基于嵌入式的服药提醒系统设计

张开生+陈江萍

摘要：随着我国国民经济的快速增长以及人口老龄化程度的加快，空巢老人和亚健康人数越来越多，对于需要长期服药的人们，一旦忘记服药、没有按时服药或者服错药，后果都是非常严重的。该文设计了一款基于嵌入式的服药提醒系统，包括时间设置、智能药盒以及语音提示等。通过设置时间来自动提醒及多次提醒使用者，当使用者未按时服药时，GSM信息反馈给监护者再次提醒服药，该系统的使用，能够有效地帮助使用者按时、准备服药以及不要重复服药。

关键词：嵌入式；服药提醒；智能；语音

中图分类号： TP216 文献标识码： A 文章编号：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

随着我国国民经济的快速发展，人们对健康的关注程度不断提高，并且随着社会老龄化程度的急剧加深，独居和空巢老人越来越多，如何保证他们晚年健康的生活，成为了深受社会关注的焦点问题[1]。另外，我国患有慢性疾病的人越来越多，慢性疾病愈加严重地威胁着国民的健康和生命，也给家庭和社会带来巨大的经济损失和负担。因而对慢性病患者的监护也成为社会关注的热点话题[1-2]。

人到垂暮之年，不仅容易生病，且记忆力逐渐衰退，因而常常发生老人忘记服药、重复服药，或者对药剂量的不清楚误服用药的情况[3]。这样不仅会造成严重的后果，还对于患有慢性病且长期服药的患者危害更大[3]。鉴于上述问题，我们设计了一款按时提醒服药和监护人再次提醒服药的智能药盒。本设计具有语音输入，自动定时提醒及多次提醒，以及GSM信息反馈等功能，操作简单、成本低，设计人性化，适合各类老年人人群以及工作繁忙的年轻人。

1 系统总体方案设计

首先通过Keil软件进行ARM程序的编写，再利用Protues软件进行仿真电路的设计，然后运用Altium Designer绘制PCB板，最后完成实际电路的搭建以及系统总体方案设计。系统具体框架如图1所示。

综合系统成本与性能以及控制系统的复杂程度。系统以嵌入式微控制器LPC2103为核心，其外围电路各部分模块的功能为电源模块主要为系统提供工作电压，以键盘或者红外遥控作为时间设置模块的输入，预先设置每天的服药时间，语音模块和显示模块用于提醒按时服药。在使用者未按时服药时，通过GSM模块给使用者的监护人发送短信，使得监护者再次提醒服药。

2 服药提醒设计原理

针对每天工作繁忙的年轻人，因为工作压力及生活压力的增大经常忘记按时服药；对独自生活的老年人而言，因为记忆力的下降而经常忘记按时服药和重复服药，服药提醒模块则成为了解决上述问题的一种有效装置。

系统通过按键或者红外遥控设置每天的服药时间，当时间达到系统预设的服药时间，嵌入式微控制器LPC2103向显示模块及语音模块输出控制信号及语音信号控制其播放视频及语音多次提醒按时服药。系统所采用的药盒内嵌有干簧管和磁铁，通过干簧管和磁铁的吸附导通判断药盒是否打开。若使用者打开药盒按时服药，干簧管和磁铁之间的距离加大，处于断开状态，系统停止提醒服药；若使用者因为记忆力差忘记已经服过药而在短时间内频繁打开药盒服药，主控制芯片LPC2103检测到干簧管和磁铁频繁交替处于“断开、导通”状态，控制显示模块及语音模块提醒使用者不要重复服药。

2.1 药盒的设计原理

药盒的设计采用常开式干簧管继电器，磁铁吸附在盒盖上，当打开药盒时干簧管的触点断开，当关闭药盒时干簧管的触点吸合，以此来模拟按键的触发。用户频繁服药，不断打开药盒就会给嵌入式微处理器一个触发信号，微处理器接收到信号后就会执行程序。使用常开型干簧管继电器不仅体积小、重量轻、而且使得它们易于安装且不显眼。由于操作开关体积很小，因而无需复杂的凸轮或曲柄，所以不会出现金属疲劳现象，保证了几乎无限的使用寿命。并且能够安装在有限的空间里，很适合用于微型设备。 磁簧开关和合适的磁铁价格便宜且容易获取。干簧管具有結构简单、体积小、速度高、寿命长、可靠性高等特点。endprint

干簧管的工作原理：在无磁场作用时，玻璃管中的两个簧片是分开的，当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接，使两个引脚所接触的电路连通，外磁力消失后，两个由于本身的弹性而分开，线路也就断开了[4]。因而形成一个转换开关：当永久磁铁靠近干簧管或者干簧管上的线圈通电使簧片磁化时，簧片的触点会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合；当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开[4]。

2.2 GSM模块

GSM即全球通信系统，是当前应用最广泛的移动电话标准，采用的是GSM的SMS技术。该模块信息用AT指令进行编程，目前，发送短信息常用Text和PDU模式[5]。利用Text模式收發短信，代码简单，容易实现，但不能收发中文短信，而PDU（Protocol Data Unit）模式支持中英文短信的发送[5]。

本系统选用PDU模式，在此模式下，可以使用7位、8位和UCS2三种编码来收发短信，利用7位编码来发送ASCII字符，8位编码来发送数据消息等，UCS2编码来发送Unicode字符[5-6]。PDU串除了短信息内容外，还包括许多其他信息，如编码方式、目标地址等，并且发送和接收的PDU串有差别[6]。该模块的初始化指令如下：

（1） AT.收到“OK”，则表明模块已经正常通讯。

（2） AT+CSCA=+8613800290500.设置陕西省西安市为短信息服务中心。

（3） AT+CMGF=0.设置短信息格式为PDU模式。

（4） AT+CNMI=2，2，0，0，0.在串口数据线空闲时，有新消息主动提示。

（5） AT+CLIP=1.设置来电自动显示。

2.3 LCD显示

LCD显示部分，采用的是128*64的点阵图形液晶显示模块，具有4 位/8 位并行、2 线或3线串行多种接口方式。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面，既可以显示8*4行16*16点阵的汉字，也可完成图形显示，具有低电压、低功耗等特点。

3 服药提醒软件设计

服药提醒软件设计思路为系统预先设置好每天服药的3个时间点，当系统时间达到服药时间点，则显示模块及语音模块多次提醒按时服药。若使用者打开相应时间的药盒子服药，则显示模块及语音模块不再提醒服药；若使用者忘记已经服过药，再次打开药盒子服药，则显示模块及语音模块提醒使用者已经服过药，不要重复服药；若使用者未按时服药，则系统向使用者的监护人员发送短信，进行再次提醒服药。服药提醒程序流程图如图4所示。

4 系统测试与误差分析

在服药提醒调试中，其硬件测试主要针对药盒进行测试，药盒分为21个小盒子，总共可以存放每周七天，每天三次的服药药量。系统选用干簧管和永久性磁铁安装在每次服药的小盒子内部，当使用者需要服药，打开相应服药时间的小盒子，则干簧管和小盒子内部的永久性磁铁处于断开状态。由于永久性磁铁之间的磁场会相互影响，故采用的解决办法为增大每个磁铁之间的距离，以便于减小磁场之间的相互作用，即每隔一天安装一部分磁铁及干簧管。

5 结束语

通过对我国人口老龄化和亚健康人数递增问题的分析，随之出现了空巢老人、独居老人等社会问题，同时分析了目前应用市场的药盒提醒装置，为了满足各种人群的需求，设计了该款智能服药提醒装置，实现了提前3min提醒并提醒三次，若提醒过程中按时服药，则设备停止提醒；若3次提醒中重复服药，则设备提醒不要重复服药；若提醒结束后使用者仍未按时服药，则发送短消息给监护人员进行再次提醒，使得按时服药。该系统能够有效地降低使用者忘记服药、重复服药以及服错药的情况出现，将会极大的提高老人以及亚健康人群的健康服务水平。

参考文献：

[1] 张涛，刘朝华，夏维曦.基于物联网的家用智能药箱应用系统的设计[J].软件，2016，37（2）：39-41.

[2] 柯纯.智能语音药盒的设计与实现[J].福建电脑，2013，（3）：146-148.

[3] 杨继森，杨长才，赵立鑫.智能电子药盒研究与设计[J].测控技术，2016，35（3）：67-71.

[4] 李丽云.干簧管继电器研究现状与进展[J].中国水运，2007，7（3）：62-64.

[5] 霍战鹏，魏正英，张梦，等.手机短信远程控制灌溉系统[J].西安交通大学学报，2012，46（10）：36-41.

[6] 陈磊，许燕，李建军，等.基于WSN和GSM的智能灌溉控制系统设计与实现[J].农机化研究，2017（3）：175-180+185.

[7] 常文泉，郭小勇，邵燕华，等.智能语音药盒的设计[J].安徽农业科学2013，41（9）：4177-4179.endprint