基于智能手表的老年人給藥系統設計與實現

沈藝高

摘要：本設計是一種基于智能手表的老年人給藥系統。使用stm32f411re主控MCU;采用SYN6288語音提醒系統;以集成式生命體征傳感器AS7024來實現醫療級血壓測量及心電圖測量;以電機驅動芯片L298N通過軸承旋轉驅動存儲格轉動;采用ENS210溫度與相對濕度傳感器來采集濕度與相對濕度。它一方面具有傳統智能給藥器的提醒服藥、短信報警等功能，又具有智能手表的生命體征監測、智能定位、實時交流等功能，同時還有儲藥數量更多、儲藥條件更科學等優點，能夠較好地實現監督老年人服藥、防止意外發生、實時定位交流等需求，具有一定的創新性與實用性。

關鍵詞：老年人;智能給藥系統;智能手表;設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）03-0143-02

人口老齡化是全球重要的衛生問題，而我國是世界上老齡化速度最快的國家之一。國務院于2017年2月28日頒布的《十三五”國家老齡事業發展和養老體系建設規劃》[1]指出：2016年我國60歲以上老年人口已超過2.3億，占總人口比例達到16.7%。老年人是慢性病的高發群體，往往身患數病，聯合用藥幾率增大。林津晶等調查指出福建省農村老年患者用藥1～2種，占42.17%，用藥3～5種的占34.50%，用藥6種及以上占2.72%[2]。隨著年齡的增長，老年人開始有健忘的癥狀，按時服藥特別是不同時間服用不同的藥物對老年人來說變得困難。現在市場上出現許多智能藥盒，大多數是一種具有定時提醒功能的藥品儲物盒[3-4]。這種智能藥盒雖然具有定時提醒功能，但是均無法監測患者是否服用藥物，且由于需隨身攜帶，體積不能太大，故儲存的藥量較小。為此，本設計是一種基于智能手表的老年人給藥系統，將提醒裝置與儲存藥盒分開，提醒裝置為智能手表形式，不僅具有定時提醒功能，還具有監測老人的血壓、脈博等參數及定位功能，當老人（特別是高血壓病人）未按時服藥或監測參數發生較大變化時，可以在監護人的手機上進行提示;另一方面，較大藥物儲盒，可以放置更多的藥品，適應不同時間的服藥提醒，同時藥物儲存條件比隨身攜帶更好，利于藥物的保存。

1 系統組成

本系統主要三部分組成：智能手表、儲藥裝置、監護人手機APP設備，具體見圖1。

1）智能手表。與類似普通智能手表，具有手表、通話、定時提醒、血壓和脈搏監測及超限報警、遠程定位、發送短信等功能。

2）儲藥裝置。類似一個轉盤，轉盤分成若干儲藥小隔（這個小隔密閉、避光，利于藥品儲存），按容量大小設置20個左右的小隔，能夠儲存老年人5～7天（每天三次）的服藥量。具有接受智能手表的信號后打開儲藥裝置的服藥格（固定）;自動將下一次的儲藥格轉至服藥格為下次服藥作準備;紅外檢測服藥格內有無藥物;服藥格常鎖狀態（只有當設定服藥時間到，智能手表將信號發至儲藥裝置時打開）;一鍵打開服藥格蓋子;儲藥裝置溫濕度監測等功能。

3）監護人手機APP設備。具有查看智能手表及儲藥裝置相關參數、設置服藥提醒時間、實時語音和視頻交流、緊急遠程開鎖、實時定位智能手表位置等功能。

2 系統操作流程

當時間達到系統預先設置的服藥時間，智能手表會用語音方式提醒佩戴手表的老年人按時服藥，同時發送信號給儲藥裝置打開服藥格蓋子。老年人從服藥格取完藥物完成服藥后，設置在服藥格上的下側紅外檢測裝置自動檢測服藥格有無藥物。如檢測服藥格已無藥物，服藥格蓋子自動關閉，系統取消提醒報警，同時啟動機械齒輪將下一次的儲藥格轉至服藥格。如還有藥物，則報警提醒繼續，30分鐘后還未完成服藥動作，智能手表給監護人發送提醒信息，直到藥盒內無藥后，關閉提醒報警。具體見圖2。

3 各功能模塊的系統設計

3.1 智能手表模塊的系統設計

1）主控設計。本設計使用stm32f411re主控MCU，工作主頻能達到100MHz，能對各類信息進行高效處理，并具有低功耗、睡眠模式和掉電模式，大大提高手表的續航能力。擁有8kb的RAM以及256kb的flash。3個TAO定時器，可以滿足多路鍵盤掃描的控制。支持2路UART串口通信，可實現與SYN6288語音模塊和藍牙模塊的數數據通訊。支持3路SPI總線，可以與OLED顯示模塊連接，顯示當前不同的狀態。內置RTC時鐘，可以配置為日歷模式，提供了秒鐘、分鐘、小時、星期、日期月份和年份，同時它還具備可編程的鬧鐘功能，可以實現定時提醒服用藥物的功能。采用STemWin圖形用戶界面，增加了手表的可操作性，并增加手表的美觀程度。

2）語音提醒系統。采用SYN6288語音提醒系統。SYN6288是一款能夠將漢字或英語字符直接轉換為語音的一款芯片，它具備性價比高，效果自然等特點，其支持GB2312、GBK、BIG5等多種文本編碼方式，可將任意的中文漢字和英文字符翻譯成準確自然的語音，同時它內部還集成了智能算法，能夠對輸入的文本進行分析，可以正確識別出數值、號碼、時間等關鍵詞，被廣泛應用于車載信息終端語音播器、電子地圖、智能手機等地方。

3）藍牙通迅設計。采用高性能HC05藍牙串口模塊。該模塊是一款主從一體的藍牙串口模塊，可以同各種帶藍牙功能的電腦、藍牙主機、手機等智能終端進行配對。本設計使用該模塊來連接智能手表，實現智能手表、智能藥盒、監護手機交互的功能。

4）生命體征傳感器設計。以集成式生命體征傳感器AS7024來實現醫療級血壓測量及心電圖測量。AS7024 HRM操作以光電容積脈搏波描記法（PPG）為基礎，通過由血管調整的采樣光來測量脈搏率，當血液脈沖通過時，血管會擴張和收縮。采用專有軟件，分析并同步心率測量歸RM）和心電圖（ECG）測量以計算血壓。

5）GPS/GSM功能設計。本系統選用芯訊通（SIMCOM）無線科技公司的SIM808模塊。該模塊為GSM+GPRS+GPS+藍牙功能組合模塊，采用SMT封裝緊湊設計，電源電壓為3.4～4.4V，可節省開發時間和應用成本。將stm32f411re相應串口分別與SIM808模塊的RXD、TXD、GND接口相連，stm32f411re通過串口向SIM808模塊發送AT指令，從而完成GPS定位和GSM短消息發送功能。本系統不僅支持中文短信，也能發送英文短信。SIM808模塊集射頻電路和基帶于一體，提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息等提供快速、可靠、安全的傳輸。

3.2 儲藥裝置模塊的系統設計

1）機械電動裝置。系統采用餅式桶形結構，上層外周分為多個藥物存儲小格，中間為電機，下層為控制系統。由電機通過軸承旋轉帶動儲藥小格轉動。系統采用專用的電機驅動芯片L298N[5]。stm32f411re通過串口分別與L298N的4個輸入驅動引腳IN1-IN4相連接，L298N的4個輸出驅動引腳OUT1-OUT4連接電機的4根驅動線。該芯片具有驅動能力強、發熱量低、抗干擾能力強的特點，采用大容量濾波電容，續流保護二極管，可能提高其穩定性。

2）溫濕度監測。采用ENS210溫度與相對濕度傳感器。該傳感器采用QFN4封裝，內合一個I²C從屬接口，用于與主處理器stm32f411re通信。ENS210作業溫度范圍介于0℃到70℃，精確度為±0.2℃;作業相對濕度范圍介于0%至100%，精確度為±3.5%，以數字形式輸出。在待機模式下ENS210消耗40nA的電流，在測量模式下電流消耗為7.1μA，故消耗極少的能量。

3.3 監護人手機APP模塊的系統設計

儲藥裝置通過無線藍牙接口與智能手表連接，將服藥情況及溫濕度等信息實時地傳送到智能手表上，然后利用手機網絡上傳至網絡服務器進行數據保存，監護人通過手機APP實時獲取老年人的服藥信息，從而起到監督服藥的效果。監護人還可以通過網絡向智能手表發送自鎖、開鎖信號，智能手表接收到信號后與儲藥裝置進行數據交流，實現儲藥裝置遠程鎖定、開鎖的功能。手機APP軟件還可以提供監護人與老人之間語音、文字、視頻等信息的交流，多方位提供監護、交流等功能。

4 結論

本設計是一種基于智能手表的老年人給藥系統，它一方面具有提醒服藥、短信報警等傳統智能給藥器的功能，同時具有生命體征監測、智能定位、實時交流等智能手表的功能，還具有儲藥數量更多、儲藥條件更科學等優點，能夠較好地實現監督老年人服藥、防止意外發生、實時定位交流等需求，具有一定的創新性與實用性。

參考文獻

[1]中華人民共和國國務院.《國務院關于印發“十三五”國家老齡事業發展和養老體系建設規劃的通知國發[2017]13號》（000014349/2017-00044）.2017-03-28：http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-03/06/content_5173930.htm

[2]林津晶，黃文龍.福建省農村老年人用藥現狀調查與分析[J].南京醫科大學學報（社會科學版），2016，73（2）：105-110.

[3]張開生，陳江萍.基于嵌入式的服藥提醒系統設計[J].電腦知識與技術，2017，13（26）：233-235.

[4]龔虹瑞，黃小莉.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），2014，33（5）：85-88.

[5]劉瑞芳，丁衛平，彭慶軍等.基于CY7C68013A的無線毓電機控制系統的設計[J].電子技術，2016，（2）：30-31.