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智能藥盒方案開發(fā)
根據(jù)全國(guó)老齡工作委員會(huì)辦公室發(fā)布的《中國(guó)人口老齡化發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究報(bào)告》和國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委發(fā)布的《中國(guó)家庭發(fā)展報(bào)告2015》顯示，我國(guó)于1999年進(jìn)入老齡化社會(huì)，同時(shí)隨著老年人口的增長(zhǎng)，老年人口中近58.1%的人被確診患有如高血壓、糖尿病、帕金森等慢性疾病。由于慢性病治療周期長(zhǎng)，需長(zhǎng)期服用藥物治療，而老年人記憶力、視力卻隨著年齡的增長(zhǎng)不斷下降，忘記服藥、重復(fù)服藥、不清楚藥量、誤服藥異常狀態(tài)子女無(wú)法及時(shí)獲知的情況時(shí)常發(fā)生，每年因藥物服用錯(cuò)失治療導(dǎo)致病情加劇的案例越來(lái)越多。
根據(jù)市場(chǎng)及正在研究中的智能藥盒相關(guān)資料分析，忘記服藥和不清楚藥量問題可以通過(guò)聲光電方式提醒解決，忘記是否已服藥問題可以通過(guò)APP或短信記錄方式解決，誤服其他藥物問題解決得并不好。目前大部分智能藥盒的做法是藥物拆除包裝后以藥丸或藥片形式存儲(chǔ)在藥盒內(nèi)，再自動(dòng)發(fā)藥。這種做法容易造成藥品污染，藥物存儲(chǔ)成本增加等問題。少部分產(chǎn)品采取不拆包裝的形式存儲(chǔ)藥物，只是保證在非服藥期間鎖定整個(gè)藥盒，當(dāng)服藥時(shí)間到，藥盒內(nèi)所有藥物對(duì)用戶開放，防誤服藥效果不佳。
因此，本系統(tǒng)在選用微型電磁鐵以保證頂升機(jī)構(gòu)體積較小的基礎(chǔ)上，將電子技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，設(shè)計(jì)了一款具有定時(shí)提醒服藥，鎖定服藥狀態(tài)，錄入提示語(yǔ)音，文字提示服藥信息，服藥時(shí)間到只彈出裝有目標(biāo)藥物的藥倉(cāng)，其他藥物不能取出，短信及時(shí)反饋異常狀態(tài)等功能的智能藥盒。
一、老人智能藥盒系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)將采取機(jī)械與電子有機(jī)結(jié)合的形式，實(shí)現(xiàn)本智能藥盒。在藥盒內(nèi)放置多個(gè)藥倉(cāng)，因藥物去除包裝后對(duì)存儲(chǔ)衛(wèi)生、環(huán)境等條件要求較高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)保留藥物包裝，分別為圓形藥倉(cāng)存放圓形藥罐，方形藥倉(cāng)存放方形藥瓶，扁平形狀藥倉(cāng)存放鋁箔板包裝藥品。為了防止老人用戶出現(xiàn)誤服藥的情況，系統(tǒng)在每個(gè)藥倉(cāng)底部都安裝了頂升與檢測(cè)裝置，當(dāng)服藥時(shí)間到僅彈出目標(biāo)藥倉(cāng)。而后聲光電多提醒方式保障老人用戶了解服藥信息，考慮到本系統(tǒng)用戶定位于存在健忘、聽力障礙或視覺障礙等問題需長(zhǎng)期服藥的老年人群，該類人群的子女通常不在身邊，系統(tǒng)特意在自帶提示音的基礎(chǔ)上增加了人工錄入提示音功能，讓老人每天像在最親密的人的提醒下服藥，增加產(chǎn)品友好度。待老人用戶服藥后將藥倉(cāng)按回藥盒，系統(tǒng)恢復(fù)循環(huán)等待中。
經(jīng)過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析，綜合系統(tǒng)成本與性能后，智能藥盒的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，定時(shí)提醒功能由高精度時(shí)鐘芯片DS12C887+配合控制器STM32完成，鎖定服藥狀態(tài)、防止誤服藥由藥倉(cāng)控制模塊完成，聲光電多種方式組合提醒功能分別由音頻模塊、超亮指示燈、LCD顯示屏和GPRS模塊完成。
二、老人智能藥盒系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1藥倉(cāng)頂升與檢測(cè)模塊
該智能藥盒內(nèi)有3個(gè)藥倉(cāng)，每個(gè)藥倉(cāng)加上底部的頂升單元，就是一套特殊的儲(chǔ)藥裝置。特殊儲(chǔ)藥裝置通過(guò)頂升單元實(shí)現(xiàn)服藥狀態(tài)鎖定，防止老人用戶服用藥盒的其他藥物。頂升單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由基座、微動(dòng)開關(guān)、頂升柱、碰塊和電磁鐵等零部件組成，所有部件均通過(guò)螺絲安裝在基座上，頂升柱內(nèi)部有一彈簧，保證電磁鐵芯軸收縮時(shí)將頂升柱頂起。工作狀態(tài)如下：當(dāng)服藥時(shí)間到，若微動(dòng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)，電磁鐵通電，電磁鐵芯軸在磁力的作用下收縮退出限位孔，頂升柱及其上方的藥倉(cāng)被內(nèi)置彈簧頂起，檢測(cè)到微動(dòng)開關(guān)斷開，電磁鐵斷電，磁性消失，電磁鐵芯軸恢復(fù)伸展?fàn)顟B(tài)，但此時(shí)無(wú)法伸進(jìn)限位孔，待用戶服藥后將藥倉(cāng)按下，頂升柱下降至最低高度，電磁鐵芯軸伸進(jìn)限位孔，鎖定頂升柱，檢測(cè)到微動(dòng)開關(guān)閉合，服藥過(guò)程結(jié)束。
藥倉(cāng)的頂升驅(qū)動(dòng)電路由微型電磁鐵HCNE和BU406、SS8050兩個(gè)NPN三極管組成。由于微控制器引腳電流較小，而系統(tǒng)中電磁鐵驅(qū)動(dòng)電流要求較大，選用大功率三極管BU406作為電磁鐵的驅(qū)動(dòng)器件，此時(shí)BU406的基極電流超過(guò)0.5A，所以微控制器引腳端通過(guò)SS8050對(duì)BU406三極管進(jìn)行控制，SS8050是S8050的功率升級(jí)版，集電極通過(guò)電流可達(dá)1.5A，經(jīng)試驗(yàn)滿足系統(tǒng)要求。
藥倉(cāng)到位檢測(cè)電路由微動(dòng)開關(guān)和微控制器輸入GPIO實(shí)現(xiàn)。當(dāng)GPIO檢測(cè)到電壓為高時(shí)表示開關(guān)松開，藥倉(cāng)彈起；當(dāng)GPIO檢測(cè)到電壓為低時(shí)表示開關(guān)被按住，藥倉(cāng)被鎖在藥盒內(nèi)。
2.2 DS12C887時(shí)鐘模塊和FLASH存儲(chǔ)模塊
時(shí)鐘模塊主要由實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12C887構(gòu)成，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)模塊主要由帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）AT24C64構(gòu)成。DS12C887具有完備的日歷信息，可通過(guò)MOTOROLA和INTEL兩種總線讀寫日歷及設(shè)置信息，內(nèi)部自帶可充電鋰電池和晶振，保障掉電后時(shí)間信息不丟失，在家電、儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣?？紤]到DS12C887只能產(chǎn)生一個(gè)鬧鐘，系統(tǒng)增加EEPROM AT24C64用于存儲(chǔ)各藥倉(cāng)多個(gè)鬧鐘提醒時(shí)間、文字信息、提醒音。
三、老人智能藥盒系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)先對(duì)各功能模塊進(jìn)行初始化，隨后啟動(dòng)老人使用前，先將藥連包裝分別放入各藥倉(cāng)，并對(duì)各個(gè)藥倉(cāng)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，如設(shè)置提醒音、設(shè)置提醒時(shí)間、設(shè)置文字提示信息、設(shè)置緊急聯(lián)系人電話。當(dāng)某藥服藥時(shí)間到，智能藥盒播放該藥藥倉(cāng)提醒音，超亮指示燈閃爍，藥倉(cāng)自動(dòng)彈起，屏幕顯示該藥文字提示，老人可通過(guò)按任意鍵關(guān)閉藥倉(cāng)提示音和閃爍燈，也可待服藥后將藥倉(cāng)按回原位后所有提醒自動(dòng)結(jié)束，若老人30分鐘以上不將藥倉(cāng)按回原位，藥盒將此異常服藥信息發(fā)送給緊急聯(lián)系人，老人對(duì)于自己是否服藥看藥倉(cāng)一目了然，在非設(shè)置換藥情況下，所有藥倉(cāng)無(wú)法自行打開，防止老人出現(xiàn)誤服藥的問題。
四、基于藍(lán)牙4.0和APP控制的智能藥盒方案設(shè)計(jì)
為更好地反饋老人服藥情況，隨著IT技術(shù)的發(fā)展，具備智能信息處理能力的藥盒應(yīng)運(yùn)而生。本文設(shè)計(jì)了一種具備服藥檢測(cè)和服藥提醒功能的便攜式智能藥盒。本設(shè)計(jì)具備語(yǔ)音提醒、藥物用量顯示、一鍵急救報(bào)警功能，并且具有通過(guò)藍(lán)牙4.0與智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)信息同步并實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)藥盒攜帶情況的功能。開發(fā)了配套的基于Android系統(tǒng)的APP，使得藥盒能與病患者和監(jiān)護(hù)人同時(shí)進(jìn)行信息交互。本系統(tǒng)還集成了體溫檢測(cè)模塊，并利用GPRS模塊將用戶服藥信息同步至服務(wù)器上。
本文中所設(shè)計(jì)的智能藥盒，具備服藥檢測(cè)和服藥提醒功能。通過(guò)檢測(cè)藥盒開關(guān)來(lái)記錄用戶的服藥行為，并記錄用戶的服藥時(shí)間?？砂凑疹A(yù)先設(shè)定的時(shí)間提醒用戶服藥。本系統(tǒng)選擇以nRF51822芯片作為主控芯片。系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)智能藥盒和手機(jī)APP間的數(shù)據(jù)同步，并檢測(cè)藥盒是否離開藍(lán)牙覆蓋范圍從而在手機(jī)APP中實(shí)現(xiàn)用戶攜帶藥盒的檢測(cè)。系統(tǒng)利用GRPS模塊實(shí)現(xiàn)藥盒的基站定位，并集成了GY-MCU90615傳感器模塊實(shí)現(xiàn)體溫檢測(cè)。在APP中實(shí)現(xiàn)用戶的注冊(cè)與管理、藥盒檢測(cè)、服藥信息收集并分享至微信上。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。
五、藍(lán)牙智能藥盒硬件設(shè)計(jì)
智能藥盒硬件部分由電源模塊、主控模塊與藍(lán)牙模塊、體溫檢測(cè)模塊、用戶交互模塊、GPRS模塊以及相關(guān)外圍電路構(gòu)成。其中用戶交互模塊包括LCD顯示屏和6個(gè)藥盒實(shí)體按鍵，以實(shí)現(xiàn)藥盒與用戶的直接交互。
5.1電源模塊
電源模塊采用標(biāo)稱3.7V鋰電池供電。其中GPRS模塊由鋰電池直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)行工作，而主系統(tǒng)需要一路3.3V電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在此采用3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路給主系統(tǒng)進(jìn)行供電。電壓轉(zhuǎn)換芯片采用RICHTEK公司的RT9193LDO電源芯片。該芯片工作電壓在2.5～5.5V，待機(jī)電流小于0.01μA，具有過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能。
另外，由于設(shè)計(jì)有鋰電池充電電路，因此還需要一顆充電IC，保證MicroUSB5V的電源能夠給鋰電池充電。充電IC選用TI公司的充電ICBQ24040。
5.2主控模塊與藍(lán)牙模塊
由于智能藥盒硬件對(duì)主控芯片的計(jì)算能力要求有限，而智能藥盒作為便攜式設(shè)備對(duì)系統(tǒng)能耗有較高要求，因此本設(shè)計(jì)選擇兼具藍(lán)牙模塊功能的nRF51822芯片作為主控芯片，nRF51822采用ARMCoretex-M0內(nèi)核，并且集成了藍(lán)牙4.0的射頻電路，有31個(gè)GPIO口、256kB的內(nèi)部Flash、16kB的RAM，并且有I2C、UART等豐富外設(shè)，支持藍(lán)牙4.0協(xié)議，滿足絕大部分低功耗應(yīng)用場(chǎng)合。
5.3體溫檢測(cè)模塊
體溫檢測(cè)模塊選用GY-MCU90615集成模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)了傳感器到處理器的信號(hào)傳輸，將主控IC外接一對(duì)UART信號(hào)與模塊通信即可實(shí)現(xiàn)體溫檢測(cè)的功能。
5.4GPRS模塊
GPRS模塊采用FIBOCOMG510模塊。G510模塊支持GSM四頻850/900/1800/1900MHz，擁有內(nèi)置協(xié)議棧和雙串口。該模塊能夠被集成進(jìn)任何需要通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音通話或數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)或者產(chǎn)品中。
六、藍(lán)牙智能藥盒系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
6.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)服藥定時(shí)計(jì)時(shí)、信息顯示、服藥行為檢測(cè)、藥盒查找以及記錄用戶服藥信息等功能。藥盒所記錄的用戶服藥信息可通過(guò)GPRS連入因特網(wǎng)發(fā)送至服務(wù)器并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。
6.2AndroidAPP設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Android的與藥盒配套的APP，以實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)手機(jī)與藥盒進(jìn)行交互。首先，在APP中實(shí)現(xiàn)用戶管理功能。用戶在APP上進(jìn)行注冊(cè)、密碼管理與維護(hù)。其次，在APP中利用手機(jī)的藍(lán)牙搜索功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶攜帶藥盒的檢測(cè)。如果手機(jī)無(wú)法搜索到藥盒，則APP向用戶發(fā)出警示。最后，APP提供了與用戶交互的界面。表1給出了APP各功能模塊的設(shè)計(jì)要求。
在用戶交互模塊中，包括以下功能：
(1)吃藥檢測(cè):在APP和藥盒同步發(fā)出吃藥提醒以后，通過(guò)檢測(cè)藥盒蓋子的開關(guān)來(lái)記錄用戶的服藥行為。
(2)終端信息同步:APP可以通過(guò)藍(lán)牙，把用戶設(shè)置等同步至藥盒終端。
(3)設(shè)置藥物名稱和服藥時(shí)間:可以為每個(gè)小格設(shè)置藥品名稱、吃藥時(shí)間和服藥設(shè)置，也可以啟動(dòng)條形碼掃描。通過(guò)掃描藥品包裝上的條形碼可以自動(dòng)獲取藥品的名稱等信息，通過(guò)APP自動(dòng)啟動(dòng)的查找用戶手機(jī)號(hào)碼功能將用戶的電子病歷信息同步至APP端，可以獲取吃藥時(shí)間和服藥設(shè)置。
(4)導(dǎo)出藥物說(shuō)明書:在APP端，可以通過(guò)查詢藥品名稱，從服務(wù)器導(dǎo)出藥品說(shuō)明書，也可通過(guò)掃描藥物外包裝上的二維碼來(lái)從服務(wù)器導(dǎo)出藥品說(shuō)明書。
(5)生成吃藥報(bào)告并可以分享該吃藥報(bào)告至微信。
(6)藥物統(tǒng)計(jì)功能:APP通過(guò)藥品編碼的掃描和吃藥行為的記錄獲得藥品數(shù)量和已服用藥品的數(shù)量。二者之差即為剩余藥物的數(shù)量。
總結(jié)
近年來(lái)，隨著我國(guó)人口結(jié)構(gòu)逐漸向老齡化過(guò)渡，我國(guó)已成為世界上老齡人口最多的國(guó)家，也是老齡人口增長(zhǎng)最快的國(guó)家之一。據(jù)2014年的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)60歲以上人口占總?cè)丝诘谋壤殉^(guò)14.9%。許多老年人患有慢性疾病，需要長(zhǎng)期、定時(shí)服藥。而老年人由于記憶逐漸衰退，聽力逐漸減弱，容易發(fā)生忘記服藥、不按照醫(yī)囑服藥、重復(fù)服藥以及服錯(cuò)藥物劑量等問題，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。而子女作為監(jiān)護(hù)人也容易因?yàn)楣ぷ髅Φ仍驅(qū)е码y以對(duì)老人的服藥狀態(tài)做到細(xì)致的監(jiān)督。
本系統(tǒng)很好的避免了老人出現(xiàn)漏服藥、忘記是否已服藥、服錯(cuò)藥等問題，同時(shí)通過(guò)聲音、文字、燈光提示的方式，保證老人可以及時(shí)了解到服藥信息，最后補(bǔ)充的遠(yuǎn)程電話短信通知、個(gè)性化錄音、液晶顯示等功能，讓系統(tǒng)更加完善，將切實(shí)提高長(zhǎng)期服藥老年人的生活質(zhì)量，具有很好的推廣價(jià)值。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的藍(lán)牙智能藥盒方案詳情。如果您有老人智能藥盒的開發(fā)設(shè)計(jì)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語(yǔ)音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發(fā)能力涵蓋了PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙技術(shù)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)等軟硬件設(shè)計(jì)。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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