宋承翰，劉博，劉斌，李瑞芳

　　（武漢理工大學 信息工程學院，湖北 武漢 430070）

　　摘要：由于生活壓力增大，越來越多慢性疾病出現(xiàn)。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計,近40%的人需要長期服用某幾種藥物，其中老年人居多。在病人服藥過程中發(fā)現(xiàn)了諸多用藥問題，如不按時吃藥、吃錯藥等。設計了一款智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)，系統(tǒng)包括儲藥模塊、觸摸顯示屏、語音播報模塊、藍牙手環(huán)、一鍵應急模塊。系統(tǒng)具有協(xié)助病人按時用藥、正確用藥的功能，系統(tǒng)功能實用，結(jié)構(gòu)簡單，具有很大實用價值。

　　關鍵詞：單片機；智能醫(yī)藥箱；語音播報；藍牙手環(huán)

0引言

　　隨著人們生活節(jié)奏的加快，生活壓力增大，生活習慣越來越不健康，高血壓、糖尿病、骨質(zhì)疏松等慢性病越來越多，大部分人的身體處于亞健康狀態(tài)。經(jīng)過在學校周圍實地調(diào)查，統(tǒng)計出大約40%的人需要長期服用某種藥物或者幾種藥物。同時，由于生活節(jié)奏加快，工作繁忙，導致人們?nèi)狈ψ銐虻木蜁r間來關心自己的身體，忘記吃藥、吃錯藥的現(xiàn)象屢見不鮮，這就更加導致了人們身體狀況的惡化。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該問題集中體現(xiàn)于以下幾點：（1）多數(shù)病人，尤其是老年人，患有多種疾病，平時藥物種類繁多，各類藥物的服用時間多有錯開，加上工作繁忙，記憶力衰退等因素，經(jīng)常出現(xiàn)未按時服藥，在錯誤時間服藥，服用藥物的種類、劑量出現(xiàn)差錯等問題；（2）許多家庭在藥品存放上不重視，產(chǎn)生了藥物過期、受潮、霉變等問題，服用這些問題藥物，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，又不擅長使用智能設備，與子女聯(lián)系不便，當藥品用完時，得不到及時的補充，當身體出現(xiàn)緊急狀況時，亦不能及時呼救，錯過最佳搶救時間。

　　為解決以上問題，本文研制了一款集成了藥物信息儲存、定時提醒、語音播報、緊急呼救等功能的智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)，對于解決病人用藥問題具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1系統(tǒng)總體設計

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

　　系統(tǒng)在各模塊功能設計上做了如下規(guī)劃：

　　（1）系統(tǒng)在設計上分為兩個主要部分：醫(yī)藥箱主體［13］（以下簡稱其為主機）和配套藍牙手環(huán)［45］（以下簡稱其為從機）。

　?。?）主機與從機可采用一對多的配對方式，方便多人使用。

　?。?）主機具備的功能有：適宜的藥物存儲環(huán)境；大屏幕觸摸輸入和顯示；藥物信息（包括藥物名稱、用藥量、用藥時間等）存儲；定時語音播報；藍牙控制手環(huán)等。

　?。?）從機具備的功能有：在近距離范圍內(nèi)（規(guī)定為18 m）穩(wěn)定接收主機發(fā)來的用藥信息，并對用戶進行多次提醒，確保準時用藥；一鍵呼救。

　　系統(tǒng)引導用戶在觸摸屏上輸入用藥信息，并自動進行存儲和顯示，內(nèi)置的RTC實時時鐘模塊與輸入的用藥時間進行比較，當?shù)竭_設置的用藥時間時，向用戶佩戴的藍牙手環(huán)發(fā)送指令，手環(huán)振動，提示吃藥，用戶在按下藥箱上對應的“停止提醒”按鍵后，主機停止向手環(huán)發(fā)送提醒信息，并語音播報該時間點該服用的藥物信息，用戶根據(jù)語音信息拿取相應的藥物。另外，為應對緊急情況，本系統(tǒng)還加入了一鍵呼救模塊，按下緊急呼救鍵時會向指定的監(jiān)護人號碼發(fā)送呼救信息，爭取寶貴的搶救治療時間。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)框架設計及算法

　　2.1顯示界面的設計

　　為實現(xiàn)人性化的操作體驗，對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、設置系統(tǒng)時間、查看鬧鐘信息、綁定手機號碼5個主要的功能選項虛擬鍵，通過點擊相應虛擬鍵可以進入相應的界面進行各項操作；主菜單界面可以實時顯示系統(tǒng)時間和預執(zhí)行鬧鐘時間（即下次服藥時間）；添加藥物信息界面用來實現(xiàn)各類藥物信息的輸入；查看藥物信息界面可用來查詢已添加的各類藥物信息；設置系統(tǒng)時間界面用來初始化或校正系統(tǒng)時間；查看鬧鐘信息以方便用戶查詢所有服藥的時間和種類；綁定手機號碼界面可以用來輸入監(jiān)護人的手機號碼。顯示界面規(guī)劃圖如圖2所示。

　　2.2定時提醒策略

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

　?。?）初始化。定義n組鬧鐘變量，每組變量由小時變量和分鐘變量組成，初始值均為零，每組鬧鐘還對應存儲著該時間對應的藥物信息，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。用戶通過觸摸屏輸入各類藥物的信息，將其中的服藥時間賦值給對應的小時變量Hi和分鐘變量Mi，未賦值的變量仍為初始值零?？紤]到小時變量和分鐘變量值均為0時，對應著時間為凌晨零點，此時人體應處于休息階段，不會在該時段服藥，當鬧鐘在該處響應時，不作任何事件處理。

　　（3）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變量，M′i為該組鬧鐘變量中的分鐘變量。

　?。?）得出預執(zhí)行鬧鐘值。將RTC實時系統(tǒng)時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)時間，Ch為其小時值，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（此處為簡化說明），只輸入2組鬧鐘值，分別為8:00和17:30，則此時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），當系統(tǒng)時間為7：00，即C=（7，0）時，預執(zhí)行鬧鐘為A′1=（8，0），即將要服藥的時間為8:00。

3系統(tǒng)模型及實驗結(jié)果

　　基于以上設計思想，本文研制了一種智能醫(yī)藥箱的系統(tǒng)模型，主機和手環(huán)均采用STM32芯片；主機設置4個藥盒，最多可同時存儲4種藥物信息；采用語音模塊進行語音播報［67］；采用SIM900A無線通信模塊與手機通信；主機和手環(huán)采用HC05藍牙模塊通信［89］；設計一鍵呼救模塊［10］。本文設計了兩個實驗，驗證系統(tǒng)的功能。

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

　　把主機和手環(huán)放置于不同距離的位置上，測試其在各距離處能否接收到信息、接收延遲時間和斷電重啟配對時間。測試結(jié)果見表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，測試手環(huán)在離主機不同距離的地方系統(tǒng)的反應度和穩(wěn)定性。測試結(jié)果見表2。

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

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

4結(jié)論

　　本文針對病人按時用藥、正確用藥的問題提出了一種智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法，系統(tǒng)采用嵌入式開發(fā)技術，較好地實現(xiàn)了智能醫(yī)藥箱的各個功能，增強了人機交互能力，提高在應對突發(fā)狀況的處理能力。未來，將針對如何提升藥物儲藏環(huán)境以及開發(fā)藥物自動記憶等功能作進一步研究。

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