宋承翰，劉博，劉斌，李瑞芳
?。ㄎ錆h理工大學(xué) 信息工程學(xué)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(xiàn)。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì),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(fā)現(xiàn)了諸多用藥問題，如不按時(shí)吃藥、吃錯(cuò)藥等。設(shè)計(jì)了一款智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)，系統(tǒng)包括儲(chǔ)藥模塊、觸摸顯示屏、語音播報(bào)模塊、藍(lán)牙手環(huán)、一鍵應(yīng)急模塊。系統(tǒng)具有協(xié)助病人按時(shí)用藥、正確用藥的功能，系統(tǒng)功能實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有很大實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能醫(yī)藥箱；語音播報(bào)；藍(lán)牙手環(huán)
0引言
隨著人們生活節(jié)奏的加快，生活壓力增大，生活習(xí)慣越來越不健康，高血壓、糖尿病、骨質(zhì)疏松等慢性病越來越多，大部分人的身體處于亞健康狀態(tài)。經(jīng)過在學(xué)校周圍實(shí)地調(diào)查，統(tǒng)計(jì)出大約40%的人需要長期服用某種藥物或者幾種藥物。同時(shí)，由于生活節(jié)奏加快，工作繁忙，導(dǎo)致人們?nèi)狈ψ銐虻木蜁r(shí)間來關(guān)心自己的身體，忘記吃藥、吃錯(cuò)藥的現(xiàn)象屢見不鮮，這就更加導(dǎo)致了人們身體狀況的惡化。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該問題集中體現(xiàn)于以下幾點(diǎn)：（1）多數(shù)病人，尤其是老年人，患有多種疾病，平時(shí)藥物種類繁多，各類藥物的服用時(shí)間多有錯(cuò)開，加上工作繁忙，記憶力衰退等因素，經(jīng)常出現(xiàn)未按時(shí)服藥，在錯(cuò)誤時(shí)間服藥，服用藥物的種類、劑量出現(xiàn)差錯(cuò)等問題；（2）許多家庭在藥品存放上不重視，產(chǎn)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(xiàn)身體不適，重則發(fā)生醫(yī)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(shè)備，與子女聯(lián)系不便，當(dāng)藥品用完時(shí)，得不到及時(shí)的補(bǔ)充，當(dāng)身體出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，亦不能及時(shí)呼救，錯(cuò)過最佳搶救時(shí)間。
為解決以上問題，本文研制了一款集成了藥物信息儲(chǔ)存、定時(shí)提醒、語音播報(bào)、緊急呼救等功能的智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)，對(duì)于解決病人用藥問題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)力求人性化的操作體驗(yàn)，以期達(dá)到如下效果：大屏幕的觸摸輸入和顯示，簡(jiǎn)單實(shí)用的圖形界面，良好的藥物存放環(huán)境，可靠的定時(shí)提醒、語音播報(bào)、一鍵呼救等。
系統(tǒng)在各模塊功能設(shè)計(jì)上做了如下規(guī)劃：
（1）系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上分為兩個(gè)主要部分：醫(yī)藥箱主體［13］（以下簡(jiǎn)稱其為主機(jī)）和配套藍(lán)牙手環(huán)［45］（以下簡(jiǎn)稱其為從機(jī)）。
?。?）主機(jī)與從機(jī)可采用一對(duì)多的配對(duì)方式，方便多人使用。
?。?）主機(jī)具備的功能有：適宜的藥物存儲(chǔ)環(huán)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(shí)間等）存儲(chǔ)；定時(shí)語音播報(bào)；藍(lán)牙控制手環(huán)等。
（4）從機(jī)具備的功能有：在近距離范圍內(nèi)（規(guī)定為18 m）穩(wěn)定接收主機(jī)發(fā)來的用藥信息，并對(duì)用戶進(jìn)行多次提醒，確保準(zhǔn)時(shí)用藥；一鍵呼救。
系統(tǒng)引導(dǎo)用戶在觸摸屏上輸入用藥信息，并自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，內(nèi)置的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊與輸入的用藥時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)置的用藥時(shí)間時(shí)，向用戶佩戴的藍(lán)牙手環(huán)發(fā)送指令，手環(huán)振動(dòng)，提示吃藥，用戶在按下藥箱上對(duì)應(yīng)的“停止提醒”按鍵后，主機(jī)停止向手環(huán)發(fā)送提醒信息，并語音播報(bào)該時(shí)間點(diǎn)該服用的藥物信息，用戶根據(jù)語音信息拿取相應(yīng)的藥物。另外，為應(yīng)對(duì)緊急情況，本系統(tǒng)還加入了一鍵呼救模塊，按下緊急呼救鍵時(shí)會(huì)向指定的監(jiān)護(hù)人號(hào)碼發(fā)送呼救信息，爭(zhēng)取寶貴的搶救治療時(shí)間。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)及算法
2.1顯示界面的設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)人性化的操作體驗(yàn)，對(duì)觸摸屏的顯示界面作了如下規(guī)劃：主菜單界面可以選擇添加藥物信息、查看藥物信息、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間、查看鬧鐘信息、綁定手機(jī)號(hào)碼5個(gè)主要的功能選項(xiàng)虛擬鍵，通過點(diǎn)擊相應(yīng)虛擬鍵可以進(jìn)入相應(yīng)的界面進(jìn)行各項(xiàng)操作；主菜單界面可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)時(shí)間和預(yù)執(zhí)行鬧鐘時(shí)間（即下次服藥時(shí)間）；添加藥物信息界面用來實(shí)現(xiàn)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(shè)置系統(tǒng)時(shí)間界面用來初始化或校正系統(tǒng)時(shí)間；查看鬧鐘信息以方便用戶查詢所有服藥的時(shí)間和種類；綁定手機(jī)號(hào)碼界面可以用來輸入監(jiān)護(hù)人的手機(jī)號(hào)碼。顯示界面規(guī)劃圖如圖2所示。
2.2定時(shí)提醒策略
實(shí)際情況中，考慮到各種藥物設(shè)置的服藥時(shí)間次數(shù)不同，有些藥物未設(shè)置服藥時(shí)間以及不同藥物設(shè)置的某次服藥時(shí)間相同，在定時(shí)提醒時(shí)容易造成提示的時(shí)間混亂。為很好地解決以上問題，本文構(gòu)思了一種定時(shí)提醒策略。
?。?）初始化。定義n組鬧鐘變量，每組變量由小時(shí)變量和分鐘變量組成，初始值均為零，每組鬧鐘還對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)著該時(shí)間對(duì)應(yīng)的藥物信息，此處不予給出。鬧鐘變量結(jié)構(gòu)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(shí)變量，Mi為該組鬧鐘變量中的分鐘變量。
（2）數(shù)據(jù)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(shí)間賦值給對(duì)應(yīng)的小時(shí)變量Hi和分鐘變量Mi，未賦值的變量仍為初始值零?？紤]到小時(shí)變量和分鐘變量值均為0時(shí)，對(duì)應(yīng)著時(shí)間為凌晨零點(diǎn)，此時(shí)人體應(yīng)處于休息階段，不會(huì)在該時(shí)段服藥，當(dāng)鬧鐘在該處響應(yīng)時(shí)，不作任何事件處理。
（3）數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)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(shí)變量，M′i為該組鬧鐘變量中的分鐘變量。
?。?）得出預(yù)執(zhí)行鬧鐘值。將RTC實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)間與各組排序后的鬧鐘變量比較，即可得到即將要執(zhí)行的鬧鐘時(shí)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(tǒng)時(shí)間，Ch為其小時(shí)值，Ci為其分鐘值，則A′j為即將要執(zhí)行的鬧鐘值。觸發(fā)鬧鐘后再次重復(fù)以上步驟，可得下一組要執(zhí)行的鬧鐘值。
例如，取n=3（此處為簡(jiǎn)化說明），只輸入2組鬧鐘值，分別為8:00和17:30，則此時(shí)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(dāng)系統(tǒng)時(shí)間為7：00，即C=（7，0）時(shí)，預(yù)執(zhí)行鬧鐘為A′1=（8，0），即將要服藥的時(shí)間為8:00。
3系統(tǒng)模型及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
基于以上設(shè)計(jì)思想，本文研制了一種智能醫(yī)藥箱的系統(tǒng)模型，主機(jī)和手環(huán)均采用STM32芯片；主機(jī)設(shè)置4個(gè)藥盒，最多可同時(shí)存儲(chǔ)4種藥物信息；采用語音模塊進(jìn)行語音播報(bào)［67］；采用SIM900A無線通信模塊與手機(jī)通信；主機(jī)和手環(huán)采用HC05藍(lán)牙模塊通信［89］；設(shè)計(jì)一鍵呼救模塊［10］。本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)的功能。
3.1主機(jī)與手環(huán)的藍(lán)牙通信穩(wěn)定性以及通信質(zhì)量
把主機(jī)和手環(huán)放置于不同距離的位置上，測(cè)試其在各距離處能否接收到信息、接收延遲時(shí)間和斷電重啟配對(duì)時(shí)間。測(cè)試結(jié)果見表1。
3.2一鍵呼救模塊的通信穩(wěn)定性
按下手環(huán)上的急救鍵，測(cè)試手環(huán)在離主機(jī)不同距離的地方系統(tǒng)的反應(yīng)度和穩(wěn)定性。測(cè)試結(jié)果見表2。
結(jié)果分析：急救功能在藍(lán)牙手環(huán)通信范圍內(nèi)，穩(wěn)定工作，反應(yīng)迅速。
結(jié)果分析：主機(jī)與手環(huán)之間采用藍(lán)牙通信，在20 m的距離內(nèi)通信效果較好，能滿足家用范圍的工作要求。
4結(jié)論
本文針對(duì)病人按時(shí)用藥、正確用藥的問題提出了一種智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，系統(tǒng)采用嵌入式開發(fā)技術(shù)，較好地實(shí)現(xiàn)了智能醫(yī)藥箱的各個(gè)功能，增強(qiáng)了人機(jī)交互能力，提高在應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況的處理能力。未來，將針對(duì)如何提升藥物儲(chǔ)藏環(huán)境以及開發(fā)藥物自動(dòng)記憶等功能作進(jìn)一步研究。
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