基于物联网技术的高效智能取药机研究

周立辉 罗宣兵 蒋伟林 杨心睿 韩艳龙

[摘    要]对于城市综合医院取药窗口，因医院人口密集，病毒种类繁多，交叉传染率非常高，因此现在需要一个更加智能的系统与医院的药房链接，通过控制高效传输系统、智能分拣系统、药品存储智能取药机系统，让患者快速准确的得到所需的药品，系统利用RFID识别技术，通过RC522芯片读取卡片，将患者的信息收集并处理，利用STM32F103RCT6单片机控制舵机，使舵机平稳移动，通过舵机来控制整个机械臂的运行速度。将药品放置到指定的位置。通过实验证明了该系统具有精度高、零差错、高效性等特点。

[关键词]RFID识别;物联网;机械臂;识别算法;自动算法;STM32控制

[中图分类号]TP242 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–02

Efficient and intelligent Medicine Dispenser Based on Lnternet of Things Technology

Zhou Li-hui，Luo Xuan-bing，Jiang Wei-lin，Yang Xin-rui，Han Yan-long

[Abstract]For the drug collection window of urban general hospitals， the hospital has a dense population， a wide variety of viruses， and a very high cross-contagion rate. Therefore， a more intelligent system is needed to link the hospitals pharmacy by controlling efficient transmission systems， intelligent sorting systems， and drugs. The storage of intelligent analysis system and master control system allows patients to quickly and accurately obtain the medicines they need. Combined with remote medical technology and Internet of Things technology， people can quickly and efficiently conduct inspections， receive diagnosis and treatment， and obtain medicines， and improve the efficiency of the hospital. The system uses RFID identification technology， reads the card through the RC522 chip， collects and processes the patient's information， uses the STM32F103RCT6 microcontroller to control the steering gear， so that the steering gear moves smoothly， and the steering gear controls the running speed of the entire mechanical arm. Place the medicine in the designated location. Through experiments， it is proved that the system has the characteristics of high accuracy， zero error， high efficiency， etc.， and the simulation test is started.

[Keywords]RFID identification; Internet of Things; robotic arm; identification algorithm; automatic algorithm; STM32 control

随着社会的发展和人们生活水平的提高，医疗信息技术数字化蓬勃开展，新型的现代化医疗模式在逐步完善，新零售方法层出无穷。但在大多数医院调配处方仍然以药师为主，导致了药师的工作强度高，压力大，效率低，为了使药师能为病人提供更快更专业的药学服务，同时满足人民群众日益增长的医疗卫生健康需求。因此需要一个更加智能的系统与医院的药房链接，通过控制传输系统、智能分拣系统、药品存储智能分析系统、总控系统，让患者快速准确的得到所需的药品，远程医疗技术以及物联网技术，让人们快速高效的得到诊治、获得药品，提高医院的工作效率。

物联网（Internet of Things），指的是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）、二维码、全球定位系统等与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，RFID电子标签是核心技术。RFID可实现对物品的自动识别和跟踪，并通过单片机实现信息的交换和共享。

基于物联网的智能医药取药机是自动化技术在医学领域的拓展，是一种同时将数字化和智能化结合到一体的新型医院发展模式，是现阶段公众医疗资源的补充，可以让传统医院服务与现代智能控制技術完美结合，实现了医疗服务品质的质的飞跃。

1 系统简介

自动取药机旨在实现患者能够更快、更便捷地获取药品，患者可使用自己的就诊卡号，在付款成功后，通过就诊卡号即可取药。整个系统包括高效传输系统（可以快速的将药单远程传输到系统中）、智能分拣系统（同一时刻将不同患者的药方区分开来，以免混淆等）、药存智能分析系统（通过大数据智能分析近期疾病用药趋势，提醒药存）、总控系统（综合控制项目的操作与运行）。该系统具有高效，零差错的特点，未来将会有很大的需求市场。

2 系统优点

2.1 零差错

在大多数的医院里，调配处方仍然以药师为主，每天会有成千上万的病人来医院看病买药，从而导致了药师的工作强度高，压力大，效率低，也出现过给病人拿错药的情况。自动取药机在工作强度、运算速录和记忆功能等方面均超越人类，不会因劳累等因素造成取错药品等不可避免的失误，做到零差错，同时也满足了人民群众日益增长的医疗卫生健康需求。

2.2 高效性

虽然现在已有医院安装了自动取药机，但是医院的治疗效率并没有得到明显提升，取药机的利用效率不高。自动取药机仍然需要医生分拣药品放到指定盒子然后打包运输。医院人口密集，病毒种类繁多，交叉传染率也非常高，因此需要一个更加智能的系统与医院的药房连接，而文章设计这款自动取药机刚好可以解决这个问题。

就医院而言，使用自动取药机不仅可以节省大量人力物力的投入，而且可以减轻医务人员的工作量，极大的提高了医院的工作效率，服务更多患者;就患者而言，使用自动取药机可以进行自助取药，通过移动支付结算，自助完成整个取药过程，大大缩短病人的等待时间以及取药时间，提高取药效率，形式新颖，创新服务模式，提升了医院形象。

2.3 形式新颖

这是一种新型的创新服务模式。该设备占地面积小，美观度高，极大的提升了医院的形象。同时这款自动取药机对每一种药品，每一类药品都有详细的分类，不同温度下的药品也会在相应的温度环境中放置。在药槽中，药品采用平放斜槽式排列以减少不必要的故障发生，并且，药槽可以单独控制，当某一药槽发生故障时，可单独屏蔽该药槽，不会影响到药机的正常运行发药。更重要的是，在取药口处具备自动消毒功能，患者不必担心会将医院内的病菌带回家。

2.4 实时盘点

该设备可随时对药品进行实时盘点，可精确定位药品的耗损环节。具有剩余盒數、需加药盒数等显示功能，当药品不足时，设备会点亮指示灯提醒工作人员及时进行补药。

2.5 促进医药系统与大数据技术的有效结合

（1）大数据时代的到来，给新型医疗模式的发展提供了新方向，使得未来对药品的管理和处理变得更加智能化。

（2）医药系统与大数据技术的有效结合可用于科研项目，药品开发，疾病预防等方面。

机械手的整体结构的仿真模型;自动取药样机的机械手主要有缩屈控件、液压伸缩件、舵机、手爪。其中手爪和舵机是机械的关键部件，这2个部件配合后才能完成“药物定位—药物抓取—药物投放”这一系列连续动作。通过对机械臂进行优化设计，应用单片机技术自动完成取药过程。

机械手的运动由单片机STM32F103RCT6控制舵机带动硬件来实现，单片机STM32F103RCT6发出控制指令控制舵机的转角、舵机的转角带动机械手做360°二维运动，通过RC522芯片接收到患者的信息，单片机对舵机进行控制，实现机械手在托盘上的准确定位，机械手运动到取药点后保持合适的取药姿态，然后机械手爪在舵机的转动下伸出并以一定角度靠近药品，在齿轮的作用下将药物夹紧，接着机械手再转动预设的角度，即机械臂由药品存放处运动到传送带，传送带将药品送至指定的窗口，完成一次自动取药的过程。

控制系统是支配机械臂按规定要求运动的系统。机械臂采用单片机控制舵机的角度来完成动作，同时根据控制系统发出的信息对执行机构发出指令，通过编程实现机械手的定位

STM32F103RCT6单片机接收控制信号，开始控制舵机进行转动，舵机会带动齿轮组，以自己为中心为原点，进行圆周运动。齿轮组减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，当舵盘转动的同时，舵机会带动位置反馈电位计，通过位置反馈电位计，可以知道现在机械臂所转动的角度。电位计将会输出电压信号输出到控制电路板，STM32F103RCT6单片机会进行反馈，然后控制电路板根据RC522芯片接收到的信息，控制机械臂的转向，到达指定药品位置附近后停止。舵机的控制信号为周期20 ms的PWM信号，其脉冲宽度从0.5 ～2.5 ms，相对应舵盘的位置为0°～180°。

自动取药机是编程和实物模拟对展开研究创新，该系统由四个部分组成，分别是智能分拣系统、高效传输系统、药存分析系统、总控系统。

系统首先初始化，患者此时刷卡，通过RFID（无线射频识别）得到患者的主要信息，在患者付款信息得到确认后，传送带得到STM32F103RCT6单片机发出的中断指令开始运动，药品开始正位，由传送带传送指定位置，机械臂将药品拉到指定窗口，后台此时开始药存分析，总控系统负责整个系统的正常运作和异常中断请求以及系统复位。

高效传输系统：快速的将药单远程传输到总控系统，由单片机对电机进行控制，单片机给小电机发送信号，小电机开始运动，传送带开始运行，药品放在传送带上，被带往指定窗口。

药存分析系统：通过大数据智能分析近期疾病用药趋势，提醒药存。

智能分拣系统：由STM32F103RCT6单片机、机械臂、传送装置这三部分通过物联网技术连接在一起，通过各个部分的配合以及相对应的人工处理环节组成一个完整的药品自动分拣系统。

总控系统：通过后台互联网将各个系统连接起来，及时控制及反馈信息。

2.3 软件结构

系统开启后，首先进行初始化处理（各个部分启动，系统的基本信息输到stm32单片机里），然后系统判定付款是否成功，若未成功则回到初始化，若付款成功则进入运输模式，对传送带发出指令并反馈到总控系统，stm32单片机接受并解析指令，判断药品是否正位，若未正位则返回上一层，若药品已正位则对传送带发出指令，stm32单片机接受并解析指令，然后电机开始运作，之后通过RFID读取条形码，核对处方并将数据录入总控系统同时以隔板的形式进行分拣打包然后进去指定窗口同时反馈给总控系统。

3    结束语

现在物联网技术离我们的生活越来越紧密，它影响着我们生活的方方面面，为人类的生产和生活带来了变革。同时随着人口老龄化程度的不断加深，医疗行业愈加受到社会的重视。未来，面对方兴未艾的智能医疗市场，即将面对的困难是打破各个物联网设施的单一环境运行，而使它们“互通有无”，让科技更好地服务于大众。

参考文献

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