基于Raspberry Pi的智能藥柜研究

郁鵬洋

摘? ?要：本研究旨在設計和開發一種基于Raspberry Pi的智能藥柜，以提高藥物管理的效率和準確性。智能藥柜是一種集成物聯網和人工智能技術的新型醫療設備，能夠智能化地存放和監測藥品。本研究采用了Raspberry Pi作為智能藥柜的核心控制單元，利用其開源的特性和豐富的外部接口，實現了藥品的識別、分類和存取控制功能。總體來說，本研究目的為設計一種基于Raspberry Pi的智能藥柜，并驗證了其在藥品識別、分類和存取控制方面的有效性和可行性。未來，我們可能進一步優化系統性能，并探索更多的醫療場景下的應用可能性，以進一步提升智能藥柜的實用性和普及度。

關鍵詞：智能藥柜；Raspberry Pi；物聯網；藥品管理；藥品識別

一、背景研究

隨著后疫情時代的來臨，新冠的普及化，每個家庭都常備用了很多藥品和防護用具，但是人們往往忽略了潛在的問題，比如誤服過期藥品、誤服了兩種相沖的藥品、服用劑量不夠準確、藥品是否按要求存放、服藥的間隔時間等。針對這些問題，已有的解決方案如線下問診等不能方便快捷的滿足人們的日常所需，同時市場上針對此方面的醫療器械如專業的醫藥柜等都是復雜且又成本較高并不適合大眾家庭使用，因此為了解決用戶錯誤服藥等一系列的問題，設計一款集智能化與人性化的智能藥柜系統已經迫在眉睫。

為了解決以上問題，本文結合多種產品的優點，從用戶實際使用時易出現的問題的角度出發，設計一款基于樹莓派（Raspberry PI）的智能藥柜系統。在設計的智能藥柜系統中，采用指紋模塊以識別服藥對象、采用掃碼模塊掃入條碼編號、利用網絡爬蟲技術提取并存儲藥品信息、搭建數據庫用于信息管理。通過以上設計結合開發的交互界面，保證了用戶在正確的時間服用正確的藥物。設想提出的系統實施成本較低、功能齊全，從用戶使用需求出發，解決了現有產品無法識別身份、無法管理信息的問題。

二、研究課題

（一）系統硬件及電路設計

本文設計的智能藥柜由樹莓派主控板、條形碼掃入模塊、指紋識別模塊、鬧鐘提醒模塊、電磁鎖模塊和智能Android手機組成，系統總體架構如圖所示。用戶通過樹莓派顯示器進行人機交互，移動終端通過無線網絡獲得本地服務器數據庫數據。

（二）樹莓派（Raspberry Pi）服務器軟件設計

智能藥柜功能模塊的驅動和上層通信均采用Python語言設計，功能代碼在PyCharm平臺上完成。指紋電路用于錄入用戶指紋，通過指紋特征值比對確認身份進入用戶界面，顯示用戶信息。隨后可以通過存取藥品模塊，掃入藥品條碼檢索提取藥品信息并存儲、顯示當前用戶該服用的藥物并取出、同時可以取出其他藥品；可在服藥設置模塊選擇藥物后顯示藥品具體信息，并根據用法用量設置服藥鬧鐘時間；可在信息查詢模塊查詢服藥記錄、查詢藥品庫存、查詢存取藥日志；可在參數設置模塊設置用戶信息和系統設置。流程圖如下：

（三）移動端應用設計

應用程序（APP）的設計：Android手機開發采用Android Studio 3.0開發， 主要實現用戶登錄， 藥箱綁定， 推送配置信息 （綁定藥箱和短信接收人手機號碼） ， 編輯并推送定時服藥計劃。接收藥箱推送的信息等功能。手機APP模塊包括存取藥日志、健康信息、服藥記錄、藥品庫存信息和用戶信息5個子模塊，如圖所示。其中：存取藥日志模塊用于查看存藥和取藥記錄；健康信息模塊用于查看用藥禁忌；服藥記錄模塊用于查看用戶歷史服藥記錄；藥品庫存信息模塊用于查看藥品信息及藥品的剩余量；用戶信息模塊用于查看用戶的個人信息。

（四）藥箱本體設計

智能硬件 （藥箱本體） 端功能設計主要能夠實現系統時間同步， 用戶信息綁定， 更新定時時間計劃列表， 藥品分發與取藥監控， 信息推送， 語音提醒功能。設計圖如下：

三、關鍵問題

為了順利實現智能醫藥箱的制造以及數據統計，APP開發、在遠程環境中網絡通信對醫藥箱進行控制，本文擬運用以下方式：

1.將所獲取的藥品信息、用藥劑量、保質期、服藥時間等參數進行綜合運用，擴充傳感器節點的監測范圍，并將數據信號通過中繼器進行增強，以便實現遠距離轉發。

2.將Android手機終端、串口WiFi通過傳輸模塊組網。

3.增強數據匯聚節點的功能。另外，匯聚節點也要具有網關的功能，將無線傳感器網絡與互聯網聯接，以實現無距離控制、設置網絡。

4.利用購買的材料組裝藥箱，設計軟件鏈接并測試。

5.通過近效期分析，利用手機端提示以便實現藥品信息和庫存的精細管理。

四、結語

已有的智能藥柜在實際使用中存在系統復雜、實施困難、成本較高、功能相對單一等一系列問題，因此，文中基于樹莓派主控設計一種智能藥柜。在設計的智能藥柜系統中，采用指紋模塊以識別服藥對象、使用掃碼模塊掃入條碼編號、利用網絡爬蟲技術提取并存儲藥品信息、搭建數據庫用于信息管理，以保證用戶在正確的時間服用正確的藥物。為了進一步提高系統的可用性，在Android Studio開發平臺上設計基于智能保健系統的掌上管理應用程序（APP），APP可以遠程查看和設置服務器的藥品信息和用戶信息。

基金項目：本文受到宿州學院省級大學生創新創業訓練計劃項目資助，項目編號S202310379093