基于STM32的醫(yī)院智能配藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

洪海慧，牛建輝

（北華航天工業(yè)學(xué)院，河北 廊坊 065000）

0 引言

目前國內(nèi)的各大醫(yī)院都是病人自己取藥，取藥過程是較為令人困擾的，病人要多次奔走排隊(duì)。特別是2019新型冠狀肺炎的爆發(fā)，疫情重災(zāi)區(qū)方艙醫(yī)院的建立，隔離病房的藥品配送更是一大安全性問題。為了提高醫(yī)院服務(wù)水平，避免疫情期間交叉感染，文章設(shè)計(jì)了基于STM32的自動配藥系統(tǒng)，節(jié)省病人和護(hù)士來回奔走的時(shí)間，同時(shí)也可以提高醫(yī)院的運(yùn)行效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于STM32的方艙配藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用RFID無線射頻識別技術(shù)對藥品進(jìn)行種類的識別以及藥品與用藥人的匹配，以STM32F103ZET6為控制核心，利用TPLINK路由器與攝像頭組網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，紅外尋跡模塊實(shí)現(xiàn)避障，設(shè)計(jì)出藥物配送的控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。該藥物配送系統(tǒng)以RC-522無線射頻模塊為主，結(jié)合紅外傳感器控制小車對規(guī)劃路徑的行走，OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)情況，輔以ESP8266實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)現(xiàn)場控制藥品的自動配送。DHT11溫濕度傳感器和MQ-2煙霧傳感器對配藥環(huán)境進(jìn)行檢測，增加預(yù)警功能，保證藥品完好無損地運(yùn)送到患者手中［1］。

綜上，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式藥物配送以及實(shí)時(shí)監(jiān)測方艙內(nèi)的環(huán)境。系統(tǒng)總體框如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由主控模塊STM32F103ZET6單片機(jī)、OLED屏、舵機(jī)、紅外線傳感器、DHT11溫濕度傳感器、RC522模塊組成。采用電子標(biāo)簽對藥品進(jìn)行識別，一定程度上保證了匹配的準(zhǔn)確性。使用電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動、紅外尋跡模塊實(shí)現(xiàn)藥品配送［2］。系統(tǒng)所運(yùn)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著良好的應(yīng)用前景，WiFi模塊智能組網(wǎng)，手機(jī)端就可以實(shí)時(shí)控制并檢測設(shè)備的運(yùn)行狀況，為使用者提供便利。

2.1 主控模塊

本系統(tǒng)主控模塊采用STM32F103ZET6作為核心控制模塊來完成數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理。該單片機(jī)屬于中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體(ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3，超低功耗的32位微處理器，支持2.0～3.6 V供電，I/O管口較多，兼容5 V電壓，工作頻率最高為72 MHz。在存儲器的等待周期訪問時(shí)可達(dá)1.25 DMips/MHz，接口簡單、程序模塊化、工作速度快、地址空間大。

2.2 藥品信息采集模塊

藥品上RFID電子標(biāo)簽內(nèi)的信息可以通過采集模塊中的RFID讀寫器提取。此采集模塊中的RFID讀寫器以STM32為核心，主要包括FLASH子模塊、MF RC522芯片、LCD子模塊等。

MF RC522基于先進(jìn)的解調(diào)與調(diào)制方式，可實(shí)現(xiàn)在13.56MHZ非接觸式通信［3］。其與STM32F103ZET6系列單片機(jī)間通過模擬總線方式進(jìn)行連接，在STM32F103ZET6系列單片機(jī)控制下完成RFID電子標(biāo)簽內(nèi)藥品信息的讀取以及識別藥房位置與用藥人信息。通過讀取IC卡信息，與數(shù)據(jù)庫主控進(jìn)行對比，判斷取藥人的合法性，用來控制藥物的配送情況［4］。同時(shí)，將匹配結(jié)果反饋到服務(wù)器，對電機(jī)做出下一步指令驅(qū)動、制停配藥機(jī)器人。

2.3 直流電機(jī)驅(qū)動模塊

在電機(jī)驅(qū)動模塊方面，比較L289N和DRV8833，鑒于L289N體積較大、發(fā)熱嚴(yán)重、較易燒壞、電機(jī)功率較低，而DRV8833具有內(nèi)置過熱保護(hù)和可調(diào)限流保護(hù)電路，電機(jī)功率較高。因?yàn)榭紤]到運(yùn)送更種藥品，重量可能偏大，所以最終選擇了DRV8833直流電機(jī)驅(qū)動模塊。該模塊芯片中共有2個(gè)全H橋。因此最多可以同時(shí)驅(qū)動2個(gè)直流電機(jī)或1個(gè)步進(jìn)電機(jī)。使2個(gè)10 K減速比的電機(jī)正常工作，達(dá)到電機(jī)所需要的電壓，從而為送藥機(jī)器人提供更充足的動力。

2.4 紅外線傳感模塊

紅外避障模塊是讓此配藥系統(tǒng)在藥品運(yùn)送過程中實(shí)現(xiàn)自動避障。紅外避障模塊由3個(gè)部分組成，分別是發(fā)射管、接收管和LED燈。發(fā)射管發(fā)出一定頻率的紅外線，模塊感應(yīng)到傳感器反射回來的紅外光時(shí)，指示燈亮，輸出低電平；沒有紅外光時(shí)，指示燈不亮，輸出高電平。以檢測黑線為例，如果傳感器檢測到黑線，紅外光反射回來則模塊指示燈熄滅，同時(shí)小板對應(yīng)的OUT口輸出高電平；若未檢測到黑線，紅外光可以反射回來則模塊指示燈亮，對應(yīng)的OUT口輸出低電平。其中需要注意一種特殊情況，也就是說當(dāng)測量物體超出測量范圍時(shí)，此時(shí)指示燈熄滅，OUT口輸出高電平。

2.5 TP-LINK視頻傳輸模塊

ESP8266是一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的WiFi器件。其價(jià)格便宜、尺寸小、使用方便，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)中倍受開發(fā)者青睞。該器件只有在網(wǎng)絡(luò)適配成功后，才能進(jìn)行信號傳輸。網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，需設(shè)置ESP8266的工作模式。其模式有3種：服務(wù)器模式(AP）、客戶端模式(station）、混合模式。本系統(tǒng)中ESP8266連接路由器，工作在客戶端模式［5］。ESP8266的工作模式可以通過單片機(jī)串口發(fā)送AT指令進(jìn)行設(shè)置。利用該WiFi模塊將配藥機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，輔以攝像頭進(jìn)行視頻傳輸，構(gòu)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)控制器，用戶在手機(jī)端就可以對配藥機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控［6］。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能送藥系統(tǒng)的工作原理與載客電梯的原理幾近相同。系統(tǒng)軟件部分包括藥品信息采集、驅(qū)動電機(jī)、WiFi模塊聯(lián)網(wǎng)、顯示模塊、傳感器讀取、外圍設(shè)備控制等程序模塊。程序開始后需要先初始化各個(gè)模塊，隨后進(jìn)入監(jiān)測控制程序，對被測對象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分，藥品檢測程序和配藥機(jī)器人驅(qū)動程序。

系統(tǒng)程序開始運(yùn)行后，需要先對ESP8266 WiFi模塊進(jìn)行初始化，先對WiFi模塊復(fù)位重啟，然后設(shè)置成AP工作模式，并啟動多連接，最后設(shè)置開啟服務(wù)器模式。將其連接微控制器的串口，并設(shè)置波特率為9 600。值得注意的是，這里單片機(jī)的波特率需與ESP8266的一致。傳感器檢測配藥環(huán)境，藥品信息采集模塊查尋電子標(biāo)簽，判斷病房號與用藥人信息是否匹配，若匹配成功，OLED顯示屏顯示 “取藥成功” ，反饋給單片機(jī)對電機(jī)做出指令。

4 結(jié)語

此智能配藥系統(tǒng)制作完成后，預(yù)期的效果是，實(shí)現(xiàn)非接觸式藥物配送，實(shí)時(shí)監(jiān)測方艙內(nèi)的環(huán)境，系統(tǒng)具有自動化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、配送藥品精度高、易控制的特點(diǎn)，對應(yīng)不同的病房和藥品，為使用者提供了極大的便利。