基于Raspberry Pi的智能藥柜研究

郁鵬洋

摘? ?要：本研究旨在設(shè)計和開發(fā)一種基于Raspberry Pi的智能藥柜，以提高藥物管理的效率和準確性。智能藥柜是一種集成物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的新型醫(yī)療設(shè)備，能夠智能化地存放和監(jiān)測藥品。本研究采用了Raspberry Pi作為智能藥柜的核心控制單元，利用其開源的特性和豐富的外部接口，實現(xiàn)了藥品的識別、分類和存取控制功能?？傮w來說，本研究目的為設(shè)計一種基于Raspberry Pi的智能藥柜，并驗證了其在藥品識別、分類和存取控制方面的有效性和可行性。未來，我們可能進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能，并探索更多的醫(yī)療場景下的應(yīng)用可能性，以進一步提升智能藥柜的實用性和普及度。

關(guān)鍵詞：智能藥柜；Raspberry Pi；物聯(lián)網(wǎng)；藥品管理；藥品識別

一、背景研究

隨著后疫情時代的來臨，新冠的普及化，每個家庭都常備用了很多藥品和防護用具，但是人們往往忽略了潛在的問題，比如誤服過期藥品、誤服了兩種相沖的藥品、服用劑量不夠準確、藥品是否按要求存放、服藥的間隔時間等。針對這些問題，已有的解決方案如線下問診等不能方便快捷的滿足人們的日常所需，同時市場上針對此方面的醫(yī)療器械如專業(yè)的醫(yī)藥柜等都是復雜且又成本較高并不適合大眾家庭使用，因此為了解決用戶錯誤服藥等一系列的問題，設(shè)計一款集智能化與人性化的智能藥柜系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。

為了解決以上問題，本文結(jié)合多種產(chǎn)品的優(yōu)點，從用戶實際使用時易出現(xiàn)的問題的角度出發(fā)，設(shè)計一款基于樹莓派（Raspberry PI）的智能藥柜系統(tǒng)。在設(shè)計的智能藥柜系統(tǒng)中，采用指紋模塊以識別服藥對象、采用掃碼模塊掃入條碼編號、利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)提取并存儲藥品信息、搭建數(shù)據(jù)庫用于信息管理。通過以上設(shè)計結(jié)合開發(fā)的交互界面，保證了用戶在正確的時間服用正確的藥物。設(shè)想提出的系統(tǒng)實施成本較低、功能齊全，從用戶使用需求出發(fā)，解決了現(xiàn)有產(chǎn)品無法識別身份、無法管理信息的問題。

二、研究課題

（一）系統(tǒng)硬件及電路設(shè)計

本文設(shè)計的智能藥柜由樹莓派主控板、條形碼掃入模塊、指紋識別模塊、鬧鐘提醒模塊、電磁鎖模塊和智能Android手機組成，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖所示。用戶通過樹莓派顯示器進行人機交互，移動終端通過無線網(wǎng)絡(luò)獲得本地服務(wù)器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

（二）樹莓派（Raspberry Pi）服務(wù)器軟件設(shè)計

智能藥柜功能模塊的驅(qū)動和上層通信均采用Python語言設(shè)計，功能代碼在PyCharm平臺上完成。指紋電路用于錄入用戶指紋，通過指紋特征值比對確認身份進入用戶界面，顯示用戶信息。隨后可以通過存取藥品模塊，掃入藥品條碼檢索提取藥品信息并存儲、顯示當前用戶該服用的藥物并取出、同時可以取出其他藥品；可在服藥設(shè)置模塊選擇藥物后顯示藥品具體信息，并根據(jù)用法用量設(shè)置服藥鬧鐘時間；可在信息查詢模塊查詢服藥記錄、查詢藥品庫存、查詢存取藥日志；可在參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置用戶信息和系統(tǒng)設(shè)置。流程圖如下：

（三）移動端應(yīng)用設(shè)計

應(yīng)用程序（APP）的設(shè)計：Android手機開發(fā)采用Android Studio 3.0開發(fā)， 主要實現(xiàn)用戶登錄， 藥箱綁定， 推送配置信息 （綁定藥箱和短信接收人手機號碼） ， 編輯并推送定時服藥計劃。接收藥箱推送的信息等功能。手機APP模塊包括存取藥日志、健康信息、服藥記錄、藥品庫存信息和用戶信息5個子模塊，如圖所示。其中：存取藥日志模塊用于查看存藥和取藥記錄；健康信息模塊用于查看用藥禁忌；服藥記錄模塊用于查看用戶歷史服藥記錄；藥品庫存信息模塊用于查看藥品信息及藥品的剩余量；用戶信息模塊用于查看用戶的個人信息。

（四）藥箱本體設(shè)計

智能硬件 （藥箱本體） 端功能設(shè)計主要能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)時間同步， 用戶信息綁定， 更新定時時間計劃列表， 藥品分發(fā)與取藥監(jiān)控， 信息推送， 語音提醒功能。設(shè)計圖如下：

三、關(guān)鍵問題

為了順利實現(xiàn)智能醫(yī)藥箱的制造以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，APP開發(fā)、在遠程環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)通信對醫(yī)藥箱進行控制，本文擬運用以下方式：

1.將所獲取的藥品信息、用藥劑量、保質(zhì)期、服藥時間等參數(shù)進行綜合運用，擴充傳感器節(jié)點的監(jiān)測范圍，并將數(shù)據(jù)信號通過中繼器進行增強，以便實現(xiàn)遠距離轉(zhuǎn)發(fā)。

2.將Android手機終端、串口WiFi通過傳輸模塊組網(wǎng)。

3.增強數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點的功能。另外，匯聚節(jié)點也要具有網(wǎng)關(guān)的功能，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接，以實現(xiàn)無距離控制、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)。

4.利用購買的材料組裝藥箱，設(shè)計軟件鏈接并測試。

5.通過近效期分析，利用手機端提示以便實現(xiàn)藥品信息和庫存的精細管理。

四、結(jié)語

已有的智能藥柜在實際使用中存在系統(tǒng)復雜、實施困難、成本較高、功能相對單一等一系列問題，因此，文中基于樹莓派主控設(shè)計一種智能藥柜。在設(shè)計的智能藥柜系統(tǒng)中，采用指紋模塊以識別服藥對象、使用掃碼模塊掃入條碼編號、利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)提取并存儲藥品信息、搭建數(shù)據(jù)庫用于信息管理，以保證用戶在正確的時間服用正確的藥物。為了進一步提高系統(tǒng)的可用性，在Android Studio開發(fā)平臺上設(shè)計基于智能保健系統(tǒng)的掌上管理應(yīng)用程序（APP），APP可以遠程查看和設(shè)置服務(wù)器的藥品信息和用戶信息。

基金項目：本文受到宿州學院省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助，項目編號S202310379093