醫(yī)用寶智能藥箱的設(shè)計(jì)

王艷春， 侍宇凡， 于松章， 賈飛飛， 安俊杰， 張嘉鑫

（太原工業(yè)學(xué)院工程訓(xùn)練中心， 山西 太原 030008）

引言

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2020 年1 月17 日公布的數(shù)據(jù)，2019 年末，我國老年人占總?cè)藬?shù)的12.6%；相較于2018 年底，老年人口增加約439 萬人；預(yù)測2020 年獨(dú)居老年人約有0.3 億人；老年人患病率在90%以上。老年人是慢性病高發(fā)人群。慢性病發(fā)病原因不僅限于生物因素，是遺傳、生活方式、環(huán)境、既往病史、社會(huì)心理等因素長期作用的結(jié)果。老年人視力、聽力下降，記憶力、思維能力逐漸減退，反應(yīng)遲鈍，適應(yīng)能力下降，免疫功能降低，易患多種老年病。老年人常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心腦血管系統(tǒng)疾病等，易引起一些并發(fā)癥，導(dǎo)致患者所服藥物種類多。患者各類藥物的服用時(shí)間、數(shù)量不同，會(huì)給老年患者帶來壓力。世界衛(wèi)生組織指出，全球每年死亡病例中1/3 與藥物不良反應(yīng)（ADR）有關(guān)，ADR 已成為全球的一大公害，老年人ADR 比成年人高3 倍以上，ADR 病例中老年人占1/2，老年人又成為ADR 的主要受害者[1]。

因此，老年人的正確用藥成為了社會(huì)及家庭非常重視的問題。為了滿足老年群體按時(shí)用藥、安全用藥的需求，避免用藥不當(dāng)造成的傷害，減輕監(jiān)護(hù)人的負(fù)擔(dān)，設(shè)計(jì)了一款智能藥箱——醫(yī)用寶。醫(yī)用寶采用顯示屏和語音模塊雙重方式來記錄用戶服藥情況；在檢測藥物時(shí)，采用攝像頭進(jìn)行抓拍識別；在反饋吃藥情況時(shí)，采用發(fā)送短信到監(jiān)護(hù)人手機(jī)上的形式進(jìn)行。使出藥的流程安全化、精準(zhǔn)化，保障老年人用藥的安全。

1 醫(yī)用寶智能藥箱的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能藥箱主要針對老年群體使用。其機(jī)械部分的工作模式基于32 開發(fā)板及串口屏控制，實(shí)現(xiàn)智能出藥、檢測藥物、取藥的功能，總體的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 醫(yī)用寶智能藥箱總體結(jié)構(gòu)

醫(yī)用寶智能箱底板頂部設(shè)有箱體，箱體為凹槽狀，箱體頂部設(shè)有分隔板，分隔板底部安裝設(shè)有導(dǎo)藥箱，導(dǎo)藥箱底部設(shè)有出藥口，底板上表面設(shè)有出藥口相匹配的抽屜，分隔板頂部設(shè)有四組藥箱，四組藥箱在分隔板頂部呈矩形陣列分布，藥箱內(nèi)底部均設(shè)有藥物控制組件，藥箱內(nèi)均設(shè)有藥盒，藥盒底部均設(shè)有出藥管道，出藥管道底部均緊密相挨設(shè)有旋轉(zhuǎn)片，旋轉(zhuǎn)片頂部連接設(shè)有旋轉(zhuǎn)桿，旋轉(zhuǎn)桿頂部貫穿藥盒側(cè)壁，本設(shè)計(jì)在藥物控制裝置的作用下將藥物導(dǎo)入到導(dǎo)藥箱內(nèi)，然后通過攝像頭來檢測藥物的數(shù)量來判斷出藥是否正確，達(dá)到安全用藥的需求，避免用藥不當(dāng)造成的傷害。

2 醫(yī)用寶智能藥箱工作原理

監(jiān)護(hù)人將藥物放入對應(yīng)的藥盒中，通過顯示屏或語音輸入來設(shè)置藥物的服用情況，例如服用藥物的時(shí)間、次數(shù)以及數(shù)量。待到出藥時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)通過藥物的形狀來控制藥物一粒一粒地取出。當(dāng)藥物到達(dá)檢測裝置時(shí)，利用攝像頭檢測出藥是否正確。如果不正確，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，提醒用戶和監(jiān)護(hù)人出藥發(fā)生錯(cuò)誤；如果正確，系統(tǒng)將取出的藥物以短信的方式發(fā)送到監(jiān)護(hù)人手機(jī)上供其查看。在設(shè)定的時(shí)間提醒老年人吃藥，待老年人吃完藥之后將吃藥情況通過短信發(fā)送給監(jiān)護(hù)人。

該系統(tǒng)核心控制處理器采用STMF407ZGT6 控制器，為實(shí)現(xiàn)載波模塊生產(chǎn)線生產(chǎn)的模塊完好，采用了一種基于STM32 的智能電表單相載波模塊測試系統(tǒng)，將集中器和載波模塊設(shè)計(jì)在一個(gè)裝置中，模擬實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)中以STM32 微控制器作為核心處理器[2]。

3 醫(yī)用寶智能藥箱各裝置的設(shè)計(jì)

3.1 藥物存儲裝置的設(shè)計(jì)

藥物存儲裝置主要由四組藥盒以及旋轉(zhuǎn)桿組成，旋轉(zhuǎn)桿底部有厚度為0.2 mm 的旋轉(zhuǎn)片，旋轉(zhuǎn)片與藥盒的底部緊密相挨。藥盒分別存放市面上常見的幾種類型藥物：膠囊類藥物、藥片類藥物、藥丸類藥物。藥盒的上部分呈矩形陣列分布，下部分形狀類似于漏斗狀。藥丸類藥盒如圖2 所示，其他藥盒與此類似。該裝置主要用于儲存藥物。

圖2 藥丸類藥盒

3.2 藥物控制裝置的設(shè)計(jì)

藥物控制裝置主要用四個(gè)獨(dú)立的MG90S 舵機(jī)、上盤和下盤、磁鐵組成。其中磁鐵嵌入上盤內(nèi)。上盤有一個(gè)出藥口，其形狀與藥丸儲存裝置中四組藥盒的形狀相對應(yīng)，且與磁鐵的位置和圓心的夾角成90°，上盤的厚度略大于藥物的厚度，經(jīng)過大量的文件檢索，了解市面上膠囊類藥物、藥片類藥物以及藥丸類藥物的厚度，因此把上盤的厚度設(shè)計(jì)為分別為11 mm、7.5 mm、22 mm，從而保證藥粒只能一粒一粒地進(jìn)入上盤。具體的運(yùn)行設(shè)計(jì)如下：不在工作的狀態(tài)時(shí)，磁鐵的位置與藥盒底部相重合，此時(shí)藥物在藥盒中。當(dāng)?shù)竭_(dá)工作狀態(tài)時(shí)，上盤通過單片機(jī)控制舵機(jī)帶動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，使得上盤的出藥口正對準(zhǔn)出藥管道，此時(shí)藥物在重力的作用下掉落到上盤中，但由于上盤的厚度與藥物的厚度接近，故只有一粒藥物掉落，接下來上盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，回到原位，與此同時(shí)，留在上盤中的藥粒通過下盤沿著導(dǎo)藥箱邊緣滑下，與此同時(shí)利用藥物檢測裝置來檢測藥物進(jìn)行檢測，從而判斷出藥是否正確。當(dāng)監(jiān)護(hù)人對藥盒里的藥進(jìn)行更換時(shí)，將旋轉(zhuǎn)桿旋轉(zhuǎn)80°，使得旋轉(zhuǎn)片與上盤的磁鐵相吸，之后再將藥盒緩慢地從藥箱中取出來即可。圖3 為藥丸所對應(yīng)的控制裝置。

圖3 藥物控制裝置

3.3 藥物檢查裝置的設(shè)計(jì)

藥物檢查模塊由攝像頭、導(dǎo)藥箱以及抽屜組成（如圖4 所示）。導(dǎo)藥箱呈倒四棱柱狀，攝像頭選用OpenMV 機(jī)器視覺模塊。當(dāng)藥物從下盤掉落下來之后沿著導(dǎo)藥箱邊緣滑下，在滑下的同時(shí)利用攝像頭來檢測藥物的數(shù)量來判斷出藥是否正確。如果正確，攝像頭對藥物進(jìn)行拍攝，發(fā)送給監(jiān)護(hù)人進(jìn)行查看,到達(dá)設(shè)定時(shí)間，用戶打開抽屜即可取到藥物。如果不正確則觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)提醒，提醒用戶出藥有錯(cuò)，請勿使用。

圖4 藥物檢測裝置示意圖

4 結(jié)語

醫(yī)用寶智能藥箱的設(shè)計(jì)基于機(jī)電一體的結(jié)合，解決了老年人用藥時(shí)存在的問題，還可以將老年人的用藥情況發(fā)送到監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上，使得監(jiān)護(hù)人不用擔(dān)心老人的用藥問題，提高了家庭的生活質(zhì)量。