藏家松 馬譽(yù)航 王晨哲 吳宇帆 姚毅超 李昕杰

（西安科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，陜西 西安710000）

1 項(xiàng)目背景

隨著人口老齡化和慢性病患病率的上升，越來(lái)越多的中老年人需要進(jìn)行長(zhǎng)期服藥。由于自己的子女、親人不在身邊，無(wú)法提供良好的看護(hù)，導(dǎo)致很多老人在服藥的過(guò)程中常常出現(xiàn)錯(cuò)服、漏服的現(xiàn)象，對(duì)病情的控制和治療帶來(lái)了阻礙。

智能藥箱是最近幾年才興起的新型產(chǎn)品，智能藥箱的發(fā)展，側(cè)面的體現(xiàn)了全球開(kāi)始重視老人的健康問(wèn)題，未來(lái)的開(kāi)發(fā)空間不可估量。研究人員通過(guò)家用藥箱受到啟發(fā)，并結(jié)合老人用藥中出現(xiàn)的一些典型問(wèn)題而進(jìn)行研發(fā)，但是實(shí)際上，智能藥箱的發(fā)展并不像當(dāng)時(shí)預(yù)期的那樣順利。市面上的那些所謂“智能藥箱”，都需要用戶(hù)手動(dòng)分藥，在功能上無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。

本產(chǎn)品在于提供一種可自動(dòng)分藥的模塊化智能藥箱，使之具備定量取藥、按時(shí)提醒病人服藥、可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行拆裝組合的功能，同時(shí)，取藥量能夠由用戶(hù)自己設(shè)定、調(diào)整，外殼需要為遮光、可密封材料、滿(mǎn)足安全要求、可被清洗。

2 智能醫(yī)藥箱的主要功能

自動(dòng)分藥功能，可以按照設(shè)定按時(shí)按量出藥，使用按鍵控制各模塊出藥次數(shù)、出藥時(shí)間和出藥量；自動(dòng)檢測(cè)功能，可檢測(cè)出藥模塊是否按照設(shè)數(shù)量定給出藥物；維穩(wěn)功能，出藥機(jī)構(gòu)采用防堵塞機(jī)構(gòu)，保證整個(gè)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行；提醒功能，在出藥的同時(shí)顯示工作狀態(tài)并提醒病人服藥，當(dāng)病人未在一定時(shí)間內(nèi)取走藥盒，藥箱會(huì)再次進(jìn)行提醒；異常通知功能，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（如超出規(guī)定時(shí)間仍未取走藥盒），會(huì)主動(dòng)以短信息形式告知親屬。

3 智能醫(yī)藥箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 智能藥箱設(shè)計(jì)概況

圖1 為家庭智能醫(yī)藥箱設(shè)計(jì)示意圖，產(chǎn)品各個(gè)構(gòu)件連接緊密、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、方便使用。藥箱主體由底座和模塊式藥盒通過(guò)磁吸連接，為更好的滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，產(chǎn)品設(shè)置了藥片膠囊，顆粒模塊可供用戶(hù)根據(jù)個(gè)人情況選擇。藥箱底座主要為放置藥盒設(shè)計(jì)，可通過(guò)觸點(diǎn)式接頭供電，同時(shí)設(shè)置了出藥通道和取藥盒，到達(dá)指定時(shí)間后藥盒給出的藥物經(jīng)由出藥通道掉入取藥盒中完成出藥的功能。

圖1 家庭智能醫(yī)藥箱外觀示意圖

3.2 模塊式的藥盒組成

圖2 為模塊式藥盒的設(shè)計(jì)示意圖，藥盒分為膠囊藥物藥盒，片狀藥物藥盒，袋裝顆粒藥物藥盒，用戶(hù)可根據(jù)自身情況進(jìn)行藥盒種類(lèi)的選擇；藥盒底部嵌有磁鐵與藥箱底座連接限位，并通過(guò)觸點(diǎn)式接頭對(duì)藥盒進(jìn)行供電，使藥盒的拆裝更為便捷，模塊化程度更高。

圖2 藥物模塊背部設(shè)計(jì)示意圖

圖3 藥物模塊正面結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 取藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 為模塊藥盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，藥盒內(nèi)部采用漏斗結(jié)構(gòu)藥倉(cāng)存放藥物，漏斗口處設(shè)置了凸輪可保證一次只攜帶一粒藥物，即利用凸輪回程角帶出藥物，在凸輪推程時(shí)封堵漏斗口，在防止不正常出藥的同時(shí)起到密封藥物的作用，在漏斗折彎處設(shè)置了可上下移動(dòng)的滑塊，通過(guò)凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑塊的滑動(dòng)，以此避免藥物全部堆積在漏斗口處影響設(shè)備的正常出藥。出一粒藥物通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)將其帶出藥盒，藥物離開(kāi)藥盒后進(jìn)入底座的出藥通道的斜坡中，利用重力加速度使藥物滾進(jìn)接藥盒中。

4 智能醫(yī)藥箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：

圖4 為智能藥箱架構(gòu)圖，圖5 為程序流程圖，所述智能藥箱采用按鍵方式進(jìn)行控制，使用光電門(mén)作為反饋元件，檢測(cè)相應(yīng)位置的藥物是否按量給出，以Arduino Mega 2560 單片機(jī)作為主控元件控制舵機(jī)、OLED 屏幕、數(shù)碼管、LED 燈、揚(yáng)聲器等元件工作，整個(gè)藥箱使用18650 可充電電池并聯(lián)供能如圖6。

所述藥箱的按鍵、OLED 屏幕、LED 燈數(shù)目管、揚(yáng)聲器等元件位于其正面，充電口位于背部正下方。單片機(jī)、電池等位于藥箱底部夾層中，與藥箱內(nèi)部完全隔開(kāi)。四個(gè)模塊，均布于藥箱內(nèi)部?jī)蓚?cè)，各模塊出藥口在其下部靠近藥箱中心一側(cè)，當(dāng)藥物從出藥口出來(lái)后，落至中間藥盒中，出藥完畢后，LED 燈同時(shí)脈動(dòng)閃爍，揚(yáng)聲器播放語(yǔ)音提示，提醒患者服藥。在藥盒側(cè)方設(shè)有一個(gè)光電門(mén)，若出藥完成一段時(shí)間后，藥盒未被取出，則每間隔5-10s 再次提醒患者服藥，當(dāng)提醒時(shí)長(zhǎng)達(dá)到一定時(shí)間（可設(shè)定）后，藥盒仍未被取出，則向預(yù)定手機(jī)發(fā)送短信息提醒其家人，即發(fā)生異常情況時(shí)可通知家人進(jìn)行救助。

圖4 智能藥箱架構(gòu)圖

圖5 程序流程圖

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是模塊化與自動(dòng)分藥的結(jié)合，使得用戶(hù)可以根據(jù)自身需求選擇藥盒模塊。使用時(shí)，只需通過(guò)按鍵選擇所需藥品的數(shù)量并設(shè)定時(shí)間，藥品便可在設(shè)定的時(shí)間里按照需求量給出。同時(shí)，設(shè)置鬧鈴及短信方式對(duì)老人進(jìn)行提醒，后期我們會(huì)在人機(jī)交互方面加以改進(jìn)，給用戶(hù)更舒適的使用體驗(yàn),讓藥箱更貼近生活。

通過(guò)智能化的管理監(jiān)督老人吃藥，盡可能避免老人由于忘記吃藥而產(chǎn)生的健康問(wèn)題。這種愿望將會(huì)促使智能藥箱往更安全、更人性化、更便利的方向發(fā)展，促使老年人的晚年生活更加健康。

圖6 屏幕顯示內(nèi)容示意圖

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)勁發(fā)展、醫(yī)療電子市場(chǎng)穩(wěn)步向前、醫(yī)療技術(shù)與高科技不斷深入結(jié)合的大背景下，大量先進(jìn)的醫(yī)用電子產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐，從而推動(dòng)中國(guó)醫(yī)療電子市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng)。從市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，基礎(chǔ)醫(yī)療市場(chǎng)將成為未來(lái)醫(yī)療電子廠商爭(zhēng)奪的重點(diǎn)，智能藥箱作為一款輔助病人服藥的“助手”，其市場(chǎng)前景十分廣闊。