南华大学 方雨萌 唐女智 陈 浩 祝雯霞 李 钢

如今，智能中药柜还未得到广泛的普及，市面上传统的中药柜仍需人工操作，智能化程度较低，而国外的智能中药柜价格相对来说过于昂贵。针对此现象，我们自主研发了一款基于STM32的全自动智能中药柜系统，能读取患者就诊卡内的信息并转化为机械信息，实现单片机控制抓手自动抓药并将药品倒入配药机中，配药机实现自动配药，配药结束后将药品输入到打包机中进行封装，最后通过传送带将药品送至患者手中，实现了配药过程的自动化、智能化。

引言：智能药房技术是一种新型技术，它结合了物流管理，电子信息以及自动化设备技术，可以通过接入医院的信息控制管理系统，实现对患者处方、药品的管理，完成配药发药任务，且配药发药任务可由智能药房的控制系统自动完成。从20世纪90年代至今，欧美等发达国家一直进行着相关的研究，并成功设计实现了多种自动化药房系统。本文根据其机械结构和应用的范围将其分为以下四类形式：

（1）机械手式智能药房系统。

（2）槽式智能药房技术。

（3）回转柜式智能药房系统。

（4）药丸制剂类智能配药药房系统。

在这四种系统中，机械手式和回转柜式智能药房系统都对药盒有一定的要求；智能槽式是通过将药瓶弹出的方式进行工作；而药丸制剂类智能配药药房系统相对来说就很完善，但是由于其价格过于昂贵，无法在国内做到全面普及。

针对市场上已有的中药房系统所存在的问题，我们自主研发了一款基于STM32的全自动智能中药柜系统，本产品适用于各大医疗单位。药柜系统由四面中药柜、智能机械抓手、配药机、药包封装装置及传送带四个部分组成。药柜系统刷卡机在识别病人的就诊卡后将对应的处方信息传给PC端，PC端经过处理后将信息传给单片机，单片机控制智能抓手精准抓取药瓶并将药瓶放入配药机，配药机由单片机控制，自动配好病人所需的中药。最后配好的中药经药包封装装置进行打包贴上处方信息并通过传送带传到取药窗口，病人自取即可。

1 系统设计

1.1 系统设计方案

本系统主要由6个模块组成，分别是就诊卡刷卡机、主控计算机PC、STM32单片机、取药放药系统、打印机及液晶显示屏。

系统的工作流程为当患者刷完就诊卡后，计算机PC端显示处方单信息，并更新药瓶剩余药量，主控计算机的输出端液晶显示屏显示配药进度，单片机通过蓝牙模块读取主控计算机内处方单的药品名称、计量单位、份量及药瓶所在位置信息，形成启动指令，然后驱动机械抓手完成取药、配药、封装，最后经传送带到达取药窗口。如果配药任务成功完成，主控计算机驱动位于取药窗口相联的打印机输出患者药方的信息条。

1.2 硬件设计方案

1.2.1 芯片选择

我们系统是采用的STM32F103ZET6单片机。这是个低功耗的单片机，这个单片机具有512KB的可编程FLASH程序存储器，使用的是ARM Cortex-M3处理芯片。

1.2.2 机械部分

（1）药柜结构

本药柜采用四面封闭结构，其规模大小为16×16×4，可以存放1024味中药颗粒。

（2）抓手部分

抓手部分采用STM32F103ZET6单片机进行智能控制，当用户从刷卡端进行刷卡操作时，单片机收到指令，控制电机带动抓手到达药瓶处，舵机控制抓手从四面中药柜取出药瓶并送入配药机。图1所示为抓手进行取药的示意图。

配药机驱动部分全程靠步进电机驱动，通过电机带动滚珠丝杆，与滚珠丝杆相连接的装置随之运动。抓手部分由一个可以旋转180°的舵机带动抓手旋转，实现吧抓取的瓶口朝下的动作。全程有电力驱动，控制精度高，抓药取药不会出错，减轻了人工抓取药物的工作量。

图1 抓手取药示意图

（3）配药机部分

配药机整体被四面药柜包围，位于机械抓手框架底部，封装机顶部。抓手抓取药瓶放入配药孔，利用药瓶的三层瓶盖设计漏下所需该种药量的总克数，电机带动轴旋转（叶轮转动而底盘不动）使配方颗粒均匀的分布在圆盘的每个隔间。此时每一隔间的药量即为该种药量的每餐克数。当叶轮旋转到相应位置时，位于出药口隔间的颗粒通过出药口下落至混合箱。每一餐的颗粒在混合箱中混合后进入封装机入口进行封装。

在配药的同时，机械抓手进行抓取下一味药物，这样缩短配药时间，提高了效率。当病人所需的全部药物称重完毕之后，按照一餐的剂量进行打包称重，从而保证药物的配量，目前市场上现有的配药机还未有相应功能。

（4）封装机部分

为了实现发药机系统在取药的全过程中药品无污染，在取药的最后一个环节我们采取了市面上已有的自动封装机技术。自动封装机采用热压膜封装技术对混合箱出药口的每剂药进行封装，封装机装置的主要组成部件有：加热器、切口器、下压运动装置及收带运行装置。加热器采用交流加热电阻，加热体为纯铜块，热传导快，效率高。加热器受温控仪控制，温控仪控制封装温度。切口器刀头采用纯进口刀片制作，切口快捷均匀。下压运动装置机械采用凸轮结构，并利用弹簧将旋转运动转化为直线运动。收带运行装置将封装带固定，提高封装效率的同时，方便废带回收。

封装机主要负责混合箱出药口的每剂药的封装。封装过程自动化，故障率低。且封装膜采用符合国家卫生标准的食物封装膜，成本低廉，换装方便。

1.2.3 软件部分

本系统设计了两种显示屏，即计算机内部液晶屏和输出显示屏。内部液晶屏供管理人员查看各药瓶余量及历史处方单信息。历史处方单信息如图2所示，处方单详细信息如图3所示，药量显示界面如图4所示。输出显示屏供患者查看当前的配药进度。输出显示屏界面如图5所示。

图2 历史处方单列表

图3 历史处方单详细信息

图4 药量信息

图5 输出液晶屏显示端界面

2 实物调试结果

2.1 硬件部分

在完成整个系统的设计之后，我们团队设计了小型九宫格模型来模拟中药柜取药的工作过程。在模拟中，患者通过刷卡进行取药的步骤我们采取电脑输入相应的药物进行代替。当我们在电脑系统界面内输入所需的药物名称后，单片机会将该药物信息对应于系统内部相应的位置信息，从而控制丝杆带动扎手到达相应的位置，完成取药过程。

2.2 软件部分

通过自主研发的系统进行仿真与调试。

（1）历史处方单

首先，在系统内输入患者的处方单。为保证不同的医生在诊断患者时可以参考患者的全部处方单信息，医生可在不同电脑上登录系统进行查看。如图2所示，在系统中，可以看到相同患者的不同时间的处方单信息，也可看到不同患者的处方单信息。图3所示的为相应的处方单信息的详细内容。

（2）药量信息模拟

为了方便工作人员查看并补充药物的数量，保证药柜中药物充足，在内部液晶显示屏上实时显示药量信息，当某药瓶的药量低于临界值时，该药品所在的方格就会变红，提示工作人员进行加药如图4所示。在实际的测试中，我们对各种药物的药量显示都进行了测试，测试结果为所有的药物信息显示都无问题，且到达临界值时都会边红红。

（3）输出液晶屏显示端界面

此过程模拟的是当单片机开始工作后的，外部显示屏的显示情况。我们自行输入相应的单条处方单信息，进行模拟医生对患者开设处方单；患者可以在外部液晶显示屏观看到自己的配药进度，界面如图5所示。

结束语：本文针对传统中药配药方式的缺陷，设计了一款新型针对中药配方颗粒的智能中药柜。通过介绍其结构、分析工作流程、实物调试等，成功实现了全自动的配药功能，提高了中药柜的自动化与智能化，为推动社会走向智能化做出我们的贡献。通过市场调研发现，本产品极具创新性和实用性，有很大的市场空间。