基于单片机控制的老年人智能药箱设计

解丹婷，赵 培,2，杜 胜,3

(1.陕西能源职业技术学院煤炭与化工产业学院,陕西 咸阳 712000)

(2.陕西能源职业技术学院智能制造与信息工程学院,陕西 咸阳 712000)

(3.陕西能源职业技术学院实践教学管理处,陕西 咸阳 712000)

按照国际通行标准，60岁以上老年人口占比超过10%，即进入老龄化社会。2018年底的人口普查数据显示，我国老龄化水平已经达到17.9%[1]，在平均预期寿命延长、生育水平下降的今天，人口老龄化已经成为我国一个极为严峻的社会问题。据数据统计，65岁以上的老年人中约80%患有心脏病、高血压、关节炎或糖尿病等慢性疾病，其中有35%的老年人患有2种或2种以上的慢性疾病[2]。80%的老年人需药物治疗，25%左右的老年病人需要同时服用4～6种药物，而且用药时间较长，有些药物也要求在不同的时间段服用[3]。老年人普遍伴有视觉老化，记忆力、行动力、生活自理能力下降等症状，在长期服药的情况下，很容易出现错服、漏服、多服药的状况。因此通过对老年人生理特征的变化进行分析，并根据市场需求设计一款适合老年人使用的智能药箱就显得很是迫切。

1 智能药箱箱体设计

结合部分老年人需要每天服用多种药物的情况，本文设计的智能药箱可以同时存放多种药物。图1所示为智能药箱的实物模型图。药箱共有6个抽屉，对应图中1～6的数字编号。其中1～4号抽屉存放片剂、胶囊剂、膏状类药品，5号抽屉存放液体类药品，6号抽屉存放家用的血压计、血糖仪、温度计等常用医疗测量仪器。不同抽屉存放不同的药物，实现药物和仪器的分类存放。

图1 智能药箱实物模型图

药箱整体采用塑料外壳，壳体上安装有显示屏、电源开关、调节按钮、扬声器，抽屉上安装有指示灯及抽屉弹出装置，当指示灯亮起时，使用者只需轻轻按压弹出装置所在位置，抽屉就会弹出，方便使用者取用药品。

2 智能药箱硬件设计

老年人由于年龄的增加，其自制力、记忆力、注意力等都开始减退，而不同药物的服用时间和间隔是不同的，往往导致了老年人用药时间的不规律，增加了各种药物之间的不良反应，甚至会严重影响老年人的身体健康。有数据显示，55%的老年人能够按医嘱服药，30%的老年人会偶尔忘记服药，而剩下的15%的老年人则会经常忘记服药[4]。为了使老年人能够按时服药，智能药箱除了能够进行药品存储，还应具有服药提醒功能，其中药品存储功能保证了不同药品和家用医疗测量仪器的分类存放，服药提醒功能则保证了老年人能够按时服药。药箱的功能定位如图2所示。

图2 智能药箱功能

智能药箱的硬件包含了主控模块、检测模块、显示模块、提醒模块、供电模块等5个部分，较好地实现了药品存储和服药提醒功能。

2.1 主控模块

主控模块采用STC89C52RC单片机对药箱整个系统进行信息处理与控制。STC89C52RC单片机指令代码完全兼容传统8051单片机，其特点是速度快、功耗低、抗干扰能力超强[5]。

2.2 检测模块

检测模块包括两部分：光敏传感器单元和湿温度检测单元。

1)光敏传感器单元由6个光敏传感器组成，分别安装在药箱1～6号抽屉内，用于检测使用者是否打开药箱抽屉服药。其工作原理是：闹铃响起，抽屉未打开，没有光线照射传感器，其光强达不到设定的阈值，传感器输出高电平，表示未服药；闹铃响起，抽屉打开，外界光线照射传感器，其光强达到设定的阈值，传感器输出低电平，表示已服药。

2)为了防止药品在不适宜的湿温度环境中发生变质，检测模块加入了湿温度检测单元，用于检测并监视药箱周围空气的温度及湿度。湿温度检测单元采用DHT11温湿度传感器模块，其湿度检测范围为20%～95%，精度为5.0%，温度检测范围为0～+50 ℃，精度为2 ℃。响应时间小于50 ms，功耗低、体积小、稳定可靠[6]。

2.3 显示模块

显示模块采用QC12864B汉字图形点阵液晶显示器。该显示器可以显示汉字及图形。药箱通电开启，显示屏显示“欢迎使用智能药箱”字样，随后显示当前日期、时间、温度及湿度。如图3所示。其中日期及时间的显示采用DS1302时钟模块实现，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，对每月的天数和闰年的天数进行自动调整[7]，还可以通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式[8]。

图3 药箱主界面

2.4 提醒模块

提醒模块包括两部分：闹钟提醒单元和短信提醒单元。

1)闹钟提醒单元。

闹钟提醒由蜂鸣器完成，通过主控模块中STC89C52RC单片机输入/输出口的高低电平驱动蜂鸣器发声。蜂鸣器结构简单，使用方便，可以作为各类电子产品的发声器件。通过智能药箱面板上的调节按钮，可以对每个抽屉的服药时间设置闹铃，如图4所示。闹铃响起，相应的抽屉指示灯亮，显示屏显示抽屉编号。

图4 药箱设置界面

2)短信提醒单元。

短信提醒由SIM900A模块完成，SIM900A是一款高性能工业级 GSM/GPRS模块，接口丰富，功能完善，尤其适用于需要语言、短信、GPRS数据服务的各种领域[9-10]。通过智能药箱面板上的调节按钮，可以设置一位紧急联系人的手机号码，如图4所示。若同一抽屉闹铃提醒次数3次以上还未检测到抽屉打开的低电平信号，提醒吃药的短信就会发送到紧急联系人的手机号码上，告知紧急联系人使用者未吃药。

2.5 供电模块

智能药箱的供电模式有两种，一种是采用适配器供电，将电源线直接插入到220 V插座上，取用方便；一种是锂电池供电，停电后可以通过药箱电源开关将供电方式切换至锂电池供电，继续维持药箱正常工作。

3 智能药箱软件设计

为了将智能药箱各个功能模块整合起来，实现协同合作，需要编写相应的软件程序。药箱电源开关打开后，系统上电进入初始化，显示屏显示并语音播报“欢迎使用智能药箱”，初始化完毕后药箱进入系统主界面，如图3所示，显示屏显示当前日期、时间及环境温度和湿度。此时，可以通过面板上的调节按钮对1～6号抽屉进行数据设置。智能药箱根据设置内容进行服药提示，并根据实际情况执行不同的操作。执行完毕后药箱显示屏返回主界面。智能药箱软件系统主要包括2个模块：服药信息及家用医疗测量仪器使用设置模块和服药提醒模块。

3.1 服药信息及家用医疗测量仪器使用设置模块

在家庭人员使用智能药箱前，需要根据使用者服药情况和血压计、血糖仪、温度计等仪器使用情况对1～6号抽屉参数进行设置，其中1～5号抽屉设置内容包括每日服药的次数、每次服药药量、每次服药的闹铃提醒时间及紧急联系人的手机号码。6号抽屉设置医疗测量仪器的每日使用次数、每次提醒时间及紧急联系人的手机号码。设置完成后按下复位按钮，系统返回主界面，完成设置。为了保证系统断电后设置的1～6号抽屉的使用信息不会丢失，外设EEPROM存储器，将服药信息等存储在该存储器中，保证系统掉电后信息不丢失。图5为服药信息及家用医疗器械使用设置的软件流程图。

图5 软件流程图

3.2 服药提醒模块

当设定好使用者的服药信息后，系统进入服药的监控状态。当设置的闹铃时间与系统时间一致时，闹铃响起，提醒使用者吃药，此时相应抽屉安装的指示灯亮起来，若抽屉内安装的光敏传感器检测到光源信号，就会输出低电平给主控系统，即使用者已打开抽屉服药，系统记录吃药状态，指示灯灭；若一直未检测到传感器输出的低电平信号，即使用者未打开抽屉服药，相应抽屉指示灯处于长亮状态，并且闹铃每隔10 min提醒一次，闹铃提醒3次后仍未检测到传感器输出的低电平信号，系统发送短信到紧急联系人预留的手机号码上，告知使用者未按时吃药，直至抽屉被打开，指示灯熄灭。

4 结束语

传统药箱大多强调储药功能，体积较小，功能单一，更倾向于便携性。智能药箱在设计时增加了存储空间，分别针对片剂、胶囊剂、膏状、液体等药品设计了不同尺寸的抽屉以满足不同的存放需求，此外还增加了专门存放家用血压计、血糖仪、温度计等常用医疗测量仪器的抽屉。智能药箱可用于监督和提醒老人日常服药，帮助老年人方便、按时、准确进行服药，易用性更强，性价比更高，不仅适合家用，还可推广到医院、养老院等有服药需求的场所。