基于Arduino控制的智能提醒藥盒

徐仕成 薛翰 徐婧雯 項陽 吳建民

摘要：該文針對目前市場上沒有的智能提醒藥盒，提出了一種Arduino控制的多功能集成一體化智能提醒藥盒。文章中對此智能提醒藥盒的結構進行了詳細說明，介紹了硬件及控制原理，最后通過Java和C語言混合編寫控制程序，進行了實物驗證。實驗表明該智能提醒藥盒能夠完成預期功能，并且通過Arduino控制，實現(xiàn)了其智能化。

關鍵詞：智能化一鍵管控;多功能集成;軟件控制;提醒功能;C語言;Java語言

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）36-0170-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Intelligent Reminder Medicine Box Based on Arduino Control

XU Shi-cheng， XUE Han， XU Jing-wen， XIANG Yang， WU Jian-min

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

Abstract： Aiming at the existing intelligent reminder medicine box in the market， a multi-functional integrated intelligent reminder medicine box controlled by Arduino was proposed. In this paper， the structure of the intelligent reminder medicine box is described in detail， and the hardware and control principle are introduced. Finally， the control program is written by mixed Java and C language， and the physical verification is carried out. The experiment shows that the reminder medicine box can complete the expected function， and through the Arduino control， to achieve its intelligence.

Key words： intelligent one-button control; multifunction integration; software control; reminder function; C language; the Java language

1 引言

如今社會正在逐漸邁入老齡化階段，老年人口數(shù)明顯增加，而隨著年齡的增加，身體機能逐漸退化，身體的抵抗力也將隨之減弱。因此，老年人容易患上各種疾病，需要服用各類藥物。但是，沒有專人照顧的老人漏服藥物或者過量用藥等現(xiàn)象頻頻發(fā)生，如何幫助老年人們按時按量服藥已經成為眼前有待解決的重要問題，特別是在一些老齡化嚴重的國家，有大量的需求。由此，便攜式藥盒便應需而生。

目前，市面上各種便攜式藥盒不少，但他們的使用方式過于簡單，即通過將一個盒體隔出多個空間，并通過多個空間分別容納藥物，使用者在需要服藥的時候，自行手動打開藥盒進行取藥服用。

但這種方式存在的缺陷與不足在于：其一，大多數(shù)老人都存在記憶力衰退的現(xiàn)象，很多時候老人們并非不知道該吃什么藥，而是忘記吃藥，這就要求便攜藥盒不僅僅是一個收納藥物的小盒子，同時它必須要兼顧提醒吃藥的功能;其二，由于協(xié)調、辨識能力的衰退，老人在手動取藥往往不能很容易地從藥盒中的某個獨立空間內將藥取出;其三，密封性差的藥盒容易導致藥物受潮、變質，這不僅僅可能會影響藥效，嚴重的可能會加重病情。

2 智能提醒藥盒的結構設計

2.1 方案設計

該藥盒需要實現(xiàn)在配套軟件預設的時間開啟提醒功能，并通過短信發(fā)送的方式告知監(jiān)管者（通常為親屬或護理者）藥物的取出情況，而提醒方式是以內嵌式喇叭發(fā)出提示音的方式提醒被監(jiān)管人（服藥人）。當被監(jiān)管人在服藥時間按下開關，藥倉被升降桿彈出，以供其及時服藥。針對大多數(shù)人的服藥情況，該智能提醒藥盒設置若干轉盤，每個轉盤上裝有三個藥倉，以滿足至少每日三次的服藥次數(shù)。本藥盒還將內置一塊鋰電池，以滿足外出攜帶的需求。

2.2 結構設計

本智能藥盒主要分為旋轉裝置、升降裝置、便攜式藥倉、提醒裝置、物聯(lián)網(wǎng)手機App五個部分構成。

2.2.1 旋轉裝置和藥倉

1）旋轉裝置是由一個容藥轉盤、一根轉軸、一個支撐板，一對錐齒以及一個電機組成。容藥轉盤外緣與藥盒外殼內壁皆裝有感應銅片，以此形成閉環(huán)控制，實現(xiàn)轉盤的精確定位。電機裝于支撐板上，其中一個錐齒通過聯(lián)軸器安裝在電機上，另一個錐齒則通過緊定螺釘安裝在垂直于支撐板上的轉軸上，由于錐齒的配合，電機的轉動將傳動至轉軸上，而轉軸則將運動傳至容藥轉盤上，以此實現(xiàn)轉盤的轉動。

2）藥倉是由藥倉盒與藥倉蓋以橡膠墊圈作為密封方式組合在一起的，容納藥物的裝置。其底部附有感應銅片，與升降桿上方的感應銅片形成一組感應裝置，以兩者之間是否有接觸作為信號，來控制升降桿的上升與下降。

2.2.2 升降裝置

升降裝置由若干組升降連桿、一個舵機、一個托盤、一根滑軌組成，其運動實質是一個搖桿滑塊機構。升降裝置固定于藥盒底部，升降桿頂部附有感應銅片，以便判斷藥倉是否放置在其上。舵機作為動力源，由Arduino控制，每次旋轉特定角度，將升降桿抬升/下降至預設高度。該裝置主要作用是實現(xiàn)取藥和放藥功能。

其中升降主要原理過程如圖8所示。

其運動裝置簡圖如圖9所示。

2.2.3 提醒裝置與物聯(lián)網(wǎng)手機App

提醒裝置為一個連接于Arduino 板上的喇叭，通過手機App控制。手機App上可設置服藥時間、發(fā)送短信、編輯藥物名稱、控制裝藥。該手機App是以Java和C語言混合編寫的，并燒入Arduino控制板，可下載于使用者手機上。

3硬件以及控制原理

智能藥盒，其硬件結構圖如圖12所示。主要包括：Arduino、電機、連桿、托盤、容藥倉、喇叭（未表示）、容藥轉盤、旋轉主軸、支撐板等。

由Arduino 作為中控裝置，通過Java和C語言編寫控制程序，控制各電機的旋轉和喇叭的開關。

具體流程如下：

1）旋轉裝置：一級旋轉裝置由容藥轉盤1、旋轉主軸1與固定在支撐板1上的電機1承擔;通過Arduino 控制電機1旋轉，再通過旋轉主軸1帶容藥轉盤1及其附帶的容藥倉旋轉。二級旋轉裝置由容藥轉盤2、旋轉主軸2與固定在支撐板2上的電機2承擔;通過Arduino 控制電機2旋轉，再通過旋轉主軸2帶容藥轉盤2及其附帶的容藥倉旋轉。

2）升降裝置：該結構位于取藥口正下方，由電機3、多組連桿及托盤組成，電機3帶動曲柄滑快水平運動，使得“X型”連桿帶動托盤豎直運動，進行容藥倉的彈出與放入。

語音提醒模塊：當?shù)竭_預設時間，Arduino 會發(fā)出指令控制喇叭開啟，實現(xiàn)語音提醒，容藥倉取出后，Arduino 會發(fā)出指令控制喇叭關閉。

4實驗結果

智能藥盒送藥和取藥過程穩(wěn)定且迅速。

將智能藥盒配置藥物后，使用App設置提醒服藥時間和聯(lián)系人手機號碼等，在到達設置時間后發(fā)出相應的聲音提醒，電機工作，容藥轉盤轉動，升降裝置升起，實現(xiàn)自動將藥倉彈出。當老人將藥倉取走后，升降裝置自動下落，容藥轉盤復位，聯(lián)系人手機會收到老人已經服藥的短信提醒，裝置聲音提醒也同時關閉。

在智能藥盒的測試過程中，各個部分都能正常穩(wěn)定地工作。

5結語

本文對此基于Arduino控制的智能提醒藥盒的結構以及其控制原理進行了詳細的介紹，通過實驗論證了其能夠準確、高效地提醒老人服藥，并且能通過App控制，體現(xiàn)出本產品的智能化，在測試過程中表現(xiàn)出了穩(wěn)定、智能、高效的特點。

目前市場上智能提醒藥盒屬于空白領域， 當下人口老齡化日趨嚴重的社會背景下，老年服藥人口數(shù)量的大幅度增加，智能提醒藥盒是老人們日常生活不可或缺的工具，同時該智能提醒藥盒功能可以不僅僅局限于家庭，其造價低廉，具有廣闊的應用、研究前景和市場價值。

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【通聯(lián)編輯：王力】