cè)單元，用于檢測(cè)并監(jiān)視藥箱周圍空氣的溫度及濕度。濕溫度檢測(cè)單元采用DHT11溫濕度傳感器模塊，其濕度檢測(cè)范圍為20%～95%，精度為5.0%，溫度檢測(cè)范圍為0～+50 ℃，精度為2 ℃。響應(yīng)時(shí)間小于50 ms，功耗低、體積小、穩(wěn)定可靠[6]。

2.3 顯示模塊

顯示模塊采用QC12864B漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示器。該顯示器可以顯示漢字及圖形。藥箱通電開啟，顯示屏顯示“歡迎使用智能藥箱”字樣，隨后顯示當(dāng)前日期、時(shí)間、溫度及濕度。如圖3所示。其中日期及時(shí)間的顯示采用DS1302時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，對(duì)每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整[7]，還可以通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式[8]。

圖3 藥箱主界面

2.4 提醒模塊

提醒模塊包括兩部分：鬧鐘提醒單元和短信提醒單元。

1)鬧鐘提醒單元。

鬧鐘提醒由蜂鳴器完成，通過主控模塊中STC89C52RC單片機(jī)輸入/輸出口的高低電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可以作為各類電子產(chǎn)品的發(fā)聲器件。通過智能藥箱面板上的調(diào)節(jié)按鈕，可以對(duì)每個(gè)抽屜的服藥時(shí)間設(shè)置鬧鈴，如圖4所示。鬧鈴響起，相應(yīng)的抽屜指示燈亮，顯示屏顯示抽屜編號(hào)。

圖4 藥箱設(shè)置界面

2)短信提醒單元。

短信提醒由SIM900A模塊完成，SIM900A是一款高性能工業(yè)級(jí) GSM/GPRS模塊，接口豐富，功能完善，尤其適用于需要語言、短信、GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)的各種領(lǐng)域[9-10]。通過智能藥箱面板上的調(diào)節(jié)按鈕，可以設(shè)置一位緊急聯(lián)系人的手機(jī)號(hào)碼，如圖4所示。若同一抽屜鬧鈴提醒次數(shù)3次以上還未檢測(cè)到抽屜打開的低電平信號(hào)，提醒吃藥的短信就會(huì)發(fā)送到緊急聯(lián)系人的手機(jī)號(hào)碼上，告知緊急聯(lián)系人使用者未吃藥。

2.5 供電模塊

智能藥箱的供電模式有兩種，一種是采用適配器供電，將電源線直接插入到220 V插座上，取用方便；一種是鋰電池供電，停電后可以通過藥箱電源開關(guān)將供電方式切換至鋰電池供電，繼續(xù)維持藥箱正常工作。

3 智能藥箱軟件設(shè)計(jì)

為了將智能藥箱各個(gè)功能模塊整合起來，實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作，需要編寫相應(yīng)的軟件程序。藥箱電源開關(guān)打開后，系統(tǒng)上電進(jìn)入初始化，顯示屏顯示并語音播報(bào)“歡迎使用智能藥箱”，初始化完畢后藥箱進(jìn)入系統(tǒng)主界面，如圖3所示，顯示屏顯示當(dāng)前日期、時(shí)間及環(huán)境溫度和濕度。此時(shí)，可以通過面板上的調(diào)節(jié)按鈕對(duì)1～6號(hào)抽屜進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置。智能藥箱根據(jù)設(shè)置內(nèi)容進(jìn)行服藥提示，并根據(jù)實(shí)際情況執(zhí)行不同的操作。執(zhí)行完畢后藥箱顯示屏返回主界面。智能藥箱軟件系統(tǒng)主要包括2個(gè)模塊：服藥信息及家用醫(yī)療測(cè)量?jī)x器使用設(shè)置模塊和服藥提醒模塊。

3.1 服藥信息及家用醫(yī)療測(cè)量?jī)x器使用設(shè)置模塊

在家庭人員使用智能藥箱前，需要根據(jù)使用者服藥情況和血壓計(jì)、血糖儀、溫度計(jì)等儀器使用情況對(duì)1～6號(hào)抽屜參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中1～5號(hào)抽屜設(shè)置內(nèi)容包括每日服藥的次數(shù)、每次服藥藥量、每次服藥的鬧鈴提醒時(shí)間及緊急聯(lián)系人的手機(jī)號(hào)碼。6號(hào)抽屜設(shè)置醫(yī)療測(cè)量?jī)x器的每日使用次數(shù)、每次提醒時(shí)間及緊急聯(lián)系人的手機(jī)號(hào)碼。設(shè)置完成后按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)返回主界面，完成設(shè)置。為了保證系統(tǒng)斷電后設(shè)置的1～6號(hào)抽屜的使用信息不會(huì)丟失，外設(shè)EEPROM存儲(chǔ)器，將服藥信息等存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器中，保證系統(tǒng)掉電后信息不丟失。圖5為服藥信息及家用醫(yī)療器械使用設(shè)置的軟件流程圖。

圖5 軟件流程圖

3.2 服藥提醒模塊

當(dāng)設(shè)定好使用者的服藥信息后，系統(tǒng)進(jìn)入服藥的監(jiān)控狀態(tài)。當(dāng)設(shè)置的鬧鈴時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間一致時(shí)，鬧鈴響起，提醒使用者吃藥，此時(shí)相應(yīng)抽屜安裝的指示燈亮起來，若抽屜內(nèi)安裝的光敏傳感器檢測(cè)到光源信號(hào)，就會(huì)輸出低電平給主控系統(tǒng)，即使用者已打開抽屜服藥，系統(tǒng)記錄吃藥狀態(tài)，指示燈滅；若一直未檢測(cè)到傳感器輸出的低電平信號(hào)，即使用者未打開抽屜服藥，相應(yīng)抽屜指示燈處于長(zhǎng)亮狀態(tài)，并且鬧鈴每隔10 min提醒一次，鬧鈴提醒3次后仍未檢測(cè)到傳感器輸出的低電平信號(hào)，系統(tǒng)發(fā)送短信到緊急聯(lián)系人預(yù)留的手機(jī)號(hào)碼上，告知使用者未按時(shí)吃藥，直至抽屜被打開，指示燈熄滅。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)藥箱大多強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)藥功能，體積較小，功能單一，更傾向于便攜性。智能藥箱在設(shè)計(jì)時(shí)增加了存儲(chǔ)空間，分別針對(duì)片劑、膠囊劑、膏狀、液體等藥品設(shè)計(jì)了不同尺寸的抽屜以滿足不同的存放需求，此外還增加了專門存放家用血壓計(jì)、血糖儀、溫度計(jì)等常用醫(yī)療測(cè)量?jī)x器的抽屜。智能藥箱可用于監(jiān)督和提醒老人日常服藥，幫助老年人方便、按時(shí)、準(zhǔn)確進(jìn)行服藥，易用性更強(qiáng)，性價(jià)比更高，不僅適合家用，還可推廣到醫(yī)院、養(yǎng)老院等有服藥需求的場(chǎng)所。