智能藥盒的設計

周琪博 田宇寧 郝張紅 王寧

摘? 要：針對日常老年人按時服藥困難的問題，文章設計了一款智能藥盒。可以自主設定用藥時間及次數，同時擴展了緊急求救功能。當到達設定的用藥時間時，蜂鳴器提醒使用者服藥，并通過紅外檢測模塊判斷使用者是否取藥，如果半小時之內沒有檢測到使用者取藥，則蜂鳴器報警提醒使用者盡快服藥。當使用者出現意外情況時，可以觸發(fā)一鍵式報警按鈕，本系統(tǒng)通過GSM模塊將信息發(fā)送給預設接受對象，達到緊急求救的效果。

關鍵詞：智能藥盒;按時服藥提醒;GSM

中圖分類號：TN802? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）16-0044-03

Abstract： In order to solve the problem that it is difficult for the elderly to take medicine on time， an intelligent medicine box is designed in this paper. The time and frequency of medication can be set independently， and the function of emergency call for help can be expanded at the same time. When the set medication time is reached， the buzzer reminds the user to take the medicine， and judges whether the user takes the medicine through the infrared detection module. If the user is not detected within half an hour， the buzzer alarm reminds the user to take the medicine as soon as possible. When the user has an unexpected situation， the one-button alarm button can be triggered， and the system sends the information to the preset receiving object through the GSM module to achieve the effect of emergency call for help.

Keywords： smart kit; timely medication reminder; GSM

序言

我國的人口老齡化程度越來越明顯，而在老年人群中，或多或少存在著某些慢性疾病而需每天吃藥。大多數老年人隨著年齡的增長，都會有健忘的毛病，對于這些老年人來說，在生病的時候甚至是日常生活中按時吃藥是一個難題，如果需要在不同時間吃多種藥物，很多時候很難記得復雜的多樣的藥物[1]。雖然國內外已經有一些與服藥提醒器、智能藥盒相關的產品，但是它們面向的群體往往不是老年人，而且設置的方法很復雜，老年人不能夠方便的使用，而且產品的造價昂貴，鑒于目前不少老年人苦于用藥的合理管理和定時服用，簡易有效的服藥提醒器正是大眾所需[2]。因此，研制一款智能藥盒對于老年人解決吃藥問題具有重要的現實意義。

1 系統(tǒng)總體結構

智能藥盒主要包括三種功能：人體紅外監(jiān)測功能、超時提醒功能、一鍵式呼救功能。

（1）人體紅外監(jiān)測功能：系統(tǒng)通過紅外傳感器測出是否有人靠近監(jiān)測范圍，用來判斷使用者是否取藥，接近時會有蜂鳴器及燈光提示以推斷使用者是否服藥。

（2）超時提醒功能：當30分鐘之內使用者未服藥，智能藥盒便會以蜂鳴器作為主要提醒方式，根據自定義時間自動提示，觸發(fā)超時提醒功能。

（3）一鍵式呼救功能：在遇到緊急情況時，使用者可以通過一鍵式呼救按鈕向外界進行呼救，通過GSM模塊把求救信息向預設對象發(fā)送求救信息以達到求救目的。

根據系統(tǒng)實現功能，本設計包括輸入模塊、顯示模塊、監(jiān)測模塊、提醒模塊、GSM模塊等。系統(tǒng)框圖如圖1所示，輸入顯示模塊的功能用于使用者將所需要的信息錄入。監(jiān)測與提醒模塊的功能是接近本藥盒會有紅外探測、蜂鳴提示以推斷使用者是否服藥。GSM模塊方便了人機通信，能夠將人與物連接起來，更加方便。單片機控制GSM模塊通過短信方式將求救信息發(fā)送給預先設定好的老人的監(jiān)護人[3]。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 單片機主控模塊

本部分采用STC89C52單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘機器周期和6時鐘機器周期可以任意選擇。內部集成MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復位腳可直接接地。STC89C52單片機中包含中央處理器（CPU）、程序存儲器（FLASH）、數據存儲器（SPAM）、定時/計數器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊，幾乎包含了數據采集和控制所需要的所有單元模塊，主要控制各個傳感器進行各部分工作。單片機主控模塊如圖2所示。

2.2 顯示模塊

此設計采用控制簡單、使用方便、可以顯示2行16列的數字或英文信息的LCD1602液晶顯示器，另外所需的連接線很少，只需要8根數據線和3根控制線。GND和BLK接地，VCC和BLA接電源，DB0-DB7接單片機的AD0-AD7引腳，E接A13，RW接A14，RS接A15。主要用來顯示時間和定時。時間可以實時顯示，定時必須手動設置，利用按鍵模塊設置吃藥時間，實現可以定時提醒功能。顯示模塊原理圖如圖3所示。

2.3 輸入模塊

本設計采用普通四位按鍵模式輸入，通過點陣顯示器所顯示的信息對系統(tǒng)進行控制，方便快捷、易于實現。主要功能是：前三個按鍵主要用來設置吃藥時間，第四個按鍵實現一鍵報警功能。原理圖如圖4所示。

2.4 監(jiān)測模塊

監(jiān)測模塊采用了一種將發(fā)射與接收歸于一體的光電傳感器E18-D80Nk-N光電開關進行信息采集，將0～80cm范圍內的發(fā)射光經過調制后發(fā)出，當傳感器接受時會對發(fā)射光進行解調，就可以在一定程度上避免了有效光的干擾。因為傳感器E18-D80Nk-N是一種NPN型的光電開關，當其監(jiān)測到物體時會以低電平的方式發(fā)出信號，反之正常狀態(tài)是會以高電平輸出。其外部輸出信號時3引腳會接上一個1K的上拉電阻到與其相接單片機的I/O口處，同時1引腳接一個+5V電源，2引腳接地，如圖5所示。

2.5 提醒模塊

通過蜂鳴器來實現提醒模塊的設計。蜂鳴器驅動電路一般會為了增加驅動能力使得蜂鳴器響聲更大，會加入三極管驅動。三極管相當于蜂鳴器驅動電路的開關，其基極的高電平使三極管飽和導通，使蜂鳴器發(fā)聲;而基極低電平則使三極管關閉，從而蜂鳴器停止發(fā)聲。主要功能是：到定時時間后發(fā)出響聲，提醒老人吃藥。電路如圖6所示。

2.6 GSM模塊

GSM通信模塊是用來進行數據傳輸的通信核心。SIM900A可以快速安全可靠地實現系統(tǒng)方案中的數據、語音傳輸、短消息服務（Short Message Service）和傳真。SIM900A是一個具有2頻的GSM/GPRS模塊。

GSM模塊主要通過單片機AT指令來控制。AT即Attention，是終端適配器或數據電路終端設備接收終端設備或數據終端設備的AT指令集。通過TA，終端設備發(fā)送AT指令來控制移動臺的功能，與GSM 網絡信息進行相互傳輸數據。操作者可以通過使用AT指令進行呼叫、短信、電話本、數據業(yè)務、傳真等操作。

GSM系統(tǒng)的短信息被編碼消息長度為140個字節(jié)，發(fā)送的漢字短信不能超過70個字，而本設計所發(fā)送的信息在70個漢字以內，完全符合GSM系統(tǒng)短消息業(yè)務的使用要求，而且操作簡便，能夠被人方便使用。短信服務接收和發(fā)送有關的AT命令如下所示：

（1）AT+CPMS，查詢SIM卡內短消息使用狀態(tài);

（2）AT+CNMI，新消息指示設置;

（3）AT+CMGF，選擇短消息格式;

（4）AT+CSCS，編碼設置;

（5）AT+CSMP，設置短消息文本模式參數;

（6）AT+CMGS，發(fā)送短消息;

（7）AT+CMGR，讀取短消息。

此模塊的主要功能是為了能夠通信到老人的子女或者監(jiān)護人的手機上，能夠監(jiān)控老人是否吃藥[4]。電路如圖7所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

本程序所實現的功能是：單片機檢測時鐘模塊的時間信息，并實時地顯示在LCD1602上，在系統(tǒng)記錄下兩次用藥時間之后，調節(jié)好系統(tǒng)時鐘后系統(tǒng)開始運行，在運行的過程中，單片機將定時的兩個時間與系統(tǒng)的實時時間相比較，相等時即報警，并顯示此次用藥的服用量。主流程圖如圖8所示。

4 結束語

本設計完成了提前設定好用藥時間和藥量，只要設定的時間一到，可以自動提醒老年人用藥。本設計增加了紅外感應模塊，用于判斷有沒有取藥，還可以將老年人用藥的情況以短信的形式發(fā)送到監(jiān)護人手機上[5]。當老人出現突發(fā)情況時，可以點擊“一鍵呼救”按鍵，向監(jiān)護人發(fā)送求救信息。

參考文獻：

[1]龐天昊，劉煒豪，栗睿辰，等.老年人智能藥盒的設計現狀及研究分析[J].設計，2019（07）：10-11.

[2]劉明德，王江，曾震，等.老年人居家使用的智能藥盒設計[J].科技與創(chuàng)新，2018（24）：128-130.

[3]王江，劉明德，蘇蕓，等.基于老人的智能藥盒設計[J].南方農機，2019，50（03）：170-171.

[4]呂艾霖.“守護者”老人智能藥盒設計[J].黑龍江科學，2018，9（22）：162-164.

[5]陳燕萍，梁惠萍，李欣陳.老年人智能藥盒設計研究[J].藝術科技，2016，29（12）：24.