基于嵌入式的服藥提醒系統設計

張開生+陳江萍

摘要：隨著我國國民經濟的快速增長以及人口老齡化程度的加快，空巢老人和亞健康人數越來越多，對于需要長期服藥的人們，一旦忘記服藥、沒有按時服藥或者服錯藥，后果都是非常嚴重的。該文設計了一款基于嵌入式的服藥提醒系統，包括時間設置、智能藥盒以及語音提示等。通過設置時間來自動提醒及多次提醒使用者，當使用者未按時服藥時，GSM信息反饋給監護者再次提醒服藥，該系統的使用，能夠有效地幫助使用者按時、準備服藥以及不要重復服藥。

關鍵詞：嵌入式；服藥提醒；智能；語音

中圖分類號： TP216 文獻標識碼： A 文章編號：1009-3044（2017）26-0233-03

Abstract： With the rapid growth of China's national economy and the accelerated pace of population aging， empty nests and sub-health more and more people， for those who need long-term medication， once forgot to take medication， no medication on time or take the wrong medicine， are very serious consequences. In this paper， an embedded medication reminder system is designed， including time setting， intelligent box and voice prompt. By setting the time to automatically remind and remind the user several times， when the user is not on time medication， GSM information feedback to the guardian again to remind the medication， the use of the system can effectively help users on time， ready to take medication and do not repeat medication.

Key words： embedded； medication reminder； intelligence； voice

隨著我國國民經濟的快速發展，人們對健康的關注程度不斷提高，并且隨著社會老齡化程度的急劇加深，獨居和空巢老人越來越多，如何保證他們晚年健康的生活，成為了深受社會關注的焦點問題[1]。另外，我國患有慢性疾病的人越來越多，慢性疾病愈加嚴重地威脅著國民的健康和生命，也給家庭和社會帶來巨大的經濟損失和負擔。因而對慢性病患者的監護也成為社會關注的熱點話題[1-2]。

人到垂暮之年，不僅容易生病，且記憶力逐漸衰退，因而常常發生老人忘記服藥、重復服藥，或者對藥劑量的不清楚誤服用藥的情況[3]。這樣不僅會造成嚴重的后果，還對于患有慢性病且長期服藥的患者危害更大[3]。鑒于上述問題，我們設計了一款按時提醒服藥和監護人再次提醒服藥的智能藥盒。本設計具有語音輸入，自動定時提醒及多次提醒，以及GSM信息反饋等功能，操作簡單、成本低，設計人性化，適合各類老年人人群以及工作繁忙的年輕人。

1 系統總體方案設計

首先通過Keil軟件進行ARM程序的編寫，再利用Protues軟件進行仿真電路的設計，然后運用Altium Designer繪制PCB板，最后完成實際電路的搭建以及系統總體方案設計。系統具體框架如圖1所示。

綜合系統成本與性能以及控制系統的復雜程度。系統以嵌入式微控制器LPC2103為核心，其外圍電路各部分模塊的功能為電源模塊主要為系統提供工作電壓，以鍵盤或者紅外遙控作為時間設置模塊的輸入，預先設置每天的服藥時間，語音模塊和顯示模塊用于提醒按時服藥。在使用者未按時服藥時，通過GSM模塊給使用者的監護人發送短信，使得監護者再次提醒服藥。

2 服藥提醒設計原理

針對每天工作繁忙的年輕人，因為工作壓力及生活壓力的增大經常忘記按時服藥；對獨自生活的老年人而言，因為記憶力的下降而經常忘記按時服藥和重復服藥，服藥提醒模塊則成為了解決上述問題的一種有效裝置。

系統通過按鍵或者紅外遙控設置每天的服藥時間，當時間達到系統預設的服藥時間，嵌入式微控制器LPC2103向顯示模塊及語音模塊輸出控制信號及語音信號控制其播放視頻及語音多次提醒按時服藥。系統所采用的藥盒內嵌有干簧管和磁鐵，通過干簧管和磁鐵的吸附導通判斷藥盒是否打開。若使用者打開藥盒按時服藥，干簧管和磁鐵之間的距離加大，處于斷開狀態，系統停止提醒服藥；若使用者因為記憶力差忘記已經服過藥而在短時間內頻繁打開藥盒服藥，主控制芯片LPC2103檢測到干簧管和磁鐵頻繁交替處于“斷開、導通”狀態，控制顯示模塊及語音模塊提醒使用者不要重復服藥。

2.1 藥盒的設計原理

藥盒的設計采用常開式干簧管繼電器，磁鐵吸附在盒蓋上，當打開藥盒時干簧管的觸點斷開，當關閉藥盒時干簧管的觸點吸合，以此來模擬按鍵的觸發。用戶頻繁服藥，不斷打開藥盒就會給嵌入式微處理器一個觸發信號，微處理器接收到信號后就會執行程序。使用常開型干簧管繼電器不僅體積小、重量輕、而且使得它們易于安裝且不顯眼。由于操作開關體積很小，因而無需復雜的凸輪或曲柄，所以不會出現金屬疲勞現象，保證了幾乎無限的使用壽命。并且能夠安裝在有限的空間里，很適合用于微型設備。 磁簧開關和合適的磁鐵價格便宜且容易獲取。干簧管具有結構簡單、體積小、速度高、壽命長、可靠性高等特點。endprint

干簧管的工作原理：在無磁場作用時，玻璃管中的兩個簧片是分開的，當有磁性物質靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下，管內的兩個簧片被磁化而互相吸引接，使兩個引腳所接觸的電路連通，外磁力消失后，兩個由于本身的彈性而分開，線路也就斷開了[4]。因而形成一個轉換開關：當永久磁鐵靠近干簧管或者干簧管上的線圈通電使簧片磁化時，簧片的觸點會被磁力吸引，當吸引力大于簧片的彈力時，常開接點就會吸合；當磁力減小到一定程度時，接點被簧片的彈力打開[4]。

2.2 GSM模塊

GSM即全球通信系統，是當前應用最廣泛的移動電話標準，采用的是GSM的SMS技術。該模塊信息用AT指令進行編程，目前，發送短信息常用Text和PDU模式[5]。利用Text模式收發短信，代碼簡單，容易實現，但不能收發中文短信，而PDU（Protocol Data Unit）模式支持中英文短信的發送[5]。

本系統選用PDU模式，在此模式下，可以使用7位、8位和UCS2三種編碼來收發短信，利用7位編碼來發送ASCII字符，8位編碼來發送數據消息等，UCS2編碼來發送Unicode字符[5-6]。PDU串除了短信息內容外，還包括許多其他信息，如編碼方式、目標地址等，并且發送和接收的PDU串有差別[6]。該模塊的初始化指令如下：

（1） AT.收到“OK”，則表明模塊已經正常通訊。

（2） AT+CSCA=+8613800290500.設置陜西省西安市為短信息服務中心。

（3） AT+CMGF=0.設置短信息格式為PDU模式。

（4） AT+CNMI=2，2，0，0，0.在串口數據線空閑時，有新消息主動提示。

（5） AT+CLIP=1.設置來電自動顯示。

2.3 LCD顯示

LCD顯示部分，采用的是128*64的點陣圖形液晶顯示模塊，具有4 位/8 位并行、2 線或3線串行多種接口方式。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面，既可以顯示8*4行16*16點陣的漢字，也可完成圖形顯示，具有低電壓、低功耗等特點。

3 服藥提醒軟件設計

服藥提醒軟件設計思路為系統預先設置好每天服藥的3個時間點，當系統時間達到服藥時間點，則顯示模塊及語音模塊多次提醒按時服藥。若使用者打開相應時間的藥盒子服藥，則顯示模塊及語音模塊不再提醒服藥；若使用者忘記已經服過藥，再次打開藥盒子服藥，則顯示模塊及語音模塊提醒使用者已經服過藥，不要重復服藥；若使用者未按時服藥，則系統向使用者的監護人員發送短信，進行再次提醒服藥。服藥提醒程序流程圖如圖4所示。

4 系統測試與誤差分析

在服藥提醒調試中，其硬件測試主要針對藥盒進行測試，藥盒分為21個小盒子，總共可以存放每周七天，每天三次的服藥藥量。系統選用干簧管和永久性磁鐵安裝在每次服藥的小盒子內部，當使用者需要服藥，打開相應服藥時間的小盒子，則干簧管和小盒子內部的永久性磁鐵處于斷開狀態。由于永久性磁鐵之間的磁場會相互影響，故采用的解決辦法為增大每個磁鐵之間的距離，以便于減小磁場之間的相互作用，即每隔一天安裝一部分磁鐵及干簧管。

5 結束語

通過對我國人口老齡化和亞健康人數遞增問題的分析，隨之出現了空巢老人、獨居老人等社會問題，同時分析了目前應用市場的藥盒提醒裝置，為了滿足各種人群的需求，設計了該款智能服藥提醒裝置，實現了提前3min提醒并提醒三次，若提醒過程中按時服藥，則設備停止提醒；若3次提醒中重復服藥，則設備提醒不要重復服藥；若提醒結束后使用者仍未按時服藥，則發送短消息給監護人員進行再次提醒，使得按時服藥。該系統能夠有效地降低使用者忘記服藥、重復服藥以及服錯藥的情況出現，將會極大的提高老人以及亞健康人群的健康服務水平。

參考文獻：

[1] 張濤，劉朝華，夏維曦.基于物聯網的家用智能藥箱應用系統的設計[J].軟件，2016，37（2）：39-41.

[2] 柯純.智能語音藥盒的設計與實現[J].福建電腦，2013，（3）：146-148.

[3] 楊繼森，楊長才，趙立鑫.智能電子藥盒研究與設計[J].測控技術，2016，35（3）：67-71.

[4] 李麗云.干簧管繼電器研究現狀與進展[J].中國水運，2007，7（3）：62-64.

[5] 霍戰鵬，魏正英，張夢，等.手機短信遠程控制灌溉系統[J].西安交通大學學報，2012，46（10）：36-41.

[6] 陳磊，許燕，李建軍，等.基于WSN和GSM的智能灌溉控制系統設計與實現[J].農機化研究，2017（3）：175-180+185.

[7] 常文泉，郭小勇，邵燕華，等.智能語音藥盒的設計[J].安徽農業科學2013，41（9）：4177-4179.endprint