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        結(jié)合云平臺設(shè)計的多功能智能藥盒的研發(fā)*

        2023-09-21 19:51:30鄭文棟景洪昌陳和順馮麟媛
        科技與創(chuàng)新 2023年7期
        關(guān)鍵詞:單片機老年人智能

        鄭文棟,胡 非,王 博,景洪昌,陳和順,馮麟媛

        (湖北師范大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院,湖北 黃石 435002)

        1 研究背景

        中國老齡化情況日益加重,老年群體占人口的比例也逐漸增加。老年人患病種類中,慢性病占著較大的比例,老年人服藥過程中也出現(xiàn)了服藥種類多、數(shù)量多,藥品包裝復(fù)雜,服藥過程繁雜的情況,這也是老年人在服藥過程中遇到的困難[1]。隨著老年人的記憶力下降,就出現(xiàn)了健忘癥,他們經(jīng)常忘記按時吃藥,若是遇到較為苛刻的用藥要求,如在不同的時間服用不同的藥品的情況,這種要求使得老年人準(zhǔn)確服藥更是難上加難。而且很多老人身邊是沒有家人陪伴的,也不會有醫(yī)生在旁指導(dǎo),這種情況下服藥,就會存在很多安全隱患。目前市場上的大多數(shù)藥盒都沒有具體的時間標(biāo)注,藥盒的主要目的基本上是為了儲存藥品,對于復(fù)雜的用藥過程是沒有詳細(xì)的指導(dǎo)功能的,最多只是做到簡單的用量和大體時間的標(biāo)注。老年人的忘服藥、誤服藥以及亂服藥等問題不能得到根本上的解決,大部分藥盒對老年人的正確用藥沒有起到幫助作用,針對老年人的心理、生理以及生活行為來設(shè)計的藥盒更是少之又少。因此,設(shè)計一種能夠方便老年人用藥,還能夠解決老年人服藥問題的智能家用藥盒十分必要。

        2 智能藥盒整體設(shè)計背景和思路

        單片機隨著現(xiàn)代社會的需要也在不斷發(fā)展壯大,各種電子產(chǎn)品中已普遍地使用到了以單片機為基礎(chǔ)的集成電路。以單片機為核心的數(shù)字集成電路產(chǎn)品正是基于其具有體積較小、功能豐富和低功耗等優(yōu)勢,才有巨大的市場開發(fā)價值[2]。因此電子智能藥盒公司在選定型號時,就充分考慮了單片機的功能體積和產(chǎn)品耐用性等因素,并使其朝著智能化、微型化的方向發(fā)展??茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展本就是為方便人們,鑒于老年人在服藥中遇到的各種問題,智能藥盒的設(shè)計應(yīng)運而生。

        STC90C516 單片機、LCD1602 液晶和單片機的定時/計數(shù)器等工作原理和結(jié)構(gòu),在結(jié)合云平臺的基礎(chǔ)上,成為了家庭智能藥盒系統(tǒng)設(shè)計所相關(guān)硬件的工作原理和結(jié)構(gòu)[3]。該系統(tǒng)的運行方式是:采用單片機控制器使嵌入的STC90C516 微電腦定時器可以被中斷,從而讓系統(tǒng)能夠監(jiān)測時鐘的執(zhí)行情況,同時也可以在LCD1602 液晶體上顯示出當(dāng)系統(tǒng)偵測到有時間設(shè)定功能按鍵及藥物設(shè)定功能按鍵的信號后,進入中斷時間及設(shè)定狀態(tài)時,就可以打開中斷并按下定時按鈕,以記錄當(dāng)前設(shè)定的時間以及用藥量。當(dāng)系統(tǒng)的定時調(diào)機完成之后,在系統(tǒng)定時工作的過程中,會連續(xù)不斷把系統(tǒng)的實際時間和記錄時間進行比較,而當(dāng)二者時間相同時,系統(tǒng)就會產(chǎn)生警告,并提供完整的合理用藥數(shù)據(jù),1 min 后,如果實際時間與系統(tǒng)的記錄時間不相同的話,系統(tǒng)就會主動退出提醒。這樣提示病人要準(zhǔn)時吃藥并且合理用藥的系統(tǒng)適合在家庭中應(yīng)用。

        3 藥盒系統(tǒng)的設(shè)計

        3.1 藥盒系統(tǒng)的功能設(shè)計

        藥盒控制器采用了STC90C516 單片機為主控器件,同時整合了由單片微型計算機提供最小系統(tǒng)輸出電壓所需的上電及復(fù)位回路,并內(nèi)置晶體振蕩器集成電路,電源模塊為藥盒系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的直流電源,讓系統(tǒng)正常運行。

        以STC90C516 單片機為主控芯,同時整合了單片微型電腦的最小芯片的上電復(fù)位回路和內(nèi)置晶振集成電路的藥盒芯片,而LED1602 顯示模塊則主要作用是系統(tǒng)時鐘及其他數(shù)據(jù)的指示共振,語音系統(tǒng)是通過接收從單片機或微型計算機中傳送過來的語音信息達到對聲音信息顯示的目的,而LED 發(fā)光二極管和具備語音功能的蜂鳴器起到了協(xié)助報警作用。在編程時,利用其內(nèi)核或者單片機的內(nèi)存資源、所有驅(qū)動程序資源資源的程序儲存區(qū)進行調(diào)用,然后利用單片機的接口、單片機的引腳以及系統(tǒng)其他的模塊資源,子程序和LCD1602 數(shù)據(jù)的刷新程序需通過主程序的按鍵來掃描,把LCD1602 和按鍵模塊相結(jié)合,以達到通過按鍵輸入的所有信息能夠在LCD1602的液晶顯示屏實時播放的效果。系統(tǒng)中所有模塊間的配合功能是由單片機實現(xiàn)的,2+2+4 的8 個按鍵的輸入,也是由單片機完成檢測,同時可以將原先錄入的所有信號都顯示在LCD1602 顯示器上[4]。由1 個功能鍵、1 個調(diào)整按鍵和4 個定時對應(yīng)的定時按鈕來進行定時器設(shè)置,一按下功能鍵就可使用調(diào)整按鈕完成調(diào)整,時間和藥物劑量的6個數(shù)值的選擇根據(jù)按下功能鍵的不同次數(shù)設(shè)定,最后一步則是再次按下功能鍵以及4 個定時鍵之一,在這個時候LED 燈就會閃爍,這表示已經(jīng)完成了一次定時操作,此時,系統(tǒng)將會繼續(xù)運行。

        結(jié)束定時設(shè)計之后,來調(diào)整系統(tǒng)的時刻設(shè)置,可用功能按鈕和時間調(diào)節(jié)按鍵這2 個按鈕來實現(xiàn),只要把功能鍵全部按下,就能夠調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時刻,而分?jǐn)?shù)和小時數(shù)的調(diào)整則取決于按下功能鍵的次數(shù),在進行了系統(tǒng)時刻的調(diào)整后,當(dāng)最后一次按下功能鍵后,系統(tǒng)時鐘就會開始工作。而系統(tǒng)的實際時間調(diào)整是通過單片機的定時器來實現(xiàn)的,由單片機的時間測量功能來測量系統(tǒng)的實時時間和另外4 個定時時間之一是否相等,一旦實時時鐘運行到預(yù)定的定時關(guān)機時間,LCD1602 顯示器上將會顯示藥物劑量,蜂鳴器會發(fā)出響亮的蜂鳴聲,LED 指示燈閃爍,提醒用藥時間到了。大概1 min 后,實際時鐘就會到達定時時間,但此時實際時間和定時時間將不再相同,系統(tǒng)將退出報警程序。

        3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

        整個軟件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括STC90C516 單片機、2+2+4 按鍵、開關(guān)電源、晶振電路、復(fù)位回路、液晶顯示、蜂鳴器電路、發(fā)光二極管等幾個部分。

        3.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

        單片機最小系統(tǒng)主要由STC90C516 單片機、晶振電路、復(fù)位電路等構(gòu)成。

        3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        此系統(tǒng)軟件的功能是利用單片檢測按鍵進行信息的輸入,并且能夠?qū)⑤斎氲男畔㈦S時顯示在LCD1602的液晶顯示屏上,這時候系統(tǒng)就會自動將設(shè)置用藥的時間記錄下來,將系統(tǒng)時鐘設(shè)置好,所有的設(shè)置完畢后,系統(tǒng)就可以開始運行了[5]。在系統(tǒng)運行的過程中,單片機就會對比系統(tǒng)的實時時間和定時時間之間的區(qū)別。當(dāng)兩種時間一樣的時候,系統(tǒng)就會發(fā)出警報,并且會在顯示屏上顯示該次服用藥物的劑量。子程序由主程序控制著,子程序之間又相互作用、相互協(xié)調(diào)??偠灾袑?yīng)子程序的元件只要驅(qū)動子程序,各個子程序就會自動進行協(xié)調(diào)運作,共助系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。

        主程序模塊的作用包括對系統(tǒng)各個部件初始化的控制,調(diào)用各個功能的子程序,當(dāng)然,調(diào)用這程序的方法也可以通過兩重及以上的嵌套,主程序控制著多個子程序模塊系統(tǒng),只要將主程序進行運行,就可以實現(xiàn)各個子程序模塊之間的協(xié)調(diào)功能。隨著主程序的運作,整個系統(tǒng)將持續(xù)進行運算操作,這樣每個階段的不同功能就可以被實現(xiàn)。在本系統(tǒng)的主程序之中,當(dāng)主程序在不同的階段運行時,通過時鐘的作用,主程序首要的任務(wù)就是將各個模塊進行初始化,其次才是進入循環(huán);在系統(tǒng)進入循環(huán)后,通過對鍵盤進行掃描,從而調(diào)用子程序,并且通過掃描進行信息的輸入,經(jīng)過系統(tǒng)運算,就會更新子程序,把原先輸入的所有信息都在LCD1602 上顯示出來,從而完成這4 次時間以及用藥劑量的設(shè)置,然后調(diào)整實時時間,只要實時時間一直向前運行,一旦設(shè)定時間與系統(tǒng)的實時時間相等,系統(tǒng)就會進入報警程序。

        4 智能藥盒語音和定時功能

        老年患者在選取藥物的時候,直接觸碰頂蓋上的觸摸屏以及按鍵進行操作,就可以輕松完成取藥服藥。這個功能可以有效幫助行動不便的老人,或者是視力不好的老人,他們可以通過語音功能輸入命令,用語音來操控智能藥盒,這樣就可以輕松拿到他們自己想要拿的藥。并且可以在老年人忘記拿藥的情況下,會通過原先設(shè)計好的時間發(fā)出報警聲,以這種方式來提醒老年人吃藥,同時,還會自動將老年人需要的藥品提取出來,對于健忘的老年人來說,如果他們忘記或者拿錯了藥品,這個功能可以解決這類問題。還可以通過網(wǎng)絡(luò)通信功能,將智能藥盒旋轉(zhuǎn)功能的運行信息上傳到云服務(wù)器上,這種功能可以可以通過APP 來控制,當(dāng)老年人身邊沒有人幫助的情況下,這種功能就可以用到,比如老年人的子女可以直接用過手機來操作,遠程提醒老年人服藥。

        最后經(jīng)過研制,形成產(chǎn)品——多功能智能藥盒,如圖1 所示。

        5 結(jié)論

        本系統(tǒng)以STC90C516 單片機為核心,具備LCD1602 時間指示、4 次計時、蜂鳴器提示服藥時間、提示4 種用藥劑量等功能。所采用的STC90C516 系列單片機具有抗干擾性強、低功耗以及安全性高的特點。本文的出發(fā)點是為了防止老年人漏服或錯誤藥物、忘記服用藥物、亂服用藥物等現(xiàn)象的發(fā)生,滿足老年人方便、正確和安全用藥的需求,而設(shè)計了一種能夠做到智能分類藥品、遠程操作、定時提醒服務(wù)以及語音識別等效果的智能藥盒。本文主要對智能藥盒這款產(chǎn)品進行設(shè)計,使智能藥盒的功能更加豐富,既可以適應(yīng)老人在各種情況下的使用需要,也可以從根本上提高老人的生存品質(zhì),從而改善老人的生活水平[6]。

        在中國老齡化越來越嚴(yán)重,人們越來越注重健康的環(huán)境下,智能藥盒非常具有實用價值。在系統(tǒng)功能上,如集成DS1302 添加了萬年歷的功能;在集成測溫模塊上,增加了對室內(nèi)溫度的檢測功能。這樣可以充分利用單片機的功能,將系統(tǒng)的可用性進一步增加。

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