老年人家用智能藥盒的研究與設(shè)計

覃干健 龐喬塵 周娟

摘? 要：針對老年人因記憶力下降以及體力衰減等原因所出現(xiàn)的忘記吃藥、吃錯藥、未按時服藥等問題，研究并設(shè)計了一款適合老年人家用智能藥盒。該藥盒同時兼顧藥物識別、藥物儲存、吃藥提醒、自動出藥、APP遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，智能輔助老年人安全按時服藥。

關(guān)鍵詞：智能藥盒;藥物抓取;APP物聯(lián)網(wǎng)

根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，2018年中國60歲以上的人口將近2.5億，占總?cè)丝诘?8%，世衛(wèi)組織預(yù)測，到2050年中國人口的35%（近4億人口）將會超過60歲，占亞洲老年人口的40%[1]。在如此龐大的老年人口的基數(shù)下，患有慢性病的老人數(shù)量也越來越多。一方面這些老人需要長期進(jìn)行服藥，而且大多數(shù)老年人本身都患有多種疾病，服用的藥物種類繁多。因此，老年人在服藥過程中必然會出現(xiàn)許多問題;另一方面，許多老年人通常記憶力較差，這會導(dǎo)致忘記服藥以及未按醫(yī)生許可直接服藥的問題。近些年來，市場上也出現(xiàn)了部分家用智能藥盒，但由于老年人生理及心理的特殊性，這部分智能藥盒產(chǎn)品并沒有真正起到幫助老年人的作用。因此，研發(fā)一種新型的老年人家用智能藥盒，真正輔助老年人正確按時按量的服藥具有重大意義，其市場前景廣闊。

1? 智能藥盒總體設(shè)計

智能藥盒主要由機械結(jié)構(gòu)、硬件電路系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)三大部分組成，從老年人實際需求出發(fā)，確立了整體設(shè)計方案以及必要的基本功能和一些拓展功能，三維建模渲染效果如圖1所示。

2? 智能藥盒自動出藥結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）藥品抓取結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于藥品大多為小藥片或者膠囊，其尺寸較小、重量非常輕且表面比較光潔，因此選擇真空吸盤式機械手[2]對藥物進(jìn)行抓取。

（2）藥品分類儲存結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于老年人服藥的藥品種類繁多，所以各種藥品的儲存需要進(jìn)行分格處理。本課題選擇以圓形為基準(zhǔn)的等分12扇形分格，并加上一云臺旋轉(zhuǎn)機構(gòu)[3]以便將所要抓取藥品的某一分格準(zhǔn)確送達(dá)藥品抓取處。

（3）藥品輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計。制作一取藥盒將同一批次藥品集中在取藥盒中，在完成藥品抓取后可從取藥門拿出取藥盒，從而取出該批次藥品，可避免出現(xiàn)取錯藥、少取藥等問題。

3? 智能藥盒硬件電路系統(tǒng)設(shè)計

（1）系統(tǒng)控制模塊設(shè)計。采用STM32F103RCT6作為主控制芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)作為系統(tǒng)控制模塊，有機結(jié)合各個模塊互不干擾相互協(xié)調(diào)的工作。

（2）控制溫濕度模塊設(shè)計。選用DTH11溫度傳感器模塊、2PTC加熱器模塊等模塊，實現(xiàn)了對藥盒內(nèi)溫濕度的監(jiān)控與調(diào)節(jié)，解決了藥品儲存需要防潮控溫的問題。

（3）藥品識別模塊設(shè)計。選用E1005條形碼模塊對藥物外盒包裝上的條形碼進(jìn)行識別，并從數(shù)據(jù)庫調(diào)出藥品信息。因此既可以使用戶了解藥品信息，也方便用戶向智能藥盒錄入該藥品信息。

（4）通信模塊設(shè)計。采用低功耗的ESP 8266模塊，通過此模塊可與互聯(lián)網(wǎng)連接，以達(dá)到與開發(fā)的APP相互通信的功能。

（5）串口屏模塊設(shè)計。采用的是淘晶馳的TJC8048K050_011串口屏模塊，屏幕自帶觸摸功能，用戶可以在此串口屏上進(jìn)行配藥、錄入藥品、查看藥庫等，操作方便簡單。

4? 智能藥盒軟件系統(tǒng)設(shè)計

（1）APP主程序設(shè)計。通過接收硬件電路中藥品識別模塊中所得到的條形碼（barcode），再根據(jù)barcode通過get請求訪問RollToolsApi獲取藥品數(shù)據(jù)信息，APP整理之后將數(shù)據(jù)發(fā)送回硬件電路系統(tǒng)，其處理完之后發(fā)送配方以及藥庫的信息回APP進(jìn)行顯示，配方的信息有藥品名，服藥時間以及劑量，APP可以根據(jù)服藥時間進(jìn)行計時，到點可以發(fā)送通知給用戶提醒用戶吃藥[3]。并且在APP中可以查看到實時的藥庫信息，其中包括分格藥盒的位置編號、藥品信息等，用戶可在藥庫界面看到各個分格藥盒所儲存藥品信息。

（2）APP框架設(shè)計。該APP基于Android Studio開發(fā)工具，開發(fā)了具有人機交互的界面，主要運用了okhttp3網(wǎng)絡(luò)框架，基于該框架，再結(jié)合web后臺（web后臺采用了SSM框架，該框架集成了Spring、SpringMVC、MyBatis三個開源框架，基于該框架，實現(xiàn)了越來越輕量級配置，將注解開發(fā)發(fā)揮到極致，且ORM實現(xiàn)更加靈活，SQL優(yōu)化更簡便），實現(xiàn)了對藥品信息以及用戶信息的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫存儲;基于MobTech移動開發(fā)者服務(wù)平臺實現(xiàn)了注冊賬號、短信驗證登錄、找回密碼、更改密碼功能?；赗ecyclerView控件實現(xiàn)了藥品信息的列表展示。基于阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)了與硬件電路系統(tǒng)的連接，使APP與智能藥盒可進(jìn)行實時信息傳輸。

（3）軟件系統(tǒng)界面設(shè)計。該APP界面包括用戶信息登錄界面、配藥界面以及藥庫界面等。其中用戶信息登錄界面可實現(xiàn)用戶通過聯(lián)網(wǎng)登錄或者通過驗證碼登錄，擁有注冊、記住密碼以及找回密碼等功能;配藥界面中可設(shè)置藥品信息、藥品服用時間以及藥品服用劑量等;藥庫界面則包含每一分格藥盒中各個藥品信息。

5? 結(jié)語

通過對智能藥盒的總體設(shè)計以及各部分系統(tǒng)設(shè)計，構(gòu)建了一個包含自動取出藥品、控溫控濕儲存藥品、識別藥品、與物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)通信以及基于APP的人機交互等系統(tǒng)模塊的智能藥盒。實現(xiàn)了藥物識別、藥物儲存、吃藥提醒、自動出藥、APP遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，智能輔助老年人安全按時服藥。在當(dāng)下的人口老齡化問題中，養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)將是下一個風(fēng)口產(chǎn)業(yè)，又尤以醫(yī)療養(yǎng)老為重點，因此智能藥盒有著巨大的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王榮欣， 秦儉， 湯哲.我國老年人醫(yī)療服務(wù)現(xiàn)狀及醫(yī)療服務(wù)需求[J].中國老年學(xué)雜志，2011，31（3）：534-536.

[2]李蕓.基于氣動吸盤分選裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備.2018（11）：32-33.

[3]張藝瀅.一種老年人智能旋轉(zhuǎn)藥盒設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（30）：28-29.

資助項目：2021年自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目“智能藥盒”，項目編號S202110595270。

通訊作者：周娟，女，（1980年—），助理研究員，研究方向為精密儀器裝備制造。F7D769BB-29E7-4C2C-BC0C-AA3E4A16C27C