宋承翰，劉博,，劉斌,，李瑞芳

　　（武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院,，湖北 武漢 430070）

　　摘要：由于生活壓力增大,，越來(lái)越多慢性疾病出現(xiàn)。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì),近40%的人需要長(zhǎng)期服用某幾種藥物,，其中老年人居多,。在病人服藥過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了諸多用藥問(wèn)題，如不按時(shí)吃藥,、吃錯(cuò)藥等,。設(shè)計(jì)了一款智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)，系統(tǒng)包括儲(chǔ)藥模塊,、觸摸顯示屏,、語(yǔ)音播報(bào)模塊、藍(lán)牙手環(huán),、一鍵應(yīng)急模塊。系統(tǒng)具有協(xié)助病人按時(shí)用藥,、正確用藥的功能,，系統(tǒng)功能實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，具有很大實(shí)用價(jià)值,。

　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能醫(yī)藥箱,；語(yǔ)音播報(bào),；藍(lán)牙手環(huán)

0引言

　　隨著人們生活節(jié)奏的加快，生活壓力增大,，生活習(xí)慣越來(lái)越不健康,，高血壓、糖尿病,、骨質(zhì)疏松等慢性病越來(lái)越多,，大部分人的身體處于亞健康狀態(tài)。經(jīng)過(guò)在學(xué)校周?chē)鷮?shí)地調(diào)查,，統(tǒng)計(jì)出大約40%的人需要長(zhǎng)期服用某種藥物或者幾種藥物,。同時(shí)，由于生活節(jié)奏加快,，工作繁忙,，導(dǎo)致人們?nèi)狈ψ銐虻木蜁r(shí)間來(lái)關(guān)心自己的身體,，忘記吃藥、吃錯(cuò)藥的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,，這就更加導(dǎo)致了人們身體狀況的惡化,。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該問(wèn)題集中體現(xiàn)于以下幾點(diǎn)：（1）多數(shù)病人,，尤其是老年人,，患有多種疾病，平時(shí)藥物種類(lèi)繁多,，各類(lèi)藥物的服用時(shí)間多有錯(cuò)開(kāi),，加上工作繁忙，記憶力衰退等因素,，經(jīng)常出現(xiàn)未按時(shí)服藥,，在錯(cuò)誤時(shí)間服藥，服用藥物的種類(lèi),、劑量出現(xiàn)差錯(cuò)等問(wèn)題,；（2）許多家庭在藥品存放上不重視，產(chǎn)生了藥物過(guò)期,、受潮,、霉變等問(wèn)題，服用這些問(wèn)題藥物,，輕則出現(xiàn)身體不適,，重則發(fā)生醫(yī)療事故，危及生命,；（3）老年人由于子女不在身邊,，又不擅長(zhǎng)使用智能設(shè)備，與子女聯(lián)系不便,，當(dāng)藥品用完時(shí),，得不到及時(shí)的補(bǔ)充，當(dāng)身體出現(xiàn)緊急狀況時(shí),，亦不能及時(shí)呼救,，錯(cuò)過(guò)最佳搶救時(shí)間。

　　為解決以上問(wèn)題,，本文研制了一款集成了藥物信息儲(chǔ)存,、定時(shí)提醒、語(yǔ)音播報(bào),、緊急呼救等功能的智能醫(yī)藥箱系統(tǒng),，對(duì)于解決病人用藥問(wèn)題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)力求人性化的操作體驗(yàn)，以期達(dá)到如下效果：大屏幕的觸摸輸入和顯示,，簡(jiǎn)單實(shí)用的圖形界面,，良好的藥物存放環(huán)境，可靠的定時(shí)提醒,、語(yǔ)音播報(bào),、一鍵呼救等。

　　系統(tǒng)在各模塊功能設(shè)計(jì)上做了如下規(guī)劃：

　?。?）系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上分為兩個(gè)主要部分：醫(yī)藥箱主體［13］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)其為主機(jī)）和配套藍(lán)牙手環(huán)［45］（以下簡(jiǎn)稱(chēng)其為從機(jī)）,。

　　（2）主機(jī)與從機(jī)可采用一對(duì)多的配對(duì)方式,，方便多人使用,。

　　（3）主機(jī)具備的功能有：適宜的藥物存儲(chǔ)環(huán)境,；大屏幕觸摸輸入和顯示,；藥物信息（包括藥物名稱(chēng)、用藥量,、用藥時(shí)間等）存儲(chǔ),；定時(shí)語(yǔ)音播報(bào)；藍(lán)牙控制手環(huán)等,。

　?。?）從機(jī)具備的功能有：在近距離范圍內(nèi)（規(guī)定為18 m）穩(wěn)定接收主機(jī)發(fā)來(lái)的用藥信息，并對(duì)用戶(hù)進(jìn)行多次提醒,，確保準(zhǔn)時(shí)用藥,；一鍵呼救。

　　系統(tǒng)引導(dǎo)用戶(hù)在觸摸屏上輸入用藥信息,，并自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，內(nèi)置的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊與輸入的用藥時(shí)間進(jìn)行比較,，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)置的用藥時(shí)間時(shí),，向用戶(hù)佩戴的藍(lán)牙手環(huán)發(fā)送指令，手環(huán)振動(dòng),，提示吃藥,，用戶(hù)在按下藥箱上對(duì)應(yīng)的“停止提醒”按鍵后，主機(jī)停止向手環(huán)發(fā)送提醒信息,，并語(yǔ)音播報(bào)該時(shí)間點(diǎn)該服用的藥物信息,，用戶(hù)根據(jù)語(yǔ)音信息拿取相應(yīng)的藥物。另外,，為應(yīng)對(duì)緊急情況,，本系統(tǒng)還加入了一鍵呼救模塊，按下緊急呼救鍵時(shí)會(huì)向指定的監(jiān)護(hù)人號(hào)碼發(fā)送呼救信息，爭(zhēng)取寶貴的搶救治療時(shí)間,。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

2系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)及算法

　　2.1顯示界面的設(shè)計(jì)

　　為實(shí)現(xiàn)人性化的操作體驗(yàn)，對(duì)觸摸屏的顯示界面作了如下規(guī)劃：主菜單界面可以選擇添加藥物信息,、查看藥物信息,、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間、查看鬧鐘信息,、綁定手機(jī)號(hào)碼5個(gè)主要的功能選項(xiàng)虛擬鍵,，通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)虛擬鍵可以進(jìn)入相應(yīng)的界面進(jìn)行各項(xiàng)操作；主菜單界面可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)時(shí)間和預(yù)執(zhí)行鬧鐘時(shí)間（即下次服藥時(shí)間）,；添加藥物信息界面用來(lái)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)藥物信息的輸入,；查看藥物信息界面可用來(lái)查詢(xún)已添加的各類(lèi)藥物信息；設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間界面用來(lái)初始化或校正系統(tǒng)時(shí)間,；查看鬧鐘信息以方便用戶(hù)查詢(xún)所有服藥的時(shí)間和種類(lèi),；綁定手機(jī)號(hào)碼界面可以用來(lái)輸入監(jiān)護(hù)人的手機(jī)號(hào)碼。顯示界面規(guī)劃圖如圖2所示,。

　　2.2定時(shí)提醒策略

　　實(shí)際情況中,，考慮到各種藥物設(shè)置的服藥時(shí)間次數(shù)不同，有些藥物未設(shè)置服藥時(shí)間以及不同藥物設(shè)置的某次服藥時(shí)間相同,，在定時(shí)提醒時(shí)容易造成提示的時(shí)間混亂,。為很好地解決以上問(wèn)題，本文構(gòu)思了一種定時(shí)提醒策略,。

　?。?）初始化。定義n組鬧鐘變量,，每組變量由小時(shí)變量和分鐘變量組成,，初始值均為零，每組鬧鐘還對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)著該時(shí)間對(duì)應(yīng)的藥物信息,，此處不予給出,。鬧鐘變量結(jié)構(gòu)如下。

　　Ai=（Hi,Mi）,i=0,1,2,…,，n-1

　　其中,，Ai為第i組鬧鐘變量，Hi為該組鬧鐘變量中的小時(shí)變量,，Mi為該組鬧鐘變量中的分鐘變量,。

　　（2）數(shù)據(jù)輸入,。用戶(hù)通過(guò)觸摸屏輸入各類(lèi)藥物的信息,，將其中的服藥時(shí)間賦值給對(duì)應(yīng)的小時(shí)變量Hi和分鐘變量Mi，未賦值的變量仍為初始值零?？紤]到小時(shí)變量和分鐘變量值均為0時(shí),，對(duì)應(yīng)著時(shí)間為凌晨零點(diǎn)，此時(shí)人體應(yīng)處于休息階段,，不會(huì)在該時(shí)段服藥,，當(dāng)鬧鐘在該處響應(yīng)時(shí)，不作任何事件處理,。

　?。?）數(shù)據(jù)處理。將n組變量按照遞增次序重新排序,，得到n組新的鬧鐘變量,，其結(jié)構(gòu)如下。

　　A′i=（H′i,，M′i）,，i=0,1,2,…，n-1

　　其中,，A′i為重新排序后的第i組鬧鐘變量,，H′i為該組鬧鐘變量中的小時(shí)變量，M′i為該組鬧鐘變量中的分鐘變量,。

　?。?）得出預(yù)執(zhí)行鬧鐘值。將RTC實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)間與各組排序后的鬧鐘變量比較,，即可得到即將要執(zhí)行的鬧鐘時(shí)間,。

　　Kn+1=（A′0，A′1,，…,，A′j-1，C,，A′j,，…，A′n-1）

　　C=（Ch,，Ci）

　　其中，C為系統(tǒng)時(shí)間,，Ch為其小時(shí)值,，Ci為其分鐘值，則A′j為即將要執(zhí)行的鬧鐘值,。觸發(fā)鬧鐘后再次重復(fù)以上步驟,，可得下一組要執(zhí)行的鬧鐘值。

　　例如，取n=3（此處為簡(jiǎn)化說(shuō)明）,，只輸入2組鬧鐘值,，分別為8:00和17:30，則此時(shí)A0=（8,0）,，A1=（17,30）,，A2=（0,0），排序后得A′0=（0,，0）,，A′1=（8，0）,，A′2=（17,，30），當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間為7：00,，即C=（7,，0）時(shí)，預(yù)執(zhí)行鬧鐘為A′1=（8,，0）,，即將要服藥的時(shí)間為8:00。

3系統(tǒng)模型及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　基于以上設(shè)計(jì)思想,，本文研制了一種智能醫(yī)藥箱的系統(tǒng)模型,，主機(jī)和手環(huán)均采用STM32芯片；主機(jī)設(shè)置4個(gè)藥盒,，最多可同時(shí)存儲(chǔ)4種藥物信息,；采用語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)［67］；采用SIM900A無(wú)線(xiàn)通信模塊與手機(jī)通信,；主機(jī)和手環(huán)采用HC05藍(lán)牙模塊通信［89］,；設(shè)計(jì)一鍵呼救模塊［10］。本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn),，驗(yàn)證系統(tǒng)的功能,。

　　3.1主機(jī)與手環(huán)的藍(lán)牙通信穩(wěn)定性以及通信質(zhì)量

　　把主機(jī)和手環(huán)放置于不同距離的位置上，測(cè)試其在各距離處能否接收到信息,、接收延遲時(shí)間和斷電重啟配對(duì)時(shí)間,。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

　　3.2一鍵呼救模塊的通信穩(wěn)定性

　　按下手環(huán)上的急救鍵,，測(cè)試手環(huán)在離主機(jī)不同距離的地方系統(tǒng)的反應(yīng)度和穩(wěn)定性,。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

　　結(jié)果分析：急救功能在藍(lán)牙手環(huán)通信范圍內(nèi),，穩(wěn)定工作,，反應(yīng)迅速,。

　　結(jié)果分析：主機(jī)與手環(huán)之間采用藍(lán)牙通信，在20 m的距離內(nèi)通信效果較好,，能滿(mǎn)足家用范圍的工作要求,。

4結(jié)論

　　本文針對(duì)病人按時(shí)用藥、正確用藥的問(wèn)題提出了一種智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法,，系統(tǒng)采用嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù),，較好地實(shí)現(xiàn)了智能醫(yī)藥箱的各個(gè)功能，增強(qiáng)了人機(jī)交互能力,，提高在應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況的處理能力,。未來(lái)，將針對(duì)如何提升藥物儲(chǔ)藏環(huán)境以及開(kāi)發(fā)藥物自動(dòng)記憶等功能作進(jìn)一步研究,。

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