張開(kāi)生+陳江萍

摘要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)以及人口老齡化程度的加快，空巢老人和亞健康人數(shù)越來(lái)越多，對(duì)于需要長(zhǎng)期服藥的人們，一旦忘記服藥、沒(méi)有按時(shí)服藥或者服錯(cuò)藥，后果都是非常嚴(yán)重的。該文設(shè)計(jì)了一款基于嵌入式的服藥提醒系統(tǒng)，包括時(shí)間設(shè)置、智能藥盒以及語(yǔ)音提示等。通過(guò)設(shè)置時(shí)間來(lái)自動(dòng)提醒及多次提醒使用者，當(dāng)使用者未按時(shí)服藥時(shí)，GSM信息反饋給監(jiān)護(hù)者再次提醒服藥，該系統(tǒng)的使用，能夠有效地幫助使用者按時(shí)、準(zhǔn)備服藥以及不要重復(fù)服藥。

關(guān)鍵詞：嵌入式；服藥提醒；智能；語(yǔ)音

中圖分類(lèi)號(hào)： TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）26-0233-03

Abstract： With the rapid growth of China's national economy and the accelerated pace of population aging， empty nests and sub-health more and more people， for those who need long-term medication， once forgot to take medication， no medication on time or take the wrong medicine， are very serious consequences. In this paper， an embedded medication reminder system is designed， including time setting， intelligent box and voice prompt. By setting the time to automatically remind and remind the user several times， when the user is not on time medication， GSM information feedback to the guardian again to remind the medication， the use of the system can effectively help users on time， ready to take medication and do not repeat medication.

Key words： embedded； medication reminder； intelligence； voice

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)健康的關(guān)注程度不斷提高，并且隨著社會(huì)老齡化程度的急劇加深，獨(dú)居和空巢老人越來(lái)越多，如何保證他們晚年健康的生活，成為了深受社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題[1]。另外，我國(guó)患有慢性疾病的人越來(lái)越多，慢性疾病愈加嚴(yán)重地威脅著國(guó)民的健康和生命，也給家庭和社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)擔(dān)。因而對(duì)慢性病患者的監(jiān)護(hù)也成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話題[1-2]。

人到垂暮之年，不僅容易生病，且記憶力逐漸衰退，因而常常發(fā)生老人忘記服藥、重復(fù)服藥，或者對(duì)藥劑量的不清楚誤服用藥的情況[3]。這樣不僅會(huì)造成嚴(yán)重的后果，還對(duì)于患有慢性病且長(zhǎng)期服藥的患者危害更大[3]。鑒于上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款按時(shí)提醒服藥和監(jiān)護(hù)人再次提醒服藥的智能藥盒。本設(shè)計(jì)具有語(yǔ)音輸入，自動(dòng)定時(shí)提醒及多次提醒，以及GSM信息反饋等功能，操作簡(jiǎn)單、成本低，設(shè)計(jì)人性化，適合各類(lèi)老年人人群以及工作繁忙的年輕人。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

首先通過(guò)Keil軟件進(jìn)行ARM程序的編寫(xiě)，再利用Protues軟件進(jìn)行仿真電路的設(shè)計(jì)，然后運(yùn)用Altium Designer繪制PCB板，最后完成實(shí)際電路的搭建以及系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具體框架如圖1所示。

綜合系統(tǒng)成本與性能以及控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。系統(tǒng)以嵌入式微控制器LPC2103為核心，其外圍電路各部分模塊的功能為電源模塊主要為系統(tǒng)提供工作電壓，以鍵盤(pán)或者紅外遙控作為時(shí)間設(shè)置模塊的輸入，預(yù)先設(shè)置每天的服藥時(shí)間，語(yǔ)音模塊和顯示模塊用于提醒按時(shí)服藥。在使用者未按時(shí)服藥時(shí)，通過(guò)GSM模塊給使用者的監(jiān)護(hù)人發(fā)送短信，使得監(jiān)護(hù)者再次提醒服藥。

2 服藥提醒設(shè)計(jì)原理

針對(duì)每天工作繁忙的年輕人，因?yàn)楣ぷ鲏毫吧顗毫Φ脑龃蠼?jīng)常忘記按時(shí)服藥；對(duì)獨(dú)自生活的老年人而言，因?yàn)橛洃浟Φ南陆刀?jīng)常忘記按時(shí)服藥和重復(fù)服藥，服藥提醒模塊則成為了解決上述問(wèn)題的一種有效裝置。

系統(tǒng)通過(guò)按鍵或者紅外遙控設(shè)置每天的服藥時(shí)間，當(dāng)時(shí)間達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的服藥時(shí)間，嵌入式微控制器LPC2103向顯示模塊及語(yǔ)音模塊輸出控制信號(hào)及語(yǔ)音信號(hào)控制其播放視頻及語(yǔ)音多次提醒按時(shí)服藥。系統(tǒng)所采用的藥盒內(nèi)嵌有干簧管和磁鐵，通過(guò)干簧管和磁鐵的吸附導(dǎo)通判斷藥盒是否打開(kāi)。若使用者打開(kāi)藥盒按時(shí)服藥，干簧管和磁鐵之間的距離加大，處于斷開(kāi)狀態(tài)，系統(tǒng)停止提醒服藥；若使用者因?yàn)橛洃浟Σ钔浺呀?jīng)服過(guò)藥而在短時(shí)間內(nèi)頻繁打開(kāi)藥盒服藥，主控制芯片LPC2103檢測(cè)到干簧管和磁鐵頻繁交替處于“斷開(kāi)、導(dǎo)通”狀態(tài)，控制顯示模塊及語(yǔ)音模塊提醒使用者不要重復(fù)服藥。

2.1 藥盒的設(shè)計(jì)原理

藥盒的設(shè)計(jì)采用常開(kāi)式干簧管繼電器，磁鐵吸附在盒蓋上，當(dāng)打開(kāi)藥盒時(shí)干簧管的觸點(diǎn)斷開(kāi)，當(dāng)關(guān)閉藥盒時(shí)干簧管的觸點(diǎn)吸合，以此來(lái)模擬按鍵的觸發(fā)。用戶頻繁服藥，不斷打開(kāi)藥盒就會(huì)給嵌入式微處理器一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，微處理器接收到信號(hào)后就會(huì)執(zhí)行程序。使用常開(kāi)型干簧管繼電器不僅體積小、重量輕、而且使得它們易于安裝且不顯眼。由于操作開(kāi)關(guān)體積很小，因而無(wú)需復(fù)雜的凸輪或曲柄，所以不會(huì)出現(xiàn)金屬疲勞現(xiàn)象，保證了幾乎無(wú)限的使用壽命。并且能夠安裝在有限的空間里，很適合用于微型設(shè)備。 磁簧開(kāi)關(guān)和合適的磁鐵價(jià)格便宜且容易獲取。干簧管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、速度高、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)。endprint

干簧管的工作原理：在無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)，玻璃管中的兩個(gè)簧片是分開(kāi)的，當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時(shí)，在磁場(chǎng)磁力線的作用下，管內(nèi)的兩個(gè)簧片被磁化而互相吸引接，使兩個(gè)引腳所接觸的電路連通，外磁力消失后，兩個(gè)由于本身的彈性而分開(kāi)，線路也就斷開(kāi)了[4]。因而形成一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：當(dāng)永久磁鐵靠近干簧管或者干簧管上的線圈通電使簧片磁化時(shí)，簧片的觸點(diǎn)會(huì)被磁力吸引，當(dāng)吸引力大于簧片的彈力時(shí)，常開(kāi)接點(diǎn)就會(huì)吸合；當(dāng)磁力減小到一定程度時(shí)，接點(diǎn)被簧片的彈力打開(kāi)[4]。

2.2 GSM模塊

GSM即全球通信系統(tǒng)，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，采用的是GSM的SMS技術(shù)。該模塊信息用AT指令進(jìn)行編程，目前，發(fā)送短信息常用Text和PDU模式[5]。利用Text模式收發(fā)短信，代碼簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但不能收發(fā)中文短信，而PDU（Protocol Data Unit）模式支持中英文短信的發(fā)送[5]。

本系統(tǒng)選用PDU模式，在此模式下，可以使用7位、8位和UCS2三種編碼來(lái)收發(fā)短信，利用7位編碼來(lái)發(fā)送ASCII字符，8位編碼來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)消息等，UCS2編碼來(lái)發(fā)送Unicode字符[5-6]。PDU串除了短信息內(nèi)容外，還包括許多其他信息，如編碼方式、目標(biāo)地址等，并且發(fā)送和接收的PDU串有差別[6]。該模塊的初始化指令如下：

（1） AT.收到“OK”，則表明模塊已經(jīng)正常通訊。

（2） AT+CSCA=+8613800290500.設(shè)置陜西省西安市為短信息服務(wù)中心。

（3） AT+CMGF=0.設(shè)置短信息格式為PDU模式。

（4） AT+CNMI=2，2，0，0，0.在串口數(shù)據(jù)線空閑時(shí)，有新消息主動(dòng)提示。

（5） AT+CLIP=1.設(shè)置來(lái)電自動(dòng)顯示。

2.3 LCD顯示

LCD顯示部分，采用的是128*64的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，具有4 位/8 位并行、2 線或3線串行多種接口方式。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面，既可以顯示8*4行16*16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示，具有低電壓、低功耗等特點(diǎn)。

3 服藥提醒軟件設(shè)計(jì)

服藥提醒軟件設(shè)計(jì)思路為系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置好每天服藥的3個(gè)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間達(dá)到服藥時(shí)間點(diǎn)，則顯示模塊及語(yǔ)音模塊多次提醒按時(shí)服藥。若使用者打開(kāi)相應(yīng)時(shí)間的藥盒子服藥，則顯示模塊及語(yǔ)音模塊不再提醒服藥；若使用者忘記已經(jīng)服過(guò)藥，再次打開(kāi)藥盒子服藥，則顯示模塊及語(yǔ)音模塊提醒使用者已經(jīng)服過(guò)藥，不要重復(fù)服藥；若使用者未按時(shí)服藥，則系統(tǒng)向使用者的監(jiān)護(hù)人員發(fā)送短信，進(jìn)行再次提醒服藥。服藥提醒程序流程圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析

在服藥提醒調(diào)試中，其硬件測(cè)試主要針對(duì)藥盒進(jìn)行測(cè)試，藥盒分為21個(gè)小盒子，總共可以存放每周七天，每天三次的服藥藥量。系統(tǒng)選用干簧管和永久性磁鐵安裝在每次服藥的小盒子內(nèi)部，當(dāng)使用者需要服藥，打開(kāi)相應(yīng)服藥時(shí)間的小盒子，則干簧管和小盒子內(nèi)部的永久性磁鐵處于斷開(kāi)狀態(tài)。由于永久性磁鐵之間的磁場(chǎng)會(huì)相互影響，故采用的解決辦法為增大每個(gè)磁鐵之間的距離，以便于減小磁場(chǎng)之間的相互作用，即每隔一天安裝一部分磁鐵及干簧管。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我國(guó)人口老齡化和亞健康人數(shù)遞增問(wèn)題的分析，隨之出現(xiàn)了空巢老人、獨(dú)居老人等社會(huì)問(wèn)題，同時(shí)分析了目前應(yīng)用市場(chǎng)的藥盒提醒裝置，為了滿足各種人群的需求，設(shè)計(jì)了該款智能服藥提醒裝置，實(shí)現(xiàn)了提前3min提醒并提醒三次，若提醒過(guò)程中按時(shí)服藥，則設(shè)備停止提醒；若3次提醒中重復(fù)服藥，則設(shè)備提醒不要重復(fù)服藥；若提醒結(jié)束后使用者仍未按時(shí)服藥，則發(fā)送短消息給監(jiān)護(hù)人員進(jìn)行再次提醒，使得按時(shí)服藥。該系統(tǒng)能夠有效地降低使用者忘記服藥、重復(fù)服藥以及服錯(cuò)藥的情況出現(xiàn)，將會(huì)極大的提高老人以及亞健康人群的健康服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)：

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