结合云平台设计的多功能智能药盒的研发＊

郑文栋，胡 非，王 博，景洪昌，陈和顺，冯麟媛

（湖北师范大学电气工程与自动化学院，湖北 黄石 435002）

1 研究背景

中国老龄化情况日益加重，老年群体占人口的比例也逐渐增加。老年人患病种类中，慢性病占着较大的比例，老年人服药过程中也出现了服药种类多、数量多，药品包装复杂，服药过程繁杂的情况，这也是老年人在服药过程中遇到的困难[1]。随着老年人的记忆力下降，就出现了健忘症，他们经常忘记按时吃药，若是遇到较为苛刻的用药要求，如在不同的时间服用不同的药品的情况，这种要求使得老年人准确服药更是难上加难。而且很多老人身边是没有家人陪伴的，也不会有医生在旁指导，这种情况下服药，就会存在很多安全隐患。目前市场上的大多数药盒都没有具体的时间标注，药盒的主要目的基本上是为了储存药品，对于复杂的用药过程是没有详细的指导功能的，最多只是做到简单的用量和大体时间的标注。老年人的忘服药、误服药以及乱服药等问题不能得到根本上的解决，大部分药盒对老年人的正确用药没有起到帮助作用，针对老年人的心理、生理以及生活行为来设计的药盒更是少之又少。因此，设计一种能够方便老年人用药，还能够解决老年人服药问题的智能家用药盒十分必要。

2 智能药盒整体设计背景和思路

单片机随着现代社会的需要也在不断发展壮大，各种电子产品中已普遍地使用到了以单片机为基础的集成电路。以单片机为核心的数字集成电路产品正是基于其具有体积较小、功能丰富和低功耗等优势，才有巨大的市场开发价值[2]。因此电子智能药盒公司在选定型号时，就充分考虑了单片机的功能体积和产品耐用性等因素，并使其朝着智能化、微型化的方向发展。科学技术的发展本就是为方便人们，鉴于老年人在服药中遇到的各种问题，智能药盒的设计应运而生。

STC90C516 单片机、LCD1602 液晶和单片机的定时/计数器等工作原理和结构，在结合云平台的基础上，成为了家庭智能药盒系统设计所相关硬件的工作原理和结构[3]。该系统的运行方式是：采用单片机控制器使嵌入的STC90C516 微电脑定时器可以被中断，从而让系统能够监测时钟的执行情况，同时也可以在LCD1602 液晶体上显示出当系统侦测到有时间设定功能按键及药物设定功能按键的信号后，进入中断时间及设定状态时，就可以打开中断并按下定时按钮，以记录当前设定的时间以及用药量。当系统的定时调机完成之后，在系统定时工作的过程中，会连续不断把系统的实际时间和记录时间进行比较，而当二者时间相同时，系统就会产生警告，并提供完整的合理用药数据，1 min 后，如果实际时间与系统的记录时间不相同的话，系统就会主动退出提醒。这样提示病人要准时吃药并且合理用药的系统适合在家庭中应用。

3 药盒系统的设计

3.1 药盒系统的功能设计

药盒控制器采用了STC90C516 单片机为主控器件，同时整合了由单片微型计算机提供最小系统输出电压所需的上电及复位回路，并内置晶体振荡器集成电路，电源模块为药盒系统提供一个稳定的直流电源，让系统正常运行。

以STC90C516 单片机为主控芯，同时整合了单片微型电脑的最小芯片的上电复位回路和内置晶振集成电路的药盒芯片，而LED1602 显示模块则主要作用是系统时钟及其他数据的指示共振，语音系统是通过接收从单片机或微型计算机中传送过来的语音信息达到对声音信息显示的目的，而LED 发光二极管和具备语音功能的蜂鸣器起到了协助报警作用。在编程时，利用其内核或者单片机的内存资源、所有驱动程序资源资源的程序储存区进行调用，然后利用单片机的接口、单片机的引脚以及系统其他的模块资源，子程序和LCD1602 数据的刷新程序需通过主程序的按键来扫描，把LCD1602 和按键模块相结合，以达到通过按键输入的所有信息能够在LCD1602的液晶显示屏实时播放的效果。系统中所有模块间的配合功能是由单片机实现的，2+2+4 的8 个按键的输入，也是由单片机完成检测，同时可以将原先录入的所有信号都显示在LCD1602 显示器上[4]。由1 个功能键、1 个调整按键和4 个定时对应的定时按钮来进行定时器设置，一按下功能键就可使用调整按钮完成调整，时间和药物剂量的6个数值的选择根据按下功能键的不同次数设定，最后一步则是再次按下功能键以及4 个定时键之一，在这个时候LED 灯就会闪烁，这表示已经完成了一次定时操作，此时，系统将会继续运行。

结束定时设计之后，来调整系统的时刻设置，可用功能按钮和时间调节按键这2 个按钮来实现，只要把功能键全部按下，就能够调节系统的时刻，而分数和小时数的调整则取决于按下功能键的次数，在进行了系统时刻的调整后，当最后一次按下功能键后，系统时钟就会开始工作。而系统的实际时间调整是通过单片机的定时器来实现的，由单片机的时间测量功能来测量系统的实时时间和另外4 个定时时间之一是否相等，一旦实时时钟运行到预定的定时关机时间，LCD1602 显示器上将会显示药物剂量，蜂鸣器会发出响亮的蜂鸣声，LED 指示灯闪烁，提醒用药时间到了。大概1 min 后，实际时钟就会到达定时时间，但此时实际时间和定时时间将不再相同，系统将退出报警程序。

3.2 系统结构设计

整个软件系统的基本结构包括STC90C516 单片机、2+2+4 按键、开关电源、晶振电路、复位回路、液晶显示、蜂鸣器电路、发光二极管等几个部分。

3.3 系统硬件电路设计

单片机最小系统主要由STC90C516 单片机、晶振电路、复位电路等构成。

3.4 系统软件设计

此系统软件的功能是利用单片检测按键进行信息的输入，并且能够将输入的信息随时显示在LCD1602的液晶显示屏上，这时候系统就会自动将设置用药的时间记录下来，将系统时钟设置好，所有的设置完毕后，系统就可以开始运行了[5]。在系统运行的过程中，单片机就会对比系统的实时时间和定时时间之间的区别。当两种时间一样的时候，系统就会发出警报，并且会在显示屏上显示该次服用药物的剂量。子程序由主程序控制着，子程序之间又相互作用、相互协调。总而言之，所有对应子程序的元件只要驱动子程序，各个子程序就会自动进行协调运作，共助系统功能的实现。

主程序模块的作用包括对系统各个部件初始化的控制，调用各个功能的子程序，当然，调用这程序的方法也可以通过两重及以上的嵌套，主程序控制着多个子程序模块系统，只要将主程序进行运行，就可以实现各个子程序模块之间的协调功能。随着主程序的运作，整个系统将持续进行运算操作，这样每个阶段的不同功能就可以被实现。在本系统的主程序之中，当主程序在不同的阶段运行时，通过时钟的作用，主程序首要的任务就是将各个模块进行初始化，其次才是进入循环；在系统进入循环后，通过对键盘进行扫描，从而调用子程序，并且通过扫描进行信息的输入，经过系统运算，就会更新子程序，把原先输入的所有信息都在LCD1602 上显示出来，从而完成这4 次时间以及用药剂量的设置，然后调整实时时间，只要实时时间一直向前运行，一旦设定时间与系统的实时时间相等，系统就会进入报警程序。

4 智能药盒语音和定时功能

老年患者在选取药物的时候，直接触碰顶盖上的触摸屏以及按键进行操作，就可以轻松完成取药服药。这个功能可以有效帮助行动不便的老人，或者是视力不好的老人，他们可以通过语音功能输入命令，用语音来操控智能药盒，这样就可以轻松拿到他们自己想要拿的药。并且可以在老年人忘记拿药的情况下，会通过原先设计好的时间发出报警声，以这种方式来提醒老年人吃药，同时，还会自动将老年人需要的药品提取出来，对于健忘的老年人来说，如果他们忘记或者拿错了药品，这个功能可以解决这类问题。还可以通过网络通信功能，将智能药盒旋转功能的运行信息上传到云服务器上，这种功能可以可以通过APP 来控制，当老年人身边没有人帮助的情况下，这种功能就可以用到，比如老年人的子女可以直接用过手机来操作，远程提醒老年人服药。

最后经过研制，形成产品——多功能智能药盒，如图1 所示。

5 结论

本系统以STC90C516 单片机为核心，具备LCD1602 时间指示、4 次计时、蜂鸣器提示服药时间、提示4 种用药剂量等功能。所采用的STC90C516 系列单片机具有抗干扰性强、低功耗以及安全性高的特点。本文的出发点是为了防止老年人漏服或错误药物、忘记服用药物、乱服用药物等现象的发生，满足老年人方便、正确和安全用药的需求，而设计了一种能够做到智能分类药品、远程操作、定时提醒服务以及语音识别等效果的智能药盒。本文主要对智能药盒这款产品进行设计，使智能药盒的功能更加丰富，既可以适应老人在各种情况下的使用需要，也可以从根本上提高老人的生存品质，从而改善老人的生活水平[6]。

在中国老龄化越来越严重，人们越来越注重健康的环境下，智能药盒非常具有实用价值。在系统功能上，如集成DS1302 添加了万年历的功能；在集成测温模块上，增加了对室内温度的检测功能。这样可以充分利用单片机的功能，将系统的可用性进一步增加。