郭志彪，蘇恭超

(1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司，廣東 廣州 510623； 2.深圳大學(xué) 信息工程學(xué)院，廣東 深圳 518060)

基于藍(lán)牙4.0和APP控制的智能藥盒設(shè)計(jì)*

郭志彪1,2，蘇恭超2

(1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司，廣東 廣州 510623； 2.深圳大學(xué) 信息工程學(xué)院，廣東 深圳 518060)

針對中老年慢性病人需長期、穩(wěn)定、準(zhǔn)時(shí)服藥的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種基于安卓手機(jī)APP和藍(lán)牙4.0技術(shù)的智能藥盒。該智能藥盒具備用藥檢測和服藥提醒功能，以及檢測用戶是否攜帶藥盒。該藥盒還集成了體溫檢測模塊并提供緊急求助功能?？刂葡到y(tǒng)采用支持藍(lán)牙4.0的低功耗nRF51822芯片作為主控芯片，并結(jié)合體溫檢測模塊GY-MCU90615和GPRS模塊FIBOCOM G510而構(gòu)成。開發(fā)了相應(yīng)的基于Android的手機(jī)APP以為用戶提供交互式界面。該藥盒便于攜帶、使用方便、具備多項(xiàng)輔助功能,并且便于用戶通過手機(jī)APP進(jìn)行交互，適合需長期定時(shí)服藥的病患者使用。

智能藥盒；藍(lán)牙4.0；Android；nRF51822

0 引言

近年來，隨著我國人口結(jié)構(gòu)逐漸向老齡化過渡，我國已成為世界上老齡人口最多的國家，也是老齡人口增長最快的國家之一。據(jù)2014年的統(tǒng)計(jì)，我國60歲以上人口占總?cè)丝诘谋壤殉^14.9%[1]。許多老年人患有慢性疾病，需要長期、定時(shí)服藥。而老年人由于記憶逐漸衰退，聽力逐漸減弱，容易發(fā)生忘記服藥、不按照醫(yī)囑服藥、重復(fù)服藥以及服錯(cuò)藥物劑量等問題，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。而子女作為監(jiān)護(hù)人也容易因?yàn)楣ぷ髅Φ仍驅(qū)е码y以對老人的服藥狀態(tài)做到細(xì)致的監(jiān)督。

為更好地反饋老人服藥情況，隨著IT技術(shù)的發(fā)展，具備智能信息處理能力的藥盒應(yīng)運(yùn)而生。文獻(xiàn)[2]提出一種基于STC89C52芯片的具備鬧鐘和短信提醒功能的智能藥盒設(shè)計(jì)方案；文獻(xiàn)[3]提出一種基于STM32芯片的具備語音提示和短信通知的智能藥盒設(shè)計(jì)方案；文獻(xiàn)[4]提出一種基于AT89S52的設(shè)計(jì)方案；文獻(xiàn)[5]提出一種內(nèi)置攝像頭并通過掃描二維碼獲取病人所服藥物信息的設(shè)計(jì)方案；文獻(xiàn)[6]提出一種利用Skype軟件反饋服藥信息的設(shè)計(jì)方案。然而這些方案所收集和反饋用戶服藥信息有限，并且沒有考慮子女等監(jiān)護(hù)人隨時(shí)主動(dòng)查詢老人服藥信息的功能，用戶與藥盒的交互操作需要在藥盒上進(jìn)行，沒有利用到手機(jī)等終端智能設(shè)備。

本文設(shè)計(jì)了一種具備服藥檢測和服藥提醒功能的便攜式智能藥盒。本設(shè)計(jì)具備語音提醒、藥物用量顯示、一鍵急救報(bào)警功能，并且具有通過藍(lán)牙4.0與智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)信息同步并實(shí)現(xiàn)監(jiān)測藥盒攜帶情況的功能。開發(fā)了配套的基于Android系統(tǒng)的APP，使得藥盒能與病患者和監(jiān)護(hù)人同時(shí)進(jìn)行信息交互。本系統(tǒng)還集成了體溫檢測模塊，并利用GPRS模塊將用戶服藥信息同步至服務(wù)器上。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本文中所設(shè)計(jì)的智能藥盒，具備服藥檢測和服藥提醒功能。通過檢測藥盒開關(guān)來記錄用戶的服藥行為，并記錄用戶的服藥時(shí)間?？砂凑疹A(yù)先設(shè)定的時(shí)間提醒用戶服藥。本系統(tǒng)選擇以nRF51822芯片作為主控芯片。系統(tǒng)通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)智能藥盒和手機(jī)APP間的數(shù)據(jù)同步，并檢測藥盒是否離開藍(lán)牙覆蓋范圍從而在手機(jī)APP中實(shí)現(xiàn)用戶攜帶藥盒的檢測。系統(tǒng)利用GRPS模塊實(shí)現(xiàn)藥盒的基站定位，并集成了GY-MCU90615傳感器模塊實(shí)現(xiàn)體溫檢測。在APP中實(shí)現(xiàn)用戶的注冊與管理、藥盒檢測、服藥信息收集并分享至微信上。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟硬件框架

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖2 系統(tǒng)硬件模塊

智能藥盒硬件部分由電源模塊、主控模塊與藍(lán)牙模塊、體溫檢測模塊、用戶交互模塊、GPRS模塊以及相關(guān)外圍電路構(gòu)成，如圖2所示。其中用戶交互模塊包括LCD顯示屏和6個(gè)藥盒實(shí)體按鍵，以實(shí)現(xiàn)藥盒與用戶的直接交互。

2.1 電源模塊

電源模塊采用標(biāo)稱3.7 V鋰電池供電。其中GPRS模塊由鋰電池直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)行工作，而主系統(tǒng)需要一路3.3 V電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在此采用3.3 V電壓轉(zhuǎn)換電路給主系統(tǒng)進(jìn)行供電。電壓轉(zhuǎn)換芯片采用RICHTEK公司的RT9193 LDO電源芯片。該芯片工作電壓在2.5～5.5 V，待機(jī)電流小于0.01 μA，具有過流保護(hù)和過熱保護(hù)功能。驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

圖3 電源模塊驅(qū)動(dòng)電路

另外，由于設(shè)計(jì)有鋰電池充電電路，因此還需要一顆充電IC，保證Micro USB 5 V的電源能夠給鋰電池充電。充電IC選用TI公司的充電IC BQ24040。驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

圖4 充電IC驅(qū)動(dòng)電路

2.2 主控模塊與藍(lán)牙模塊

由于智能藥盒硬件對主控芯片的計(jì)算能力要求有限，而智能藥盒作為便攜式設(shè)備對系統(tǒng)能耗有較高要求，因此本設(shè)計(jì)選擇兼具藍(lán)牙模塊功能的nRF51822芯片作為主控芯片，nRF51822采用ARM Coretex-M0內(nèi)核，并且集成了藍(lán)牙4.0的射頻電路，有31個(gè)GPIO口、256 kB的內(nèi)部Flash、16 kB的RAM，并且有I2C、UART等豐富外設(shè)，支持藍(lán)牙4.0協(xié)議，滿足絕大部分低功耗應(yīng)用場合。

2.3 體溫檢測模塊

體溫檢測模塊選用GY-MCU90615集成模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)了傳感器到處理器的信號(hào)傳輸，將主控IC外接一對UART信號(hào)與模塊通信即可實(shí)現(xiàn)體溫檢測的功能。原理圖如圖5所示。

圖5 體溫檢測模塊原理圖

2.4 GPRS模塊

GPRS模塊采用FIBOCOM G510模塊。G510模塊支持GSM四頻850/900/1 800/1 900 MHz，擁有內(nèi)置協(xié)議棧和雙串口。該模塊能夠被集成進(jìn)任何需要通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語音通話或數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)或者產(chǎn)品中。原理圖如圖6所示。

圖6 GPRS模塊原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)服藥定時(shí)計(jì)時(shí)、信息顯示、服藥行為檢測、藥盒查找以及記錄用戶服藥信息等功能。藥盒所記錄的用戶服藥信息可通過GPRS連入因特網(wǎng)發(fā)送至服務(wù)器并記錄到數(shù)據(jù)庫中。主程序的流程圖如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

3.2 Android APP設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Android的與藥盒配套的APP，以實(shí)現(xiàn)用戶通過手機(jī)與藥盒進(jìn)行交互。首先，在APP中實(shí)現(xiàn)用戶管理功能。用戶在APP上進(jìn)行注冊、密碼管理與維護(hù)。其次，在APP中利用手機(jī)的藍(lán)牙搜索功能，實(shí)現(xiàn)對用戶攜帶藥盒的檢測。如果手機(jī)無法搜索到藥盒，則APP向用戶發(fā)出警示。最后，APP提供了與用戶交互的界面。表1給出了APP各功能模塊的設(shè)計(jì)要求。

表1 APP各功能模塊設(shè)計(jì)要求

在用戶交互模塊中，包括以下功能：(1)吃藥檢測：在APP和藥盒同步發(fā)出吃藥提醒以后，通過檢測藥盒蓋子的開關(guān)來記錄用戶的服藥行為。(2)終端信息同步：APP可以通過藍(lán)牙，把用戶設(shè)置等同步至藥盒終端。(3)設(shè)置藥物名稱和服藥時(shí)間：可以為每個(gè)小格設(shè)置藥品名稱、吃藥時(shí)間和服藥設(shè)置，也可以啟動(dòng)條形碼掃描。通過掃描藥品包裝上的條形碼可以自動(dòng)獲取藥品的名稱等信息，通過APP自動(dòng)啟動(dòng)的查找用戶手機(jī)號(hào)碼功能將用戶的電子病歷信息同步至APP端，可以獲取吃藥時(shí)間和服藥設(shè)置。(4)導(dǎo)出藥物說明書：在APP端，可以通過查詢藥品名稱，從服務(wù)器導(dǎo)出藥品說明書，也可通過掃描藥物外包裝上的二維碼來從服務(wù)器導(dǎo)出藥品說明書。(5)生成吃藥報(bào)告并可以分享該吃藥報(bào)告至微信。(6)藥物統(tǒng)計(jì)功能：APP通過藥品編碼的掃描和吃藥行為的記錄獲得藥品數(shù)量和已服用藥品的數(shù)量。二者之差即為剩余藥物的數(shù)量。APP用戶交互模塊設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖8 APP功能設(shè)計(jì)圖

4 結(jié)束語

針對中老年慢性病人需要長期定時(shí)服藥，而病人自身難以保證正確服藥并且監(jiān)護(hù)人難以做到準(zhǔn)確及時(shí)監(jiān)督病人服藥的狀況，本文提出了一種基于藍(lán)牙4.0和手機(jī)APP控制的智能藥盒設(shè)計(jì)。通過智能藥盒定時(shí)提醒患者準(zhǔn)時(shí)服藥并檢測患者的服藥行為，通過手機(jī)APP向監(jiān)護(hù)人提供患者的服藥信息，使得監(jiān)護(hù)人可以隨時(shí)隨地查看患者的服藥記錄，降低患者不按時(shí)服藥和錯(cuò)誤服藥的風(fēng)險(xiǎn)。所搜集的患者服藥記錄還可以為醫(yī)生、醫(yī)院跟進(jìn)患者疾病護(hù)理情況提供有用的信息，從而更好地保證中老年慢性病患者的生活質(zhì)量。

[1] 吳繼煜.我國人口年齡結(jié)構(gòu)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展分析[J]. 貴州大學(xué)學(xué)報(bào) (社會(huì)科學(xué)版),2015(2):90-96.

[2] 龔虹瑞,黃曉麗.具有鬧鐘和短信提醒功能的智能藥盒設(shè)計(jì)[J]. 西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014(5):85-88.

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Design of smart medicine box with Bluetooth 4.0 and APP control

Guo Zhibiao1,2, Su Gongchao2

(1. China Mobile Group Corporation Guangdong Limited Co. Ltd, Guangzhou 510623, China;2. College of Information Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China)

There is a growing population of elderly people with chronicle diseases who need to take medicine at regular intervals over a prolonged period of time. In order to cope with their demand, a smart medicine box with Bluetooth 4.0 and Android smartphone APP control is proposed. The proposed smart medicine box offers the functions of keeping track of medicine usage and notifying users at preset time. It can also alert users when patients fail to bring the medicine box. In addition, the smart medicine box offers the functions of body temperature measurement and emergency call for help. The nRF51822 SoC is used as the processing core which offers low power consumption and supports Bluetooth 4.0. The GY-MCU90615 module is used for body temperature measurement and the FIBOCOM G510 module is used to provide GPRS connectivity. Moreover, a companion Android-based APP is developed to interact with users via smartphones. The proposed smart medicine box is portable and user-friendly, offers various auxiliary functions , provides wireless connectivity and can interact with uses via smartphone APP. It is widely applicable to patients with chronicle diseases.

smart medicine box; Bluetooth 4.0; Android; nRF51822

TP368

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.23.025

郭志彪，蘇恭超.基于藍(lán)牙4.0和APP控制的智能藥盒設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(23)：86-88,92.

廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015A030313552)

2017-06-10)

郭志彪(1977-)，男，碩士，工程師，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)。

蘇恭超(1979-)，通信作者，男，博士，講師，主要研究方向：無線通信。E-mail: gcsu@szu.edu.cn。