基于智能手表的老年人給藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈藝高

摘要：本設(shè)計(jì)是一種基于智能手表的老年人給藥系統(tǒng)。使用stm32f411re主控MCU;采用SYN6288語(yǔ)音提醒系統(tǒng);以集成式生命體征傳感器AS7024來(lái)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療級(jí)血壓測(cè)量及心電圖測(cè)量;以電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N通過(guò)軸承旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)格轉(zhuǎn)動(dòng);采用ENS210溫度與相對(duì)濕度傳感器來(lái)采集濕度與相對(duì)濕度。它一方面具有傳統(tǒng)智能給藥器的提醒服藥、短信報(bào)警等功能，又具有智能手表的生命體征監(jiān)測(cè)、智能定位、實(shí)時(shí)交流等功能，同時(shí)還有儲(chǔ)藥數(shù)量更多、儲(chǔ)藥條件更科學(xué)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)督老年人服藥、防止意外發(fā)生、實(shí)時(shí)定位交流等需求，具有一定的創(chuàng)新性與實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：老年人;智能給藥系統(tǒng);智能手表;設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）03-0143-02

人口老齡化是全球重要的衛(wèi)生問(wèn)題，而我國(guó)是世界上老齡化速度最快的國(guó)家之一。國(guó)務(wù)院于2017年2月28日頒布的《十三五”國(guó)家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老體系建設(shè)規(guī)劃》[1]指出：2016年我國(guó)60歲以上老年人口已超過(guò)2.3億，占總?cè)丝诒壤_(dá)到16.7%。老年人是慢性病的高發(fā)群體，往往身患數(shù)病，聯(lián)合用藥幾率增大。林津晶等調(diào)查指出福建省農(nóng)村老年患者用藥1～2種，占42.17%，用藥3～5種的占34.50%，用藥6種及以上占2.72%[2]。隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人開(kāi)始有健忘的癥狀，按時(shí)服藥特別是不同時(shí)間服用不同的藥物對(duì)老年人來(lái)說(shuō)變得困難?，F(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)許多智能藥盒，大多數(shù)是一種具有定時(shí)提醒功能的藥品儲(chǔ)物盒[3-4]。這種智能藥盒雖然具有定時(shí)提醒功能，但是均無(wú)法監(jiān)測(cè)患者是否服用藥物，且由于需隨身攜帶，體積不能太大，故儲(chǔ)存的藥量較小。為此，本設(shè)計(jì)是一種基于智能手表的老年人給藥系統(tǒng)，將提醒裝置與儲(chǔ)存藥盒分開(kāi)，提醒裝置為智能手表形式，不僅具有定時(shí)提醒功能，還具有監(jiān)測(cè)老人的血壓、脈博等參數(shù)及定位功能，當(dāng)老人（特別是高血壓病人）未按時(shí)服藥或監(jiān)測(cè)參數(shù)發(fā)生較大變化時(shí)，可以在監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上進(jìn)行提示;另一方面，較大藥物儲(chǔ)盒，可以放置更多的藥品，適應(yīng)不同時(shí)間的服藥提醒，同時(shí)藥物儲(chǔ)存條件比隨身攜帶更好，利于藥物的保存。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要三部分組成：智能手表、儲(chǔ)藥裝置、監(jiān)護(hù)人手機(jī)APP設(shè)備，具體見(jiàn)圖1。

1）智能手表。與類(lèi)似普通智能手表，具有手表、通話、定時(shí)提醒、血壓和脈搏監(jiān)測(cè)及超限報(bào)警、遠(yuǎn)程定位、發(fā)送短信等功能。

2）儲(chǔ)藥裝置。類(lèi)似一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)分成若干儲(chǔ)藥小隔（這個(gè)小隔密閉、避光，利于藥品儲(chǔ)存），按容量大小設(shè)置20個(gè)左右的小隔，能夠儲(chǔ)存老年人5～7天（每天三次）的服藥量。具有接受智能手表的信號(hào)后打開(kāi)儲(chǔ)藥裝置的服藥格（固定）;自動(dòng)將下一次的儲(chǔ)藥格轉(zhuǎn)至服藥格為下次服藥作準(zhǔn)備;紅外檢測(cè)服藥格內(nèi)有無(wú)藥物;服藥格常鎖狀態(tài)（只有當(dāng)設(shè)定服藥時(shí)間到，智能手表將信號(hào)發(fā)至儲(chǔ)藥裝置時(shí)打開(kāi)）;一鍵打開(kāi)服藥格蓋子;儲(chǔ)藥裝置溫濕度監(jiān)測(cè)等功能。

3）監(jiān)護(hù)人手機(jī)APP設(shè)備。具有查看智能手表及儲(chǔ)藥裝置相關(guān)參數(shù)、設(shè)置服藥提醒時(shí)間、實(shí)時(shí)語(yǔ)音和視頻交流、緊急遠(yuǎn)程開(kāi)鎖、實(shí)時(shí)定位智能手表位置等功能。

2 系統(tǒng)操作流程

當(dāng)時(shí)間達(dá)到系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的服藥時(shí)間，智能手表會(huì)用語(yǔ)音方式提醒佩戴手表的老年人按時(shí)服藥，同時(shí)發(fā)送信號(hào)給儲(chǔ)藥裝置打開(kāi)服藥格蓋子。老年人從服藥格取完藥物完成服藥后，設(shè)置在服藥格上的下側(cè)紅外檢測(cè)裝置自動(dòng)檢測(cè)服藥格有無(wú)藥物。如檢測(cè)服藥格已無(wú)藥物，服藥格蓋子自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)取消提醒報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)機(jī)械齒輪將下一次的儲(chǔ)藥格轉(zhuǎn)至服藥格。如還有藥物，則報(bào)警提醒繼續(xù)，30分鐘后還未完成服藥動(dòng)作，智能手表給監(jiān)護(hù)人發(fā)送提醒信息，直到藥盒內(nèi)無(wú)藥后，關(guān)閉提醒報(bào)警。具體見(jiàn)圖2。

3 各功能模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 智能手表模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）主控設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)使用stm32f411re主控MCU，工作主頻能達(dá)到100MHz，能對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行高效處理，并具有低功耗、睡眠模式和掉電模式，大大提高手表的續(xù)航能力。擁有8kb的RAM以及256kb的flash。3個(gè)TAO定時(shí)器，可以滿足多路鍵盤(pán)掃描的控制。支持2路UART串口通信，可實(shí)現(xiàn)與SYN6288語(yǔ)音模塊和藍(lán)牙模塊的數(shù)數(shù)據(jù)通訊。支持3路SPI總線，可以與OLED顯示模塊連接，顯示當(dāng)前不同的狀態(tài)。內(nèi)置RTC時(shí)鐘，可以配置為日歷模式，提供了秒鐘、分鐘、小時(shí)、星期、日期月份和年份，同時(shí)它還具備可編程的鬧鐘功能，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)提醒服用藥物的功能。采用STemWin圖形用戶界面，增加了手表的可操作性，并增加手表的美觀程度。

2）語(yǔ)音提醒系統(tǒng)。采用SYN6288語(yǔ)音提醒系統(tǒng)。SYN6288是一款能夠?qū)h字或英語(yǔ)字符直接轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音的一款芯片，它具備性價(jià)比高，效果自然等特點(diǎn)，其支持GB2312、GBK、BIG5等多種文本編碼方式，可將任意的中文漢字和英文字符翻譯成準(zhǔn)確自然的語(yǔ)音，同時(shí)它內(nèi)部還集成了智能算法，能夠?qū)斎氲奈谋具M(jìn)行分析，可以正確識(shí)別出數(shù)值、號(hào)碼、時(shí)間等關(guān)鍵詞，被廣泛應(yīng)用于車(chē)載信息終端語(yǔ)音播器、電子地圖、智能手機(jī)等地方。

3）藍(lán)牙通迅設(shè)計(jì)。采用高性能HC05藍(lán)牙串口模塊。該模塊是一款主從一體的藍(lán)牙串口模塊，可以同各種帶藍(lán)牙功能的電腦、藍(lán)牙主機(jī)、手機(jī)等智能終端進(jìn)行配對(duì)。本設(shè)計(jì)使用該模塊來(lái)連接智能手表，實(shí)現(xiàn)智能手表、智能藥盒、監(jiān)護(hù)手機(jī)交互的功能。

4）生命體征傳感器設(shè)計(jì)。以集成式生命體征傳感器AS7024來(lái)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療級(jí)血壓測(cè)量及心電圖測(cè)量。AS7024 HRM操作以光電容積脈搏波描記法（PPG）為基礎(chǔ)，通過(guò)由血管調(diào)整的采樣光來(lái)測(cè)量脈搏率，當(dāng)血液脈沖通過(guò)時(shí)，血管會(huì)擴(kuò)張和收縮。采用專(zhuān)有軟件，分析并同步心率測(cè)量歸RM）和心電圖（ECG）測(cè)量以計(jì)算血壓。

5）GPS/GSM功能設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)選用芯訊通（SIMCOM）無(wú)線科技公司的SIM808模塊。該模塊為GSM+GPRS+GPS+藍(lán)牙功能組合模塊，采用SMT封裝緊湊設(shè)計(jì)，電源電壓為3.4～4.4V，可節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和應(yīng)用成本。將stm32f411re相應(yīng)串口分別與SIM808模塊的RXD、TXD、GND接口相連，stm32f411re通過(guò)串口向SIM808模塊發(fā)送AT指令，從而完成GPS定位和GSM短消息發(fā)送功能。本系統(tǒng)不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。SIM808模塊集射頻電路和基帶于一體，提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息等提供快速、可靠、安全的傳輸。

3.2 儲(chǔ)藥裝置模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）機(jī)械電動(dòng)裝置。系統(tǒng)采用餅式桶形結(jié)構(gòu)，上層外周分為多個(gè)藥物存儲(chǔ)小格，中間為電機(jī)，下層為控制系統(tǒng)。由電機(jī)通過(guò)軸承旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)儲(chǔ)藥小格轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)采用專(zhuān)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N[5]。stm32f411re通過(guò)串口分別與L298N的4個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)引腳IN1-IN4相連接，L298N的4個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)引腳OUT1-OUT4連接電機(jī)的4根驅(qū)動(dòng)線。該芯片具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、發(fā)熱量低、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，采用大容量濾波電容，續(xù)流保護(hù)二極管，可能提高其穩(wěn)定性。

2）溫濕度監(jiān)測(cè)。采用ENS210溫度與相對(duì)濕度傳感器。該傳感器采用QFN4封裝，內(nèi)合一個(gè)I²C從屬接口，用于與主處理器stm32f411re通信。ENS210作業(yè)溫度范圍介于0℃到70℃，精確度為±0.2℃;作業(yè)相對(duì)濕度范圍介于0%至100%，精確度為±3.5%，以數(shù)字形式輸出。在待機(jī)模式下ENS210消耗40nA的電流，在測(cè)量模式下電流消耗為7.1μA，故消耗極少的能量。

3.3 監(jiān)護(hù)人手機(jī)APP模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)藥裝置通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙接口與智能手表連接，將服藥情況及溫濕度等信息實(shí)時(shí)地傳送到智能手表上，然后利用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，監(jiān)護(hù)人通過(guò)手機(jī)APP實(shí)時(shí)獲取老年人的服藥信息，從而起到監(jiān)督服藥的效果。監(jiān)護(hù)人還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向智能手表發(fā)送自鎖、開(kāi)鎖信號(hào)，智能手表接收到信號(hào)后與儲(chǔ)藥裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)藥裝置遠(yuǎn)程鎖定、開(kāi)鎖的功能。手機(jī)APP軟件還可以提供監(jiān)護(hù)人與老人之間語(yǔ)音、文字、視頻等信息的交流，多方位提供監(jiān)護(hù)、交流等功能。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)是一種基于智能手表的老年人給藥系統(tǒng)，它一方面具有提醒服藥、短信報(bào)警等傳統(tǒng)智能給藥器的功能，同時(shí)具有生命體征監(jiān)測(cè)、智能定位、實(shí)時(shí)交流等智能手表的功能，還具有儲(chǔ)藥數(shù)量更多、儲(chǔ)藥條件更科學(xué)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)督老年人服藥、防止意外發(fā)生、實(shí)時(shí)定位交流等需求，具有一定的創(chuàng)新性與實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

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