結合云平臺設計的多功能智能藥盒的研發＊

鄭文棟，胡 非，王 博，景洪昌，陳和順，馮麟媛

（湖北師范大學電氣工程與自動化學院，湖北 黃石 435002）

1 研究背景

中國老齡化情況日益加重，老年群體占人口的比例也逐漸增加。老年人患病種類中，慢性病占著較大的比例，老年人服藥過程中也出現了服藥種類多、數量多，藥品包裝復雜，服藥過程繁雜的情況，這也是老年人在服藥過程中遇到的困難[1]。隨著老年人的記憶力下降，就出現了健忘癥，他們經常忘記按時吃藥，若是遇到較為苛刻的用藥要求，如在不同的時間服用不同的藥品的情況，這種要求使得老年人準確服藥更是難上加難。而且很多老人身邊是沒有家人陪伴的，也不會有醫生在旁指導，這種情況下服藥，就會存在很多安全隱患。目前市場上的大多數藥盒都沒有具體的時間標注，藥盒的主要目的基本上是為了儲存藥品，對于復雜的用藥過程是沒有詳細的指導功能的，最多只是做到簡單的用量和大體時間的標注。老年人的忘服藥、誤服藥以及亂服藥等問題不能得到根本上的解決，大部分藥盒對老年人的正確用藥沒有起到幫助作用，針對老年人的心理、生理以及生活行為來設計的藥盒更是少之又少。因此，設計一種能夠方便老年人用藥，還能夠解決老年人服藥問題的智能家用藥盒十分必要。

2 智能藥盒整體設計背景和思路

單片機隨著現代社會的需要也在不斷發展壯大，各種電子產品中已普遍地使用到了以單片機為基礎的集成電路。以單片機為核心的數字集成電路產品正是基于其具有體積較小、功能豐富和低功耗等優勢，才有巨大的市場開發價值[2]。因此電子智能藥盒公司在選定型號時，就充分考慮了單片機的功能體積和產品耐用性等因素，并使其朝著智能化、微型化的方向發展?？茖W技術的發展本就是為方便人們，鑒于老年人在服藥中遇到的各種問題，智能藥盒的設計應運而生。

STC90C516 單片機、LCD1602 液晶和單片機的定時/計數器等工作原理和結構，在結合云平臺的基礎上，成為了家庭智能藥盒系統設計所相關硬件的工作原理和結構[3]。該系統的運行方式是：采用單片機控制器使嵌入的STC90C516 微電腦定時器可以被中斷，從而讓系統能夠監測時鐘的執行情況，同時也可以在LCD1602 液晶體上顯示出當系統偵測到有時間設定功能按鍵及藥物設定功能按鍵的信號后，進入中斷時間及設定狀態時，就可以打開中斷并按下定時按鈕，以記錄當前設定的時間以及用藥量。當系統的定時調機完成之后，在系統定時工作的過程中，會連續不斷把系統的實際時間和記錄時間進行比較，而當二者時間相同時，系統就會產生警告，并提供完整的合理用藥數據，1 min 后，如果實際時間與系統的記錄時間不相同的話，系統就會主動退出提醒。這樣提示病人要準時吃藥并且合理用藥的系統適合在家庭中應用。

3 藥盒系統的設計

3.1 藥盒系統的功能設計

藥盒控制器采用了STC90C516 單片機為主控器件，同時整合了由單片微型計算機提供最小系統輸出電壓所需的上電及復位回路，并內置晶體振蕩器集成電路，電源模塊為藥盒系統提供一個穩定的直流電源，讓系統正常運行。

以STC90C516 單片機為主控芯，同時整合了單片微型電腦的最小芯片的上電復位回路和內置晶振集成電路的藥盒芯片，而LED1602 顯示模塊則主要作用是系統時鐘及其他數據的指示共振，語音系統是通過接收從單片機或微型計算機中傳送過來的語音信息達到對聲音信息顯示的目的，而LED 發光二極管和具備語音功能的蜂鳴器起到了協助報警作用。在編程時，利用其內核或者單片機的內存資源、所有驅動程序資源資源的程序儲存區進行調用，然后利用單片機的接口、單片機的引腳以及系統其他的模塊資源，子程序和LCD1602 數據的刷新程序需通過主程序的按鍵來掃描，把LCD1602 和按鍵模塊相結合，以達到通過按鍵輸入的所有信息能夠在LCD1602的液晶顯示屏實時播放的效果。系統中所有模塊間的配合功能是由單片機實現的，2+2+4 的8 個按鍵的輸入，也是由單片機完成檢測，同時可以將原先錄入的所有信號都顯示在LCD1602 顯示器上[4]。由1 個功能鍵、1 個調整按鍵和4 個定時對應的定時按鈕來進行定時器設置，一按下功能鍵就可使用調整按鈕完成調整，時間和藥物劑量的6個數值的選擇根據按下功能鍵的不同次數設定，最后一步則是再次按下功能鍵以及4 個定時鍵之一，在這個時候LED 燈就會閃爍，這表示已經完成了一次定時操作，此時，系統將會繼續運行。

結束定時設計之后，來調整系統的時刻設置，可用功能按鈕和時間調節按鍵這2 個按鈕來實現，只要把功能鍵全部按下，就能夠調節系統的時刻，而分數和小時數的調整則取決于按下功能鍵的次數，在進行了系統時刻的調整后，當最后一次按下功能鍵后，系統時鐘就會開始工作。而系統的實際時間調整是通過單片機的定時器來實現的，由單片機的時間測量功能來測量系統的實時時間和另外4 個定時時間之一是否相等，一旦實時時鐘運行到預定的定時關機時間，LCD1602 顯示器上將會顯示藥物劑量，蜂鳴器會發出響亮的蜂鳴聲，LED 指示燈閃爍，提醒用藥時間到了。大概1 min 后，實際時鐘就會到達定時時間，但此時實際時間和定時時間將不再相同，系統將退出報警程序。

3.2 系統結構設計

整個軟件系統的基本結構包括STC90C516 單片機、2+2+4 按鍵、開關電源、晶振電路、復位回路、液晶顯示、蜂鳴器電路、發光二極管等幾個部分。

3.3 系統硬件電路設計

單片機最小系統主要由STC90C516 單片機、晶振電路、復位電路等構成。

3.4 系統軟件設計

此系統軟件的功能是利用單片檢測按鍵進行信息的輸入，并且能夠將輸入的信息隨時顯示在LCD1602的液晶顯示屏上，這時候系統就會自動將設置用藥的時間記錄下來，將系統時鐘設置好，所有的設置完畢后，系統就可以開始運行了[5]。在系統運行的過程中，單片機就會對比系統的實時時間和定時時間之間的區別。當兩種時間一樣的時候，系統就會發出警報，并且會在顯示屏上顯示該次服用藥物的劑量。子程序由主程序控制著，子程序之間又相互作用、相互協調。總而言之，所有對應子程序的元件只要驅動子程序，各個子程序就會自動進行協調運作，共助系統功能的實現。

主程序模塊的作用包括對系統各個部件初始化的控制，調用各個功能的子程序，當然，調用這程序的方法也可以通過兩重及以上的嵌套，主程序控制著多個子程序模塊系統，只要將主程序進行運行，就可以實現各個子程序模塊之間的協調功能。隨著主程序的運作，整個系統將持續進行運算操作，這樣每個階段的不同功能就可以被實現。在本系統的主程序之中，當主程序在不同的階段運行時，通過時鐘的作用，主程序首要的任務就是將各個模塊進行初始化，其次才是進入循環；在系統進入循環后，通過對鍵盤進行掃描，從而調用子程序，并且通過掃描進行信息的輸入，經過系統運算，就會更新子程序，把原先輸入的所有信息都在LCD1602 上顯示出來，從而完成這4 次時間以及用藥劑量的設置，然后調整實時時間，只要實時時間一直向前運行，一旦設定時間與系統的實時時間相等，系統就會進入報警程序。

4 智能藥盒語音和定時功能

老年患者在選取藥物的時候，直接觸碰頂蓋上的觸摸屏以及按鍵進行操作，就可以輕松完成取藥服藥。這個功能可以有效幫助行動不便的老人，或者是視力不好的老人，他們可以通過語音功能輸入命令，用語音來操控智能藥盒，這樣就可以輕松拿到他們自己想要拿的藥。并且可以在老年人忘記拿藥的情況下，會通過原先設計好的時間發出報警聲，以這種方式來提醒老年人吃藥，同時，還會自動將老年人需要的藥品提取出來，對于健忘的老年人來說，如果他們忘記或者拿錯了藥品，這個功能可以解決這類問題。還可以通過網絡通信功能，將智能藥盒旋轉功能的運行信息上傳到云服務器上，這種功能可以可以通過APP 來控制，當老年人身邊沒有人幫助的情況下，這種功能就可以用到，比如老年人的子女可以直接用過手機來操作，遠程提醒老年人服藥。

最后經過研制，形成產品——多功能智能藥盒，如圖1 所示。

5 結論

本系統以STC90C516 單片機為核心，具備LCD1602 時間指示、4 次計時、蜂鳴器提示服藥時間、提示4 種用藥劑量等功能。所采用的STC90C516 系列單片機具有抗干擾性強、低功耗以及安全性高的特點。本文的出發點是為了防止老年人漏服或錯誤藥物、忘記服用藥物、亂服用藥物等現象的發生，滿足老年人方便、正確和安全用藥的需求，而設計了一種能夠做到智能分類藥品、遠程操作、定時提醒服務以及語音識別等效果的智能藥盒。本文主要對智能藥盒這款產品進行設計，使智能藥盒的功能更加豐富，既可以適應老人在各種情況下的使用需要，也可以從根本上提高老人的生存品質，從而改善老人的生活水平[6]。

在中國老齡化越來越嚴重，人們越來越注重健康的環境下，智能藥盒非常具有實用價值。在系統功能上，如集成DS1302 添加了萬年歷的功能；在集成測溫模塊上，增加了對室內溫度的檢測功能。這樣可以充分利用單片機的功能，將系統的可用性進一步增加。