基于Arduino控制的智能提醒藥盒

徐仕成 薛翰 徐婧雯 項(xiàng)陽(yáng) 吳建民

摘要：該文針對(duì)目前市場(chǎng)上沒(méi)有的智能提醒藥盒，提出了一種Arduino控制的多功能集成一體化智能提醒藥盒。文章中對(duì)此智能提醒藥盒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，介紹了硬件及控制原理，最后通過(guò)Java和C語(yǔ)言混合編寫控制程序，進(jìn)行了實(shí)物驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明該智能提醒藥盒能夠完成預(yù)期功能，并且通過(guò)Arduino控制，實(shí)現(xiàn)了其智能化。

關(guān)鍵詞：智能化一鍵管控;多功能集成;軟件控制;提醒功能;C語(yǔ)言;Java語(yǔ)言

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）36-0170-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Intelligent Reminder Medicine Box Based on Arduino Control

XU Shi-cheng， XUE Han， XU Jing-wen， XIANG Yang， WU Jian-min

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

Abstract： Aiming at the existing intelligent reminder medicine box in the market， a multi-functional integrated intelligent reminder medicine box controlled by Arduino was proposed. In this paper， the structure of the intelligent reminder medicine box is described in detail， and the hardware and control principle are introduced. Finally， the control program is written by mixed Java and C language， and the physical verification is carried out. The experiment shows that the reminder medicine box can complete the expected function， and through the Arduino control， to achieve its intelligence.

Key words： intelligent one-button control; multifunction integration; software control; reminder function; C language; the Java language

1 引言

如今社會(huì)正在逐漸邁入老齡化階段，老年人口數(shù)明顯增加，而隨著年齡的增加，身體機(jī)能逐漸退化，身體的抵抗力也將隨之減弱。因此，老年人容易患上各種疾病，需要服用各類藥物。但是，沒(méi)有專人照顧的老人漏服藥物或者過(guò)量用藥等現(xiàn)象頻頻發(fā)生，如何幫助老年人們按時(shí)按量服藥已經(jīng)成為眼前有待解決的重要問(wèn)題，特別是在一些老齡化嚴(yán)重的國(guó)家，有大量的需求。由此，便攜式藥盒便應(yīng)需而生。

目前，市面上各種便攜式藥盒不少，但他們的使用方式過(guò)于簡(jiǎn)單，即通過(guò)將一個(gè)盒體隔出多個(gè)空間，并通過(guò)多個(gè)空間分別容納藥物，使用者在需要服藥的時(shí)候，自行手動(dòng)打開(kāi)藥盒進(jìn)行取藥服用。

但這種方式存在的缺陷與不足在于：其一，大多數(shù)老人都存在記憶力衰退的現(xiàn)象，很多時(shí)候老人們并非不知道該吃什么藥，而是忘記吃藥，這就要求便攜藥盒不僅僅是一個(gè)收納藥物的小盒子，同時(shí)它必須要兼顧提醒吃藥的功能;其二，由于協(xié)調(diào)、辨識(shí)能力的衰退，老人在手動(dòng)取藥往往不能很容易地從藥盒中的某個(gè)獨(dú)立空間內(nèi)將藥取出;其三，密封性差的藥盒容易導(dǎo)致藥物受潮、變質(zhì)，這不僅僅可能會(huì)影響藥效，嚴(yán)重的可能會(huì)加重病情。

2 智能提醒藥盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

該藥盒需要實(shí)現(xiàn)在配套軟件預(yù)設(shè)的時(shí)間開(kāi)啟提醒功能，并通過(guò)短信發(fā)送的方式告知監(jiān)管者（通常為親屬或護(hù)理者）藥物的取出情況，而提醒方式是以內(nèi)嵌式喇叭發(fā)出提示音的方式提醒被監(jiān)管人（服藥人）。當(dāng)被監(jiān)管人在服藥時(shí)間按下開(kāi)關(guān)，藥倉(cāng)被升降桿彈出，以供其及時(shí)服藥。針對(duì)大多數(shù)人的服藥情況，該智能提醒藥盒設(shè)置若干轉(zhuǎn)盤，每個(gè)轉(zhuǎn)盤上裝有三個(gè)藥倉(cāng)，以滿足至少每日三次的服藥次數(shù)。本藥盒還將內(nèi)置一塊鋰電池，以滿足外出攜帶的需求。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本智能藥盒主要分為旋轉(zhuǎn)裝置、升降裝置、便攜式藥倉(cāng)、提醒裝置、物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)App五個(gè)部分構(gòu)成。

2.2.1 旋轉(zhuǎn)裝置和藥倉(cāng)

1）旋轉(zhuǎn)裝置是由一個(gè)容藥轉(zhuǎn)盤、一根轉(zhuǎn)軸、一個(gè)支撐板，一對(duì)錐齒以及一個(gè)電機(jī)組成。容藥轉(zhuǎn)盤外緣與藥盒外殼內(nèi)壁皆裝有感應(yīng)銅片，以此形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的精確定位。電機(jī)裝于支撐板上，其中一個(gè)錐齒通過(guò)聯(lián)軸器安裝在電機(jī)上，另一個(gè)錐齒則通過(guò)緊定螺釘安裝在垂直于支撐板上的轉(zhuǎn)軸上，由于錐齒的配合，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將傳動(dòng)至轉(zhuǎn)軸上，而轉(zhuǎn)軸則將運(yùn)動(dòng)傳至容藥轉(zhuǎn)盤上，以此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2）藥倉(cāng)是由藥倉(cāng)盒與藥倉(cāng)蓋以橡膠墊圈作為密封方式組合在一起的，容納藥物的裝置。其底部附有感應(yīng)銅片，與升降桿上方的感應(yīng)銅片形成一組感應(yīng)裝置，以兩者之間是否有接觸作為信號(hào)，來(lái)控制升降桿的上升與下降。

2.2.2 升降裝置

升降裝置由若干組升降連桿、一個(gè)舵機(jī)、一個(gè)托盤、一根滑軌組成，其運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是一個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。升降裝置固定于藥盒底部，升降桿頂部附有感應(yīng)銅片，以便判斷藥倉(cāng)是否放置在其上。舵機(jī)作為動(dòng)力源，由Arduino控制，每次旋轉(zhuǎn)特定角度，將升降桿抬升/下降至預(yù)設(shè)高度。該裝置主要作用是實(shí)現(xiàn)取藥和放藥功能。

其中升降主要原理過(guò)程如圖8所示。

其運(yùn)動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖如圖9所示。

2.2.3 提醒裝置與物聯(lián)網(wǎng)手機(jī)App

提醒裝置為一個(gè)連接于Arduino 板上的喇叭，通過(guò)手機(jī)App控制。手機(jī)App上可設(shè)置服藥時(shí)間、發(fā)送短信、編輯藥物名稱、控制裝藥。該手機(jī)App是以Java和C語(yǔ)言混合編寫的，并燒入Arduino控制板，可下載于使用者手機(jī)上。

3硬件以及控制原理

智能藥盒，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖12所示。主要包括：Arduino、電機(jī)、連桿、托盤、容藥倉(cāng)、喇叭（未表示）、容藥轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)主軸、支撐板等。

由Arduino 作為中控裝置，通過(guò)Java和C語(yǔ)言編寫控制程序，控制各電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和喇叭的開(kāi)關(guān)。

具體流程如下：

1）旋轉(zhuǎn)裝置：一級(jí)旋轉(zhuǎn)裝置由容藥轉(zhuǎn)盤1、旋轉(zhuǎn)主軸1與固定在支撐板1上的電機(jī)1承擔(dān);通過(guò)Arduino 控制電機(jī)1旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)主軸1帶容藥轉(zhuǎn)盤1及其附帶的容藥倉(cāng)旋轉(zhuǎn)。二級(jí)旋轉(zhuǎn)裝置由容藥轉(zhuǎn)盤2、旋轉(zhuǎn)主軸2與固定在支撐板2上的電機(jī)2承擔(dān);通過(guò)Arduino 控制電機(jī)2旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)主軸2帶容藥轉(zhuǎn)盤2及其附帶的容藥倉(cāng)旋轉(zhuǎn)。

2）升降裝置：該結(jié)構(gòu)位于取藥口正下方，由電機(jī)3、多組連桿及托盤組成，電機(jī)3帶動(dòng)曲柄滑快水平運(yùn)動(dòng)，使得“X型”連桿帶動(dòng)托盤豎直運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行容藥倉(cāng)的彈出與放入。

語(yǔ)音提醒模塊：當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間，Arduino 會(huì)發(fā)出指令控制喇叭開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提醒，容藥倉(cāng)取出后，Arduino 會(huì)發(fā)出指令控制喇叭關(guān)閉。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

智能藥盒送藥和取藥過(guò)程穩(wěn)定且迅速。

將智能藥盒配置藥物后，使用App設(shè)置提醒服藥時(shí)間和聯(lián)系人手機(jī)號(hào)碼等，在到達(dá)設(shè)置時(shí)間后發(fā)出相應(yīng)的聲音提醒，電機(jī)工作，容藥轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，升降裝置升起，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)將藥倉(cāng)彈出。當(dāng)老人將藥倉(cāng)取走后，升降裝置自動(dòng)下落，容藥轉(zhuǎn)盤復(fù)位，聯(lián)系人手機(jī)會(huì)收到老人已經(jīng)服藥的短信提醒，裝置聲音提醒也同時(shí)關(guān)閉。

在智能藥盒的測(cè)試過(guò)程中，各個(gè)部分都能正常穩(wěn)定地工作。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)此基于Arduino控制的智能提醒藥盒的結(jié)構(gòu)以及其控制原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證了其能夠準(zhǔn)確、高效地提醒老人服藥，并且能通過(guò)App控制，體現(xiàn)出本產(chǎn)品的智能化，在測(cè)試過(guò)程中表現(xiàn)出了穩(wěn)定、智能、高效的特點(diǎn)。

目前市場(chǎng)上智能提醒藥盒屬于空白領(lǐng)域， 當(dāng)下人口老齡化日趨嚴(yán)重的社會(huì)背景下，老年服藥人口數(shù)量的大幅度增加，智能提醒藥盒是老人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡墓ぞ撸瑫r(shí)該智能提醒藥盒功能可以不僅僅局限于家庭，其造價(jià)低廉，具有廣闊的應(yīng)用、研究前景和市場(chǎng)價(jià)值。

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【通聯(lián)編輯：王力】