基于互聯(lián)網(wǎng)功能的智能藥盒設(shè)計(jì)與制作

胡瓊 朱雪明 董琛 江帆 董子浩 王春

摘 要：“互聯(lián)網(wǎng)+”是由互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進(jìn)、催生的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新形態(tài)，本文基于互聯(lián)網(wǎng)功能，設(shè)計(jì)與制作一種智能藥盒。該智能藥盒可以提高用戶的取藥質(zhì)量，方便用戶取藥。該智能藥盒包括外殼及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為藥物裝載層、動力輸出層以及電子控制層。該智能藥盒可以通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)一鍵出藥，通過送藥機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動送藥，用戶取藥方便，從而提高取藥質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：藥盒;助老裝置;帶傳動結(jié)構(gòu);減速器;絲桿

中圖分類號：TH789文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）12-0007-03

Design and Manufacture of Intelligent Medicine Box

Based on Internet Function

HU Qiong1 ZHU Xueming2 DONG Chen3 JIANG Fan1 DONG Zihao3 WANG Chun1

（1. School of Intelligent Manufacturing， Jianghan University，Wuhan Hubei 430000;2. Engineering Training Center of Jianghan University，Wuhan Hubei 430000;3. Institute of Artificial Intelligence， Jianghan University，Wuhan Hubei 430000）

Abstract： "Internet+" is a new form of economic and social development that has evolved and spawned from the form of the Internet， this paper designs and manufactures a smart pill box based on the function of the Internet. The smart medicine box can improve the user's medicine taking quality and facilitate the user to take medicine. The smart medicine box includes a shell and an internal structure， and the internal structure is divided into a medicine loading layer， a power output layer and an electronic control layer. The smart medicine box can realize one-key dispensing of medicine through the touch screen， and realize automatic medicine delivery through the medicine delivery mechanism， which makes it convenient for users to take medicine， thereby improving the quality of medicine taking.

Keywords： medicine box;elder aid device;belt drive structure;reducer;screw

20世紀(jì)90年代以來，中國人口老齡化問題日益凸顯。1990—2000年，中國65歲以上人口增加2 500萬人，其占總?cè)丝诘谋戎匾嘤?.57%升至6.96%，預(yù)計(jì)至2050年，全國老年人將達(dá)到4.87億人，占總?cè)丝诘?0%[1-2]。隨著年齡的增長，老年人身體機(jī)能逐漸衰退，其健康問題不容忽視。經(jīng)調(diào)查，約有80%的老年人需要服用藥物維持健康，但在日常生活中，子女或工作忙碌，或路途遙遠(yuǎn)，往往無暇顧及老年人的服藥問題，而老年人因記憶逐漸衰退，易誤服、漏服、錯服藥物[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，老年人誤服、漏服、錯服藥物的發(fā)生率為25%，導(dǎo)致身體健康受到影響，老年人群體每日準(zhǔn)時、科學(xué)服用各類藥物的需求日益增強(qiáng)[4]。

根據(jù)這一老年人群體的需求，本研究設(shè)計(jì)了一款能夠提醒老人吃藥并且取藥方便的智能藥盒，保證老年人取藥、服藥的準(zhǔn)時性和科學(xué)性。此藥盒基于互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字控制技術(shù)開發(fā)，可以幫助子女（或其他親屬）通過互聯(lián)網(wǎng)設(shè)置某類藥物的用時和用量，并提醒老年人。在老年人正確服用或漏服藥物后，設(shè)備還會將相關(guān)信息推送給子女（或其他親屬），大大提高了老年人服藥的正確率。

1 智能藥盒的設(shè)計(jì)思路

1.1 設(shè)計(jì)需求

本款智能藥盒主要有兩點(diǎn)設(shè)計(jì)需求。一是藥物存儲及一鍵出藥。由于老年人的認(rèn)知水平存在退化現(xiàn)象，所以在藥物存儲及出藥功能上，要盡量簡化老年人的操作步驟。產(chǎn)品必須實(shí)現(xiàn)一鍵出藥，老年人無須進(jìn)行其他操作。二是互聯(lián)網(wǎng)功能。產(chǎn)品必須連接互聯(lián)網(wǎng)，子女登錄相關(guān)應(yīng)用程序（APP）后可以設(shè)置老年人的服藥時間和用量，并且能夠通過APP查看老年人的服藥記錄[5]。同時，每次老年人服用或漏服藥物后，系統(tǒng)能自動推送信息通知子女。

1.2 工作原理設(shè)計(jì)

本款智能藥盒的工作原理如下。一是根據(jù)老人一段時間內(nèi)的服藥需求，子女提前按照種類、劑量和服用周期將藥物存入小藥盒，并通過手機(jī)軟件或觸控屏預(yù)定好用藥時間。二是當(dāng)?shù)椒帟r間時，蜂鳴器鳴響，提醒老人取藥。藥盒通過機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動將藥盒旋轉(zhuǎn)至推出模塊待取，老人輕觸觸控屏，藥盒自動推出，然后老人取出藥物服用。三是老人完成服藥后，再次輕觸觸控屏，藥盒自動退回收納。特殊情況下，當(dāng)老人15 min內(nèi)沒有按時用藥時，系統(tǒng)自動發(fā)短信至兒女手機(jī)，通知兒女提醒老人用藥，若超過預(yù)定用藥時間1 h，老人仍未用藥，藥盒便進(jìn)入下次用藥準(zhǔn)備。智能藥盒運(yùn)行流程如圖1所示。

2 藥盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證實(shí)用性，體積上要求藥盒能夠存放一周左右的藥量，但作為家用電器，藥盒體積不宜設(shè)計(jì)過大。基于此需求，藥盒尺寸設(shè)定為310 mm×310 mm×320 mm。藥盒內(nèi)部各功能模塊高度集成，除電源適配器以外，其他部分均在產(chǎn)品內(nèi)[6]。

該智能藥盒主體由裝載分揀模塊和推出模塊組成，控制系統(tǒng)由控制電路連接裝置、電動機(jī)減速器旋轉(zhuǎn)裝置、報警裝置等構(gòu)成。物聯(lián)網(wǎng)組件由WiFi模塊、信號接收發(fā)射器等組成，藥盒結(jié)構(gòu)如圖2所示。

[藥盤][舵機(jī)、藥盒][上下?lián)醢錧[外殼][出藥窗口][手觸屏][電機(jī)、絲桿][上下隔板][同步帶輪][外殼頂蓋]

圖2 藥盒結(jié)構(gòu)

2.1 裝載分揀模塊設(shè)計(jì)

智能藥盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由上層裝載分揀模塊、下層推拉模塊組成，其中，上層裝載分揀模塊包括藥盤、藥盒、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和同步帶輪等。藥盤設(shè)置有多個隔層，隔層用于存放藥盒，同時，同步帶輪與藥盤的旋轉(zhuǎn)中心相連，旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于控制同步帶輪旋轉(zhuǎn)。

2.2 推出模塊設(shè)計(jì)

推出模塊包括送藥機(jī)構(gòu)、推拉電機(jī)、推拉絲桿、上隔板和下隔板等組件，上隔板設(shè)置在動力輸出層上側(cè)，下隔板設(shè)置在動力輸出層下側(cè)，上隔板與下隔板用于分隔裝載模塊和推出模塊，上隔板與下隔板間設(shè)置有藥物掉落口，形成藥物掉落通道。

在智能藥盒工作的過程中，子女事先將藥物存放在上層不同的小藥盒中，待到服藥時間，藥盤會將裝有需要服用藥物的小藥盒旋轉(zhuǎn)至推拉機(jī)構(gòu)上方，然后推拉機(jī)構(gòu)打開擋板，小藥盒在重力作用下落入推拉機(jī)構(gòu)內(nèi)，檢測到藥盒落入后，推拉電機(jī)驅(qū)動推拉絲杠旋轉(zhuǎn)，將藥盒送出。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

藥盒控制系統(tǒng)涉及網(wǎng)絡(luò)通信、機(jī)電控制及信息交互等功能的實(shí)現(xiàn)?；诖诵枨?，本文選擇Arduino主控板作為系統(tǒng)的控制核心，并結(jié)合L9110S藥盒推拉模塊、A4988電機(jī)驅(qū)動模塊、DY-SC17F語音播放模塊、ESP8266無線網(wǎng)通信模塊及ATLLet035串口觸摸屏實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各功能需求。

當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時，老人點(diǎn)擊觸控屏，觸控屏將反饋電信號發(fā)送給Arduino主控板，隨后Arduino主控板發(fā)出控制信號。A4988電機(jī)驅(qū)動模塊接收到控制信號后，系統(tǒng)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)藥盤的轉(zhuǎn)動或者藥盒的推進(jìn)與推出。藥盒的網(wǎng)絡(luò)通信功能由ESP8266無線網(wǎng)通信模塊實(shí)現(xiàn)，通過互聯(lián)網(wǎng)，藥盒便可與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)老人服藥信息的上傳與下載，便于子女通過手機(jī)APP或其他方式，及時了解老人服藥情況并進(jìn)行提醒。藥盒控制系統(tǒng)如圖3所示。

3 結(jié)語

進(jìn)入21世紀(jì)，中國人口結(jié)構(gòu)日趨老齡化。隨著社會的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口素質(zhì)的提高，老年人、殘疾人等特殊群體越來越受到社會的關(guān)注。怎樣讓老人安度晚年，已成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。經(jīng)調(diào)查，由于消費(fèi)群體的特殊性，老年人購買康復(fù)用品、護(hù)理用品困難。銷售老年用品的零售店銷售困難，顧客來得多，買得少，因?yàn)楫a(chǎn)品種類過少。針對以上問題，本設(shè)計(jì)所開發(fā)的智能藥盒可設(shè)置老年人每日的藥品用量，既智能又方便，可以使老人按時吃藥、吃對藥，并且通過短信發(fā)送裝置，在老人不在藥盒附近的情況下及時發(fā)送短信給子女來提醒老年人吃藥，將會是一款受大眾歡迎的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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[5]宗望遠(yuǎn)，顧林.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015：8.

[6]張榮主.機(jī)械原理[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2015：9.