南華大學(xué) 方雨萌 唐女智 陳 浩 祝雯霞 李 鋼

如今，智能中藥柜還未得到廣泛的普及，市面上傳統(tǒng)的中藥柜仍需人工操作，智能化程度較低，而國(guó)外的智能中藥柜價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)過(guò)于昂貴。針對(duì)此現(xiàn)象，我們自主研發(fā)了一款基于STM32的全自動(dòng)智能中藥柜系統(tǒng)，能讀取患者就診卡內(nèi)的信息并轉(zhuǎn)化為機(jī)械信息，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制抓手自動(dòng)抓藥并將藥品倒入配藥機(jī)中，配藥機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配藥，配藥結(jié)束后將藥品輸入到打包機(jī)中進(jìn)行封裝，最后通過(guò)傳送帶將藥品送至患者手中，實(shí)現(xiàn)了配藥過(guò)程的自動(dòng)化、智能化。

引言：智能藥房技術(shù)是一種新型技術(shù)，它結(jié)合了物流管理，電子信息以及自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)，可以通過(guò)接入醫(yī)院的信息控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者處方、藥品的管理，完成配藥發(fā)藥任務(wù)，且配藥發(fā)藥任務(wù)可由智能藥房的控制系統(tǒng)自動(dòng)完成。從20世紀(jì)90年代至今，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家一直進(jìn)行著相關(guān)的研究，并成功設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多種自動(dòng)化藥房系統(tǒng)。本文根據(jù)其機(jī)械結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的范圍將其分為以下四類形式：

（1）機(jī)械手式智能藥房系統(tǒng)。

（2）槽式智能藥房技術(shù)。

（3）回轉(zhuǎn)柜式智能藥房系統(tǒng)。

（4）藥丸制劑類智能配藥藥房系統(tǒng)。

在這四種系統(tǒng)中，機(jī)械手式和回轉(zhuǎn)柜式智能藥房系統(tǒng)都對(duì)藥盒有一定的要求；智能槽式是通過(guò)將藥瓶彈出的方式進(jìn)行工作；而藥丸制劑類智能配藥藥房系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)就很完善，但是由于其價(jià)格過(guò)于昂貴，無(wú)法在國(guó)內(nèi)做到全面普及。

針對(duì)市場(chǎng)上已有的中藥房系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，我們自主研發(fā)了一款基于STM32的全自動(dòng)智能中藥柜系統(tǒng)，本產(chǎn)品適用于各大醫(yī)療單位。藥柜系統(tǒng)由四面中藥柜、智能機(jī)械抓手、配藥機(jī)、藥包封裝裝置及傳送帶四個(gè)部分組成。藥柜系統(tǒng)刷卡機(jī)在識(shí)別病人的就診卡后將對(duì)應(yīng)的處方信息傳給PC端，PC端經(jīng)過(guò)處理后將信息傳給單片機(jī)，單片機(jī)控制智能抓手精準(zhǔn)抓取藥瓶并將藥瓶放入配藥機(jī)，配藥機(jī)由單片機(jī)控制，自動(dòng)配好病人所需的中藥。最后配好的中藥經(jīng)藥包封裝裝置進(jìn)行打包貼上處方信息并通過(guò)傳送帶傳到取藥窗口，病人自取即可。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要由6個(gè)模塊組成，分別是就診卡刷卡機(jī)、主控計(jì)算機(jī)PC、STM32單片機(jī)、取藥放藥系統(tǒng)、打印機(jī)及液晶顯示屏。

系統(tǒng)的工作流程為當(dāng)患者刷完就診卡后，計(jì)算機(jī)PC端顯示處方單信息，并更新藥瓶剩余藥量，主控計(jì)算機(jī)的輸出端液晶顯示屏顯示配藥進(jìn)度，單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙模塊讀取主控計(jì)算機(jī)內(nèi)處方單的藥品名稱、計(jì)量單位、份量及藥瓶所在位置信息，形成啟動(dòng)指令，然后驅(qū)動(dòng)機(jī)械抓手完成取藥、配藥、封裝，最后經(jīng)傳送帶到達(dá)取藥窗口。如果配藥任務(wù)成功完成，主控計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)位于取藥窗口相聯(lián)的打印機(jī)輸出患者藥方的信息條。

1.2 硬件設(shè)計(jì)方案

1.2.1 芯片選擇

我們系統(tǒng)是采用的STM32F103ZET6單片機(jī)。這是個(gè)低功耗的單片機(jī)，這個(gè)單片機(jī)具有512KB的可編程FLASH程序存儲(chǔ)器，使用的是ARM Cortex-M3處理芯片。

1.2.2 機(jī)械部分

（1）藥柜結(jié)構(gòu)

本藥柜采用四面封閉結(jié)構(gòu)，其規(guī)模大小為16×16×4，可以存放1024味中藥顆粒。

（2）抓手部分

抓手部分采用STM32F103ZET6單片機(jī)進(jìn)行智能控制，當(dāng)用戶從刷卡端進(jìn)行刷卡操作時(shí)，單片機(jī)收到指令，控制電機(jī)帶動(dòng)抓手到達(dá)藥瓶處，舵機(jī)控制抓手從四面中藥柜取出藥瓶并送入配藥機(jī)。圖1所示為抓手進(jìn)行取藥的示意圖。

配藥機(jī)驅(qū)動(dòng)部分全程靠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿，與滾珠絲桿相連接的裝置隨之運(yùn)動(dòng)。抓手部分由一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)180°的舵機(jī)帶動(dòng)抓手旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吧抓取的瓶口朝下的動(dòng)作。全程有電力驅(qū)動(dòng)，控制精度高，抓藥取藥不會(huì)出錯(cuò)，減輕了人工抓取藥物的工作量。

圖1 抓手取藥示意圖

（3）配藥機(jī)部分

配藥機(jī)整體被四面藥柜包圍，位于機(jī)械抓手框架底部，封裝機(jī)頂部。抓手抓取藥瓶放入配藥孔，利用藥瓶的三層瓶蓋設(shè)計(jì)漏下所需該種藥量的總克數(shù)，電機(jī)帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)（葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)而底盤不動(dòng)）使配方顆粒均勻的分布在圓盤的每個(gè)隔間。此時(shí)每一隔間的藥量即為該種藥量的每餐克數(shù)。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置時(shí)，位于出藥口隔間的顆粒通過(guò)出藥口下落至混合箱。每一餐的顆粒在混合箱中混合后進(jìn)入封裝機(jī)入口進(jìn)行封裝。

在配藥的同時(shí)，機(jī)械抓手進(jìn)行抓取下一味藥物，這樣縮短配藥時(shí)間，提高了效率。當(dāng)病人所需的全部藥物稱重完畢之后，按照一餐的劑量進(jìn)行打包稱重，從而保證藥物的配量，目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的配藥機(jī)還未有相應(yīng)功能。

（4）封裝機(jī)部分

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)藥機(jī)系統(tǒng)在取藥的全過(guò)程中藥品無(wú)污染，在取藥的最后一個(gè)環(huán)節(jié)我們采取了市面上已有的自動(dòng)封裝機(jī)技術(shù)。自動(dòng)封裝機(jī)采用熱壓膜封裝技術(shù)對(duì)混合箱出藥口的每劑藥進(jìn)行封裝，封裝機(jī)裝置的主要組成部件有：加熱器、切口器、下壓運(yùn)動(dòng)裝置及收帶運(yùn)行裝置。加熱器采用交流加熱電阻，加熱體為純銅塊，熱傳導(dǎo)快，效率高。加熱器受溫控儀控制，溫控儀控制封裝溫度。切口器刀頭采用純進(jìn)口刀片制作，切口快捷均勻。下壓運(yùn)動(dòng)裝置機(jī)械采用凸輪結(jié)構(gòu)，并利用彈簧將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。收帶運(yùn)行裝置將封裝帶固定，提高封裝效率的同時(shí)，方便廢帶回收。

封裝機(jī)主要負(fù)責(zé)混合箱出藥口的每劑藥的封裝。封裝過(guò)程自動(dòng)化，故障率低。且封裝膜采用符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的食物封裝膜，成本低廉，換裝方便。

1.2.3 軟件部分

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種顯示屏，即計(jì)算機(jī)內(nèi)部液晶屏和輸出顯示屏。內(nèi)部液晶屏供管理人員查看各藥瓶余量及歷史處方單信息。歷史處方單信息如圖2所示，處方單詳細(xì)信息如圖3所示，藥量顯示界面如圖4所示。輸出顯示屏供患者查看當(dāng)前的配藥進(jìn)度。輸出顯示屏界面如圖5所示。

圖2 歷史處方單列表

圖3 歷史處方單詳細(xì)信息

圖4 藥量信息

圖5 輸出液晶屏顯示端界面

2 實(shí)物調(diào)試結(jié)果

2.1 硬件部分

在完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了小型九宮格模型來(lái)模擬中藥柜取藥的工作過(guò)程。在模擬中，患者通過(guò)刷卡進(jìn)行取藥的步驟我們采取電腦輸入相應(yīng)的藥物進(jìn)行代替。當(dāng)我們?cè)陔娔X系統(tǒng)界面內(nèi)輸入所需的藥物名稱后，單片機(jī)會(huì)將該藥物信息對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)內(nèi)部相應(yīng)的位置信息，從而控制絲桿帶動(dòng)扎手到達(dá)相應(yīng)的位置，完成取藥過(guò)程。

2.2 軟件部分

通過(guò)自主研發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真與調(diào)試。

（1）歷史處方單

首先，在系統(tǒng)內(nèi)輸入患者的處方單。為保證不同的醫(yī)生在診斷患者時(shí)可以參考患者的全部處方單信息，醫(yī)生可在不同電腦上登錄系統(tǒng)進(jìn)行查看。如圖2所示，在系統(tǒng)中，可以看到相同患者的不同時(shí)間的處方單信息，也可看到不同患者的處方單信息。圖3所示的為相應(yīng)的處方單信息的詳細(xì)內(nèi)容。

（2）藥量信息模擬

為了方便工作人員查看并補(bǔ)充藥物的數(shù)量，保證藥柜中藥物充足，在內(nèi)部液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示藥量信息，當(dāng)某藥瓶的藥量低于臨界值時(shí)，該藥品所在的方格就會(huì)變紅，提示工作人員進(jìn)行加藥如圖4所示。在實(shí)際的測(cè)試中，我們對(duì)各種藥物的藥量顯示都進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為所有的藥物信息顯示都無(wú)問(wèn)題，且到達(dá)臨界值時(shí)都會(huì)邊紅紅。

（3）輸出液晶屏顯示端界面

此過(guò)程模擬的是當(dāng)單片機(jī)開始工作后的，外部顯示屏的顯示情況。我們自行輸入相應(yīng)的單條處方單信息，進(jìn)行模擬醫(yī)生對(duì)患者開設(shè)處方單；患者可以在外部液晶顯示屏觀看到自己的配藥進(jìn)度，界面如圖5所示。

結(jié)束語(yǔ)：本文針對(duì)傳統(tǒng)中藥配藥方式的缺陷，設(shè)計(jì)了一款新型針對(duì)中藥配方顆粒的智能中藥柜。通過(guò)介紹其結(jié)構(gòu)、分析工作流程、實(shí)物調(diào)試等，成功實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的配藥功能，提高了中藥柜的自動(dòng)化與智能化，為推動(dòng)社會(huì)走向智能化做出我們的貢獻(xiàn)。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，本產(chǎn)品極具創(chuàng)新性和實(shí)用性，有很大的市場(chǎng)空間。