宋承翰，劉博，劉斌，李瑞芳
（武漢理工大學 信息工程學院，湖北 武漢 430070）
摘要：由于生活壓力增大，越來越多慢性疾病出現。經調查統計,近40%的人需要長期服用某幾種藥物，其中老年人居多。在病人服藥過程中發現了諸多用藥問題，如不按時吃藥、吃錯藥等。設計了一款智能醫藥箱系統，系統包括儲藥模塊、觸摸顯示屏、語音播報模塊、藍牙手環、一鍵應急模塊。系統具有協助病人按時用藥、正確用藥的功能，系統功能實用，結構簡單，具有很大實用價值。
關鍵詞：單片機；智能醫藥箱；語音播報；藍牙手環
0引言
隨著人們生活節奏的加快，生活壓力增大，生活習慣越來越不健康，高血壓、糖尿病、骨質疏松等慢性病越來越多，大部分人的身體處于亞健康狀態。經過在學校周圍實地調查，統計出大約40%的人需要長期服用某種藥物或者幾種藥物。同時，由于生活節奏加快，工作繁忙，導致人們缺乏足夠的精力和時間來關心自己的身體，忘記吃藥、吃錯藥的現象屢見不鮮，這就更加導致了人們身體狀況的惡化。經調查發現，該問題集中體現于以下幾點：（1）多數病人，尤其是老年人，患有多種疾病，平時藥物種類繁多，各類藥物的服用時間多有錯開，加上工作繁忙，記憶力衰退等因素，經常出現未按時服藥，在錯誤時間服藥，服用藥物的種類、劑量出現差錯等問題；（2）許多家庭在藥品存放上不重視，產生了藥物過期、受潮、霉變等問題，服用這些問題藥物，輕則出現身體不適，重則發生醫療事故，危及生命；（3）老年人由于子女不在身邊，又不擅長使用智能設備，與子女聯系不便，當藥品用完時，得不到及時的補充，當身體出現緊急狀況時，亦不能及時呼救，錯過最佳搶救時間。
為解決以上問題，本文研制了一款集成了藥物信息儲存、定時提醒、語音播報、緊急呼救等功能的智能醫藥箱系統，對于解決病人用藥問題具有十分重要的現實意義。
1系統總體設計
系統力求人性化的操作體驗，以期達到如下效果：大屏幕的觸摸輸入和顯示，簡單實用的圖形界面，良好的藥物存放環境，可靠的定時提醒、語音播報、一鍵呼救等。
系統在各模塊功能設計上做了如下規劃：
（1）系統在設計上分為兩個主要部分：醫藥箱主體［13］（以下簡稱其為主機）和配套藍牙手環［45］（以下簡稱其為從機）。
（2）主機與從機可采用一對多的配對方式，方便多人使用。
（3）主機具備的功能有：適宜的藥物存儲環境；大屏幕觸摸輸入和顯示；藥物信息（包括藥物名稱、用藥量、用藥時間等）存儲；定時語音播報；藍牙控制手環等。
（4）從機具備的功能有：在近距離范圍內（規定為18 m）穩定接收主機發來的用藥信息，并對用戶進行多次提醒，確保準時用藥；一鍵呼救。
系統引導用戶在觸摸屏上輸入用藥信息，并自動進行存儲和顯示，內置的RTC實時時鐘模塊與輸入的用藥時間進行比較，當到達設置的用藥時間時，向用戶佩戴的藍牙手環發送指令，手環振動，提示吃藥，用戶在按下藥箱上對應的“停止提醒”按鍵后，主機停止向手環發送提醒信息，并語音播報該時間點該服用的藥物信息，用戶根據語音信息拿取相應的藥物。另外，為應對緊急情況，本系統還加入了一鍵呼救模塊，按下緊急呼救鍵時會向指定的監護人號碼發送呼救信息，爭取寶貴的搶救治療時間。系統的整體結構如圖1所示。
2系統框架設計及算法
2.1顯示界面的設計
為實現人性化的操作體驗，對觸摸屏的顯示界面作了如下規劃：主菜單界面可以選擇添加藥物信息、查看藥物信息、設置系統時間、查看鬧鐘信息、綁定手機號碼5個主要的功能選項虛擬鍵，通過點擊相應虛擬鍵可以進入相應的界面進行各項操作；主菜單界面可以實時顯示系統時間和預執行鬧鐘時間（即下次服藥時間）；添加藥物信息界面用來實現各類藥物信息的輸入；查看藥物信息界面可用來查詢已添加的各類藥物信息；設置系統時間界面用來初始化或校正系統時間；查看鬧鐘信息以方便用戶查詢所有服藥的時間和種類；綁定手機號碼界面可以用來輸入監護人的手機號碼。顯示界面規劃圖如圖2所示。
2.2定時提醒策略
實際情況中，考慮到各種藥物設置的服藥時間次數不同，有些藥物未設置服藥時間以及不同藥物設置的某次服藥時間相同，在定時提醒時容易造成提示的時間混亂。為很好地解決以上問題，本文構思了一種定時提醒策略。
（1）初始化。定義n組鬧鐘變量，每組變量由小時變量和分鐘變量組成，初始值均為零，每組鬧鐘還對應存儲著該時間對應的藥物信息，此處不予給出。鬧鐘變量結構如下。
Ai=（Hi,Mi）,i=0,1,2,…，n-1
其中，Ai為第i組鬧鐘變量，Hi為該組鬧鐘變量中的小時變量，Mi為該組鬧鐘變量中的分鐘變量。
（2）數據輸入。用戶通過觸摸屏輸入各類藥物的信息，將其中的服藥時間賦值給對應的小時變量Hi和分鐘變量Mi，未賦值的變量仍為初始值零。考慮到小時變量和分鐘變量值均為0時，對應著時間為凌晨零點，此時人體應處于休息階段，不會在該時段服藥，當鬧鐘在該處響應時，不作任何事件處理。
（3）數據處理。將n組變量按照遞增次序重新排序，得到n組新的鬧鐘變量，其結構如下。
A′i=（H′i，M′i），i=0,1,2,…，n-1
其中，A′i為重新排序后的第i組鬧鐘變量，H′i為該組鬧鐘變量中的小時變量，M′i為該組鬧鐘變量中的分鐘變量。
（4）得出預執行鬧鐘值。將RTC實時系統時間與各組排序后的鬧鐘變量比較，即可得到即將要執行的鬧鐘時間。
Kn+1=（A′0，A′1，…，A′j-1，C，A′j，…，A′n-1）
C=（Ch，Ci）
其中，C為系統時間，Ch為其小時值，Ci為其分鐘值，則A′j為即將要執行的鬧鐘值。觸發鬧鐘后再次重復以上步驟，可得下一組要執行的鬧鐘值。
例如，取n=3（此處為簡化說明），只輸入2組鬧鐘值，分別為8:00和17:30，則此時A0=（8,0），A1=（17,30），A2=（0,0），排序后得A′0=（0，0），A′1=（8，0），A′2=（17，30），當系統時間為7：00，即C=（7，0）時，預執行鬧鐘為A′1=（8，0），即將要服藥的時間為8:00。
3系統模型及實驗結果
基于以上設計思想，本文研制了一種智能醫藥箱的系統模型，主機和手環均采用STM32芯片；主機設置4個藥盒，最多可同時存儲4種藥物信息；采用語音模塊進行語音播報［67］；采用SIM900A無線通信模塊與手機通信；主機和手環采用HC05藍牙模塊通信［89］；設計一鍵呼救模塊［10］。本文設計了兩個實驗，驗證系統的功能。
3.1主機與手環的藍牙通信穩定性以及通信質量
把主機和手環放置于不同距離的位置上，測試其在各距離處能否接收到信息、接收延遲時間和斷電重啟配對時間。測試結果見表1。
3.2一鍵呼救模塊的通信穩定性
按下手環上的急救鍵，測試手環在離主機不同距離的地方系統的反應度和穩定性。測試結果見表2。
結果分析：急救功能在藍牙手環通信范圍內，穩定工作，反應迅速。
結果分析：主機與手環之間采用藍牙通信，在20 m的距離內通信效果較好，能滿足家用范圍的工作要求。
4結論
本文針對病人按時用藥、正確用藥的問題提出了一種智能醫藥箱系統的設計與實現方法，系統采用嵌入式開發技術，較好地實現了智能醫藥箱的各個功能，增強了人機交互能力，提高在應對突發狀況的處理能力。未來，將針對如何提升藥物儲藏環境以及開發藥物自動記憶等功能作進一步研究。
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