解丹婷，趙 培,2，杜 勝,3

(1.陜西能源職業(yè)技術學院煤炭與化工產業(yè)學院,陜西 咸陽 712000)

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

(3.陜西能源職業(yè)技術學院實踐教學管理處,陜西 咸陽 712000)

按照國際通行標準，60歲以上老年人口占比超過10%，即進入老齡化社會。2018年底的人口普查數據顯示，我國老齡化水平已經達到17.9%[1]，在平均預期壽命延長、生育水平下降的今天，人口老齡化已經成為我國一個極為嚴峻的社會問題。據數據統計，65歲以上的老年人中約80%患有心臟病、高血壓、關節(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服用4～6種藥物，而且用藥時間較長，有些藥物也要求在不同的時間段服用[3]。老年人普遍伴有視覺老化，記憶力、行動力、生活自理能力下降等癥狀，在長期服藥的情況下，很容易出現錯服、漏服、多服藥的狀況。因此通過對老年人生理特征的變化進行分析，并根據市場需求設計一款適合老年人使用的智能藥箱就顯得很是迫切。

1 智能藥箱箱體設計

結合部分老年人需要每天服用多種藥物的情況，本文設計的智能藥箱可以同時存放多種藥物。圖1所示為智能藥箱的實物模型圖。藥箱共有6個抽屜，對應圖中1～6的數字編號。其中1～4號抽屜存放片劑、膠囊劑、膏狀類藥品，5號抽屜存放液體類藥品，6號抽屜存放家用的血壓計、血糖儀、溫度計等常用醫(yī)療測量儀器。不同抽屜存放不同的藥物，實現藥物和儀器的分類存放。

圖1 智能藥箱實物模型圖

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

2 智能藥箱硬件設計

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間和間隔是不同的，往往導致了老年人用藥時間的不規(guī)律，增加了各種藥物之間的不良反應，甚至會嚴重影響老年人的身體健康。有數據顯示，55%的老年人能夠按醫(yī)囑服藥，30%的老年人會偶爾忘記服藥，而剩下的15%的老年人則會經常忘記服藥[4]。為了使老年人能夠按時服藥，智能藥箱除了能夠進行藥品存儲，還應具有服藥提醒功能，其中藥品存儲功能保證了不同藥品和家用醫(yī)療測量儀器的分類存放，服藥提醒功能則保證了老年人能夠按時服藥。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、檢測模塊、顯示模塊、提醒模塊、供電模塊等5個部分，較好地實現了藥品存儲和服藥提醒功能。

2.1 主控模塊

主控模塊采用STC89C52RC單片機對藥箱整個系統進行信息處理與控制。STC89C52RC單片機指令代碼完全兼容傳統8051單片機，其特點是速度快、功耗低、抗干擾能力超強[5]。

2.2 檢測模塊

檢測模塊包括兩部分：光敏傳感器單元和濕溫度檢測單元。

1)光敏傳感器單元由6個光敏傳感器組成，分別安裝在藥箱1～6號抽屜內，用于檢測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，其光強達不到設定的閾值，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，其光強達到設定的閾值，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，檢測模塊加入了濕溫度檢測單元，用于檢測并監(jiān)視藥箱周圍空氣的溫度及濕度。濕溫度檢測單元采用DHT11溫濕度傳感器模塊，其濕度檢測范圍為20%～95%，精度為5.0%，溫度檢測范圍為0～+50 ℃，精度為2 ℃。響應時間小于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，隨后顯示當前日期、時間、溫度及濕度。如圖3所示。其中日期及時間的顯示采用DS1302時鐘模塊實現，可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，對每月的天數和閏年的天數進行自動調整[7]，還可以通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式[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單片機輸入/輸出口的高低電平驅動蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器結構簡單，使用方便，可以作為各類電子產品的發(fā)聲器件。通過智能藥箱面板上的調節(jié)按鈕，可以對每個抽屜的服藥時間設置鬧鈴，如圖4所示。鬧鈴響起，相應的抽屜指示燈亮，顯示屏顯示抽屜編號。

圖4 藥箱設置界面

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 GSM/GPRS模塊，接口豐富，功能完善，尤其適用于需要語言、短信、GPRS數據服務的各種領域[9-10]。通過智能藥箱面板上的調節(jié)按鈕，可以設置一位緊急聯系人的手機號碼，如圖4所示。若同一抽屜鬧鈴提醒次數3次以上還未檢測到抽屜打開的低電平信號，提醒吃藥的短信就會發(fā)送到緊急聯系人的手機號碼上，告知緊急聯系人使用者未吃藥。

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 智能藥箱軟件設計

為了將智能藥箱各個功能模塊整合起來，實現協同合作，需要編寫相應的軟件程序。藥箱電源開關打開后，系統上電進入初始化，顯示屏顯示并語音播報“歡迎使用智能藥箱”，初始化完畢后藥箱進入系統主界面，如圖3所示，顯示屏顯示當前日期、時間及環(huán)境溫度和濕度。此時，可以通過面板上的調節(jié)按鈕對1～6號抽屜進行數據設置。智能藥箱根據設置內容進行服藥提示，并根據實際情況執(zhí)行不同的操作。執(zhí)行完畢后藥箱顯示屏返回主界面。智能藥箱軟件系統主要包括2個模塊：服藥信息及家用醫(yī)療測量儀器使用設置模塊和服藥提醒模塊。

3.1 服藥信息及家用醫(yī)療測量儀器使用設置模塊

在家庭人員使用智能藥箱前，需要根據使用者服藥情況和血壓計、血糖儀、溫度計等儀器使用情況對1～6號抽屜參數進行設置，其中1～5號抽屜設置內容包括每日服藥的次數、每次服藥藥量、每次服藥的鬧鈴提醒時間及緊急聯系人的手機號碼。6號抽屜設置醫(yī)療測量儀器的每日使用次數、每次提醒時間及緊急聯系人的手機號碼。設置完成后按下復位按鈕，系統返回主界面，完成設置。為了保證系統斷電后設置的1～6號抽屜的使用信息不會丟失，外設EEPROM存儲器，將服藥信息等存儲在該存儲器中，保證系統掉電后信息不丟失。圖5為服藥信息及家用醫(yī)療器械使用設置的軟件流程圖。

圖5 軟件流程圖

3.2 服藥提醒模塊

當設定好使用者的服藥信息后，系統進入服藥的監(jiān)控狀態(tài)。當設置的鬧鈴時間與系統時間一致時，鬧鈴響起，提醒使用者吃藥，此時相應抽屜安裝的指示燈亮起來，若抽屜內安裝的光敏傳感器檢測到光源信號，就會輸出低電平給主控系統，即使用者已打開抽屜服藥，系統記錄吃藥狀態(tài)，指示燈滅；若一直未檢測到傳感器輸出的低電平信號，即使用者未打開抽屜服藥，相應抽屜指示燈處于長亮狀態(tài)，并且鬧鈴每隔10 min提醒一次，鬧鈴提醒3次后仍未檢測到傳感器輸出的低電平信號，系統發(fā)送短信到緊急聯系人預留的手機號碼上，告知使用者未按時吃藥，直至抽屜被打開，指示燈熄滅。

4 結束語

傳統藥箱大多強調儲藥功能，體積較小，功能單一，更傾向于便攜性。智能藥箱在設計時增加了存儲空間，分別針對片劑、膠囊劑、膏狀、液體等藥品設計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、血糖儀、溫度計等常用醫(yī)療測量儀器的抽屜。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、準確進行服藥，易用性更強，性價比更高，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所。