一种智能药膏涂抹器的设计

肖莉 刘丽丽 杨延宁 余知朴 杜永星

摘 要：为了解决皮肤病患者在使用手或棉签等涂药时存在的问题，设计了一种智能药膏涂抹器。该涂抹器采用MSP430f5529单片机控制，机械部分由伸缩手柄、摄像头、滚珠、药膏存放盒等部分组成，通过电机带动滚轮挤压出药膏。样机测试表明，该涂抹器能准确地控制出药量，可以有效避免药膏的浪费，并且可通过按摩促进药物的吸收，同时患者能够在涂药过程中实时观察患处，从而将药膏精准均匀地涂抹于患病部位。同时，该涂抹器具有操作简单、方便实用、成本低廉等特点。

关键词：智能;药膏;涂抹器

中图分类号：TN609     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）5-0016-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.05.003

Design of an Intelligent Ointment Applicator

XIAO Li1    LIU Lili1，2    YANG Yanning1，2    YU Zhipu1，2     DU Yongxing1

（1.School of Physics and Electronic Information， Yan 'an University， Yan'an 716000，China;2. Key Laboratories Jointly Built by Shaanxi Provinces and Cities of Intelligent Processing of Big Energy Data， Yan'an 716000，China）

Abstract：In order to solve the problems of skin patients using hands or cotton swabs，an intelligent ointment applicator is designed.The applicator is controlled by MSP430f5529 single chip microcomputer.The mechanical part is composed of a retractable handle，camera，ball，ointment storage box and other parts，which is extruded by a roller driven by a motor.Prototype test shows that the applicator can accurately control the dosage，effectively avoid the waste of ointment，and promote drug absorption through massage.Meanwhile，patients can observe the affected area in real time during the application process，so that the ointment can be accurately and evenly applied to the affected area.At the same time，the applicator has the characteristics of simple operation，convenient and low cost.

Keywords：intelligent;ointment;applicators

0 引言

皮肤是人体最大的器官。在我国，皮肤病是一类常见且多发的疾病。据有关资料统计，我国皮肤病的总患病率约为1.23%，即全国大约有0.168亿人患有不同程度的皮肤疾病。现代社会人们的生活节奏越来越快，受不良饮食、生活习惯以及环境恶化等因素的影响，皮肤疾病的患病率呈上升趋势。同时，皮肤病也被认为是一种发病率高、致残率高、传染性强的疾病，轻则局部瘙痒、疼痛，重则瘢痕遍及全身，如白癜风、紫癜、痤疮等。如今应用药膏涂抹治疗是治疗皮肤病的主要方法之一。

目前，皮肤病患者通常用手指或棉签进行涂药，但这些传统的涂药方式存在诸多弊端。首先，手是人体接触外部环境最多的部分，大多数患者在涂抹药膏前没有对手部进行清洁，这就导致了大量的细菌在患病部位滋生[1-2]，从而增加了感染的风险;其次，棉签上包裹的消毒棉花易沾染药膏，造成药膏浪费严重或激素类药膏使用过量;另外，如果患处在患者难以触及或看不见的部位时，患者利用传统的涂药方式将难以自行完成涂药工作，如果患病部位的面积较大，用棉签蘸取药膏涂药将十分费时费力[3-4]。因此，针对传统涂药方式存在的涂药不方便、涂抹不均匀、容易浪费药膏等问题，基于患者的需求和涂药工具的研究现状，结合临床实际，研制出一款适合皮肤病患者使用、价格适中、功能齐全的智能药膏涂抹器。

1 产品结构

智能药膏涂抹器结构主要由四部分组成，如图1所示。

出药装置：利用ESP32-CAM开发板及编写好的相关代码驱动步进电机，推动齿轮的传动，从而将药膏挤出。这样能够使儀器精准地把控上药量，有效防止药膏的浪费。

可视化装置：利用ESP32-CAM开发板对患者的患病部位进行实时摄像，并通过无线网络，将摄像画面实时传输到手机，使患者在涂药过程中能够实时观察患病部位的情况，以便将药膏准确地涂抹在患处，避免将药膏涂于其他部位。

涂抹装置：由涂抹头和连接用的特制卡扣组成。涂抹头由特制的滚珠制成，保证能够均匀地涂抹药膏，并对涂药部位进行适当按摩，以促进患病部位对药膏的渗透和吸收。特制卡扣用来固定涂抹头，解决药膏的出药口径不同的问题。

另外，可伸缩的手柄方便皮肤病患者的使用，能够更快捷地够到双手够不着的位置。使用结束后可直接拆卸涂抹头，在进行简单清洗后，即可换其他药膏进行使用。

仪器内部构造结构如图6所示，将开盖的整支药膏放入仪器，并按下相应的挡位，内部的ESP32-CAM开发板及编写好的相关代码会驱动步进电机，从而推动齿轮的传动，挤压药膏。在保证药膏出药量的前提下，涂抹头将药膏均匀地涂抹在患处，并对患处进行适当地按摩。滚珠卡扣涂抹头旁边是具有可视功能的ESP32-CAM摄像头。

2 电路设计

2.1 系统控制原理

本系统以MSP430单片机为主要控制电路，通过控制电路对该系统的各个部件进行控制，如图2所示。控制电路与ESP32-CAM开发板、摄像头相连，然后通过摄像头进行图像采集，通过无线网络将采集到的画面信息实时传递到移动终端[5]。通过电机驱动控制涂抹头，可适当地调节其挤压药膏的速度。显示屏则显示当前剩余的药量及电量。

电机的驱动电路集成在开发板上，通过单片机发出的指令来控制电机的转速，滚轮在电机的带动下，以一定的速度沿着轨道挤压药膏出药，以此达到准确控制用药量，减少不必要的浪费[6-7]。

2.2 图像采集与无线通信

ESP32-CAM是深圳市安信可科技有限公司最新发布的小尺寸摄像头模组。该模块可以作为最小的系统独立工作（如图3所示），尺寸仅为27 mm×40.5 mm×4.5 mm，深度睡眠的电流最低为6 mA。ESP32-CAM广泛应用于各种领域，适用于家庭智能设备、工业无线控制、无线监控、QR无线识别、无线定位系统信号以及其他物联网应用，是物联网应用的理想解决方案。ESP32-CAM采用DIP封装，直接插上底板即可使用，可实现产品的快速生产，为客户提供高可靠性的连接方式，方便应用于各种物联网硬件终端场合[8]。

MSP430F5529是最新一代的、具有集成USB的超低功耗单片机，可应用于能量收集、无线传感及自动抄表等场合，是最低工作功耗的单片机之一。MSP430F5529开发板是MSP430F5529单片机的开发平台，由电源选择开关、RF射频接口、microSD Card插槽、MSP430F5529芯片及引出引脚、USB接口、JTAG仿真接口、齿轮电位计、电容触摸按键、LED、按钮、EZ-FET内置仿真器、102×64点阵LCD和三坐标轴加速度计组成。该开发板将I/O引脚接出来，方便用户进行试验操作。

通过ESP32-CAM开发板所提供的IP地址，无线通信模块使用网页登录局域网IP，进入相机设置页面，点击start stream，开始显示摄像头图像。将采集到的图像信息发送到终端设备，通过终端设备再次发出指令，由单片机MSP430接收并控制硬件电路完成指令操作（见图4）。

在配置环境时，打开Arduino IDE后要先安装ESP32开发板。生成代码后可手动修改SSID和password为自己的WiFi名和密码。将IO0和GND短接后，开始烧录程序。在一定的距离内且在同一个局域网下，单片机向WiFi模块发送指令，通过WiFi模块中的RS232协议进行串口通信。

ESP32-CAM开发板及摄像头的使用需要合适的配置环境，选择合适的开发板，然后对程序进行烧录。ESP32-CAM既可在Windows环境下进行配置，也可在Linux环境下进行配置。本研究主要介绍的是在Windows环境下ESP32-CAM的运行模式，程序烧录完成后，ESP32-CAM开发板直接与主控单片机相连，完成供电，然后可通过无线网络与终端设备相连，显示当前的拍摄环境。

3 机械设计

本智能药膏涂抹器的机械部分由药膏存放盒、摄像头、滚珠卡扣涂抹头、伸缩手柄、开关和擋位控制按键、可视移动终端、多种规格涂抹头等组成[7]。智能药膏涂抹器外部结构示意图见图5，内部示意图见图6，不同规格的涂抹头见图7。药膏存放在盒侧壁上远离电机的一端，与滚珠卡扣涂抹头相连接，通过滚珠卡扣涂抹头将存放盒里的药膏涂抹在患处;摄像头固定在滚珠卡扣涂抹头上方，通过导线与ESP32-CAM开发板连接，通过无线网络与可视移动终端连接;伸缩手柄连接在药膏存放盒下端;可视移动终端为手机或平板电脑，并通过无线网络与摄像头相连;通过MSP430f5529单片机与驱动板来控制电机的转速;通过距离传感器测量涂药时滚轮距药膏前端的距离，从而确定药膏的剩余量;显示屏则显示电量和内部存放药膏的剩余量。

4 使用方法

将需要涂抹的药膏开盖后放入药膏存放盒内，选择规格合适的涂抹头，调节伸缩手柄至合适长度。接着按下开关按键，通过无线网络使手机或平板电脑与摄像头连接，观察患病部位，将涂抹头置于需要涂抹的位置，并按下挡位键，开始涂药。在按下挡位键后，智能药膏涂抹器内部电路开始运行，单片机与驱动板控制电机的转速，从而使滚轮按照挡位的大小沿着轨道挤压出药膏，利用滚珠卡扣涂抹头将药膏均匀地涂抹在患处。在使用结束后，可以通过显示屏来确认电量及药膏的剩余量，以确定是否需要充电与更换药膏，直接拆卸滚珠卡扣涂抹头进行清洗，就能够更换使用不同的药膏。

5 结语

本研究设计的智能药膏涂抹器能够通过单片机实现对电机的控制，从而准确地控制用药量，能够有效避免药膏的浪费。还能通过无线网络将所拍摄到的画面实时传输到手机，使患者在涂药过程中能够观察患病处，实现准确涂抹。智能药膏涂抹器特制的滚珠药膏涂抹头能够保证将药膏涂抹均匀，并对患处进行按摩，从而促进皮肤对药膏的渗透和吸收。此外，本研究设计的这款智能药膏涂抹器能够满足各类患者不同患病处的药膏涂抹需求，可广泛应用于市场。

参考文献：

[1] 何雪瑜，许珂，陈慕刁，等.慢性皮肤病患者皮肤外用药使用知识和行为现状调查[J].广州医科大学学报，2019（3）：176-178.

[2] 路霞，徐艳丽，王燕.品管圈提高皮肤科住院患者外用药有效涂擦率的效果研究[J].当代护士（上旬刊），2017（12）：109-111.

[3] 陈新谦，金有豫.新编药物学[M].14版.北京：人民卫生出版社，1997：35.

[4] 徐红波.合理使用外用药[J].解放军健康， 2005（2）：22.

[5] 印正誉，姚春羽，蔡仲言.一种基于ESP32的智能电表无线通信模块设计[J].数字技术与应用，2021（7）：16-18.

[6] 李丽，杨进波.局部皮肤用药的生物等效性研究进展[J].中国临床药理学杂志，2016（24）：2337-2340.

[7] 肖璟.中药膏敷贴涂抹器的研制[J].天津护理，2015（4）：359.

[8] 安信可科技.ESP32-CAM摄像头开发板[EB/OL].（2020-01-01）[2022-02-10].https：//docs.ai-thinker.com/esp32-cam.