基于藍牙4.0和APP控制的智能藥盒設計*

郭志彪，蘇恭超

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

基于藍牙4.0和APP控制的智能藥盒設計*

郭志彪1,2，蘇恭超2

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

針對中老年慢性病人需長期、穩定、準時服藥的現狀，設計了一種基于安卓手機APP和藍牙4.0技術的智能藥盒。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。控制系統采用支持藍牙4.0的低功耗nRF51822芯片作為主控芯片，并結合體溫檢測模塊GY-MCU90615和GPRS模塊FIBOCOM G510而構成。開發了相應的基于Android的手機APP以為用戶提供交互式界面。該藥盒便于攜帶、使用方便、具備多項輔助功能,并且便于用戶通過手機APP進行交互，適合需長期定時服藥的病患者使用。

智能藥盒；藍牙4.0；Android；nRF51822

0 引言

近年來，隨著我國人口結構逐漸向老齡化過渡，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2014年的統計，我國60歲以上人口占總人口的比例已超過14.9%[1]。許多老年人患有慢性疾病，需要長期、定時服藥。而老年人由于記憶逐漸衰退，聽力逐漸減弱，容易發生忘記服藥、不按照醫囑服藥、重復服藥以及服錯藥物劑量等問題，從而導致嚴重后果。而子女作為監護人也容易因為工作忙等原因導致難以對老人的服藥狀態做到細致的監督。

為更好地反饋老人服藥情況，隨著IT技術的發展，具備智能信息處理能力的藥盒應運而生。文獻[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計方案；文獻[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計方案；文獻[4]提出一種基于AT89S52的設計方案；文獻[5]提出一種內置攝像頭并通過掃描二維碼獲取病人所服藥物信息的設計方案；文獻[6]提出一種利用Skype軟件反饋服藥信息的設計方案。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護人隨時主動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行，沒有利用到手機等終端智能設備。

本文設計了一種具備服藥檢測和服藥提醒功能的便攜式智能藥盒。本設計具備語音提醒、藥物用量顯示、一鍵急救報警功能，并且具有通過藍牙4.0與智能手機實現信息同步并實現監測藥盒攜帶情況的功能。開發了配套的基于Android系統的APP，使得藥盒能與病患者和監護人同時進行信息交互。本系統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器上。

1 系統方案設計

本文中所設計的智能藥盒，具備服藥檢測和服藥提醒功能。通過檢測藥盒開關來記錄用戶的服藥行為，并記錄用戶的服藥時間。可按照預先設定的時間提醒用戶服藥。本系統選擇以nRF51822芯片作為主控芯片。系統通過藍牙實現智能藥盒和手機APP間的數據同步，并檢測藥盒是否離開藍牙覆蓋范圍從而在手機APP中實現用戶攜帶藥盒的檢測。系統利用GRPS模塊實現藥盒的基站定位，并集成了GY-MCU90615傳感器模塊實現體溫檢測。在APP中實現用戶的注冊與管理、藥盒檢測、服藥信息收集并分享至微信上。系統整體架構如圖1所示。

圖1 系統軟硬件框架

2 系統硬件設計

圖2 系統硬件模塊

智能藥盒硬件部分由電源模塊、主控模塊與藍牙模塊、體溫檢測模塊、用戶交互模塊、GPRS模塊以及相關外圍電路構成，如圖2所示。其中用戶交互模塊包括LCD顯示屏和6個藥盒實體按鍵，以實現藥盒與用戶的直接交互。

2.1 電源模塊

電源模塊采用標稱3.7 V鋰電池供電。其中GPRS模塊由鋰電池直接驅動進行工作，而主系統需要一路3.3 V電壓進行驅動。在此采用3.3 V電壓轉換電路給主系統進行供電。電壓轉換芯片采用RICHTEK公司的RT9193 LDO電源芯片。該芯片工作電壓在2.5～5.5 V，待機電流小于0.01 μA，具有過流保護和過熱保護功能。驅動電路如圖3所示。

圖3 電源模塊驅動電路

另外，由于設計有鋰電池充電電路，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。驅動電路如圖4所示。

圖4 充電IC驅動電路

2.2 主控模塊與藍牙模塊

由于智能藥盒硬件對主控芯片的計算能力要求有限，而智能藥盒作為便攜式設備對系統能耗有較高要求，因此本設計選擇兼具藍牙模塊功能的nRF51822芯片作為主控芯片，nRF51822采用ARM Coretex-M0內核，并且集成了藍牙4.0的射頻電路，有31個GPIO口、256 kB的內部Flash、16 kB的RAM，并且有I2C、UART等豐富外設，支持藍牙4.0協議，滿足絕大部分低功耗應用場合。

2.3 體溫檢測模塊

體溫檢測模塊選用GY-MCU90615集成模塊。該模塊實現了傳感器到處理器的信號傳輸，將主控IC外接一對UART信號與模塊通信即可實現體溫檢測的功能。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，擁有內置協議棧和雙串口。該模塊能夠被集成進任何需要通過蜂窩網絡進行語音通話或數據傳輸的系統或者產品中。原理圖如圖6所示。

圖6 GPRS模塊原理圖

3 系統軟件設計

3.1 系統主程序設計

系統主程序實現服藥定時計時、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連入因特網發送至服務器并記錄到數據庫中。主程序的流程圖如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

3.2 Android APP設計

本設計開發了基于Android的與藥盒配套的APP，以實現用戶通過手機與藥盒進行交互。首先，在APP中實現用戶管理功能。用戶在APP上進行注冊、密碼管理與維護。其次，在APP中利用手機的藍牙搜索功能，實現對用戶攜帶藥盒的檢測。如果手機無法搜索到藥盒，則APP向用戶發出警示。最后，APP提供了與用戶交互的界面。表1給出了APP各功能模塊的設計要求。

表1 APP各功能模塊設計要求

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

圖8 APP功能設計圖

4 結束語

針對中老年慢性病人需要長期定時服藥，而病人自身難以保證正確服藥并且監護人難以做到準確及時監督病人服藥的狀況，本文提出了一種基于藍牙4.0和手機APP控制的智能藥盒設計。通過智能藥盒定時提醒患者準時服藥并檢測患者的服藥行為，通過手機APP向監護人提供患者的服藥信息，使得監護人可以隨時隨地查看患者的服藥記錄，降低患者不按時服藥和錯誤服藥的風險。所搜集的患者服藥記錄還可以為醫生、醫院跟進患者疾病護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量。

[1] 吳繼煜.我國人口年齡結構與社會經濟發展分析[J]. 貴州大學學報 (社會科學版),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計[J]. 西華大學學報(自然科學版), 2014(5):85-88.

[3] 楊繼森, 楊長才, 趙立鑫. 智能電子藥盒研究與設計[J]. 測控技術, 2016, 35(4):67-71.

[4] 吳亞棟, 孫亞, 曾光. 基于AT89S52的智能語音提醒藥盒設計[J]. 安陽工學院學報, 2014(2):54-553.

[5] WU H K, WONG C M, LIU P H, et al. A smart pill box with remind and consumption confirmation function[C]. Proceedings of IEEE Global Conference on Consumer Electronics, Las Vegas, USA, 2015:658-659.

[6] HUANG S C, CHANG H Y, JHU Y C, et al. The intelligent pill box—design and implementation[C]. Proceedings of IEEE International Conference on Consumer Electronics, Las Vegas, USA, 2014:235-236.

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.基于藍牙4.0和APP控制的智能藥盒設計[J].微型機與應用，2017,36(23)：86-88,92.

廣東省自然科學基金項目(2015A030313552)

2017-06-10)

郭志彪(1977-)，男，碩士，工程師，主要研究方向：物聯網。

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。