淺談基于云監控的智能醫藥管家

張娜 張浩琨（通訊作者） 劉明凱

1. 山東理工大學 計算機科學與技術學院 山東 淄博 255000；2. 山東理工大學 機械設計制造及自動化學院 山東 淄博 255000

引言

在如今的醫療設備日益完善的生活中，家用藥箱的普及率比較高，然而人們對家庭藥箱的管理，依然是存在諸多的問題。在現有的市場中，藥箱產業進行了一代代地更新升級，但是并不能從根本上解決安全用藥的問題。若能將物聯網技術、智能制造、醫療安全以及深度學習四者結合起來，必將形成全新的商業模式。基于云監控的智能藥箱系統可以實現的功能有：a.在規定的時間點提醒吃藥b.顯示食用藥片的用量和剩余量c.對藥片的添加d.各種藥品的說明書e.對藥箱內的溫濕度進行檢測等等。

1 產品設計簡介

系統是基于NB-IoT的智能醫藥管家，用GMS模塊及ESP8266串口Wi-Fi模塊為整個系統提供了網絡，保證系統通信正常，完成云服務器與下位機之間的信息互通。app為用戶的直接使用提供便利，首先打開app中的用藥設置，進行對用藥時間、藥品名稱、用藥量等的設置，設置完畢后，可以發現時間到了以后，系統顯示屏上會發送用藥提醒，對應的用藥倉會閃燈以引導用藥者服藥，服藥后，可以看到app中的藥量減少，提示消失。若一分鐘內無服藥信息，系統會把用藥提醒通過GSM模塊發送到用藥者的手機中并解除報警。同時為了方便藥物儲存，在藥箱中添加了降溫和通風功能，可以根據藥箱內的溫濕度進行相應的調整。另外藥箱中還有溫度、心跳檢測功能，同時在顯示屏上顯示[1]。

2 系統硬件設計

2.1 主控制器

系統微控制芯片選用STM32芯片，原因如下：STM32內含各種集成嵌入式存儲器，具備嵌套式中斷控制以及外部中斷功能，其最高時鐘頻率可達72MHz。該芯片還具備電源管理功能，當 低于特定下限時，無須外部復位裝置設備即可保持在復位狀態。STM32有四種工作模式，其中運行模式用主調節方式，停止、待機、睡眠模式是當內核不再運行時STM32進入了低功耗模式，可以有效解決在日常狀況下的功率損耗問題。而且，STM32有可以支持PTP協議的以太網接口，能提高實時應用能力和互聯網通信的響應速度。

2.2 通信電路的設計

本作品通過ESP-8266模塊實現下位機和上位機之間的實時連接，通過利用ONENET開發平臺的自制App智能醫藥管家App，用戶可以觀察到用藥者的復用情況。同時采用GSM模塊，可以在無網絡的情況下發送信息與用藥者通信。當產生用藥也提醒一段時間后，若用藥者還未服用相應的藥物，則會發送用藥提醒短信，這一功能方便了不懂App操作的用戶使用。另外作品加入了串口通信，使得下位機之間可以與STM32F103ZET6通信，這樣就可以把重要信息儲存在FLASH之中并可以通過4.3寸顯示屏查看，極大地方便了用戶的使用[2]。

2.3 光敏電阻模塊設計

為了檢測醫藥箱內用藥情況，需設計一個電路來模擬藥箱開閉的高低電位變化。因此我們選擇光敏傳感器模塊，通過光照強度變化來模擬藥箱的開關情況，每一次開關時模塊都會有高低電位的變化。兼顧到夜晚的使用情況，在開箱時會讓藥箱口的LED小燈點亮來模擬太陽光，模塊也同樣會做出電位變化。同時這一狀態能夠傳到上位機中去，在APP運用相應算法以實現實時檢測功能。

3 系統軟件設計

系統服務器采用的是中移物聯網提供的云服務器，下位機通過傳感器采集數據，主控制器通過wifi上傳到ONENET云平臺進行數據顯示，同時可以利用平臺的命令下發對下位機完成參數設置。

App可實現的功能有：增刪藥品：當用藥者不需要某種藥物或改變了一些用藥后，可以增加或者刪除某種藥品；添加藥量：當藥量不足時，用戶可以增加藥箱中原有藥品的藥量，同時在app上同步更新；用藥設置：用戶在App中進行用藥時間、藥品名稱、用藥量等一系列信息的設置，設置的信息會及時更新到下位機，用藥時間到達后，下位機首先會利用機身硬件如LED、蜂鳴器、顯示屏等提醒用藥者服藥直至用藥者服藥。若用藥者長時間未服藥，系統會把用藥提醒通過GSM模塊發送到用藥者的手機中以提醒用戶服藥。記憶功能：每一次有服藥信號時，用藥量及藥物種類都會在App上更新，系統運用云服務器端數據庫可以實現用戶用藥信息的儲存，儲存時間為一個月，家庭其他成員可以在App中觀察服藥者的服藥情況；藥品余量：在用藥者服藥后，App內藥品余量會根據服藥量減少，并同步藥箱內藥品的剩余量；環境指數：特殊藥品的儲存往往需要一些特定的環境，用戶可以觀察藥箱內的環境指數來通過app實時調節藥箱溫濕度等；用藥說明：用戶可以在App中相應連接中查看藥物使用說明等[3]。藥品剩余量界面如圖1所示。

圖1 藥品剩余量界面

4 系統功能與指標

4.1 一鍵呼救功能

發生意外情況時，求救者可以按下藥箱上的緊急呼救紅色按鈕來撥通120求救電話，通話結束后，系統會自動將患者所有信息發送給120救助端，并通過App發送位置信息。

4.2 監控功能作品

以Wi-Fi網絡或蜂窩網絡做透傳，通過下位機監控用藥者的用藥狀態，原理是當有用藥信息 （由光敏傳感器精準監測每一個藥倉，當藥倉光照強度變化時，光敏電阻阻值變化引起信號跳變）產生時，系統會把用藥信息通過MQTT協議分別發送到醫管家APP和下位機顯示屏中，滿足了用藥者監護人遠距離監控用藥者的服藥情況。同時下位機根據flash中傳輸信息快速計算出藥品剩余量、用藥時間、本天用藥次數、用藥周期，并在App中顯示。

4.3 用藥設置功能

在“醫管家”App中可設置服藥信息，如用藥時間、用藥量、用藥種類、用藥周期等，到達時間后，下位機會通過“聲（蜂鳴器、語音播報模塊）、光（led燈）、觸（振動模塊）”等及時提醒用藥者服藥，同時監控功能開啟，若久久無服藥信號，系統會把用藥提醒通過GSM模塊發送到手機App中以提醒用戶服藥。

4.4 溫度調節功能

藥箱有自身溫度和室內溫度調節功能，用App可以隨時隨地控制。

4.5 輔助用藥功能

藥箱底層配有電子稱重計，液體藥量監測計、電子溫度計等多種儀器，并通過藥箱4.3寸顯示屏把這些信息顯示[4]。

5 系統創新點

5.1 精確的用藥監控

市面上正在應用的智能藥箱只能實現前App提醒或者鬧鐘提醒，而其并不能真正實現對用藥的監控，只是把命令下發給用藥者卻不能真正的監控用藥者的復用情況，如果用藥者錯過了提醒那么用藥提醒就會失效。而我們利用每個藥倉內的光敏電阻模塊可以實現精準的用藥提醒及監控，利用光敏電阻通過算法可以精確的了解每個藥倉內的情況并同步發送給App，這樣就實現了對用藥的監控而不只是提醒，每一次有用藥信號時App中的藥物余量就會相應的減少。

5.2 App智能管理

市面上應用的傳統藥箱并未實現數字化、也未增設通信技術，僅停留在原始的工業制造階段。而我們的作品可將設備數據和用藥監控信息上傳到云端，云端處理好后會將數據發送給我們的App。我們的App將這些數據展示出來，作品的硬件代碼可以自動處理一些App上信息，App也可通過云服務器向藥箱及硬件設備發送功能指令，實現后臺控制，這樣就實現了人機交互。

5.3 藥物可存放性高

市場上傳統的藥品歸納箱的溫度和濕度都是不可改變的，存放特殊藥品比如胰島素時往往需要一個獨立的冷凍箱，而我們的作品采用石墨烯降溫通風技術，可以對要想進行降溫和通風。這種操作既可以設置成自動調節到相應的溫度，也可手動設置降溫時間，大幅提高了用藥的儲存種類。

6 結束語

本設計系統基于家庭藥品種類在10~20種的條件下，利用光敏電阻模塊以及ESP8266模塊實現對用藥者的遠程監控，同時系統兼備短信提醒，下位機提醒，上位機設置用藥等多種功能，功能相對完善。另外在無提醒事件時，芯片自動休眠，僅保留云通信及藥物監控功能，功耗相對較低。在物聯網高度發達的今天，藥箱在醫藥行業有著很大優勢，發展前景十分廣闊。