张娜 张浩琨（通讯作者） 刘明凯

1. 山东理工大学 计算机科学与技术学院 山东 淄博 255000；2. 山东理工大学 机械设计制造及自动化学院 山东 淄博 255000

引言

在如今的医疗设备日益完善的生活中，家用药箱的普及率比较高，然而人们对家庭药箱的管理，依然是存在诸多的问题。在现有的市场中，药箱产业进行了一代代地更新升级，但是并不能从根本上解决安全用药的问题。若能将物联网技术、智能制造、医疗安全以及深度学习四者结合起来，必将形成全新的商业模式。基于云监控的智能药箱系统可以实现的功能有：a.在规定的时间点提醒吃药b.显示食用药片的用量和剩余量c.对药片的添加d.各种药品的说明书e.对药箱内的温湿度进行检测等等。

1 产品设计简介

系统是基于NB-IoT的智能医药管家，用GMS模块及ESP8266串口Wi-Fi模块为整个系统提供了网络，保证系统通信正常，完成云服务器与下位机之间的信息互通。app为用户的直接使用提供便利，首先打开app中的用药设置，进行对用药时间、药品名称、用药量等的设置，设置完毕后，可以发现时间到了以后，系统显示屏上会发送用药提醒，对应的用药仓会闪灯以引导用药者服药，服药后，可以看到app中的药量减少，提示消失。若一分钟内无服药信息，系统会把用药提醒通过GSM模块发送到用药者的手机中并解除报警。同时为了方便药物储存，在药箱中添加了降温和通风功能，可以根据药箱内的温湿度进行相应的调整。另外药箱中还有温度、心跳检测功能，同时在显示屏上显示[1]。

2 系统硬件设计

2.1 主控制器

系统微控制芯片选用STM32芯片，原因如下：STM32内含各种集成嵌入式存储器，具备嵌套式中断控制以及外部中断功能，其最高时钟频率可达72MHz。该芯片还具备电源管理功能，当 低于特定下限时，无须外部复位装置设备即可保持在复位状态。STM32有四种工作模式，其中运行模式用主调节方式，停止、待机、睡眠模式是当内核不再运行时STM32进入了低功耗模式，可以有效解决在日常状况下的功率损耗问题。而且，STM32有可以支持PTP协议的以太网接口，能提高实时应用能力和互联网通信的响应速度。

2.2 通信电路的设计

本作品通过ESP-8266模块实现下位机和上位机之间的实时连接，通过利用ONENET开发平台的自制App智能医药管家App，用户可以观察到用药者的复用情况。同时采用GSM模块，可以在无网络的情况下发送信息与用药者通信。当产生用药也提醒一段时间后，若用药者还未服用相应的药物，则会发送用药提醒短信，这一功能方便了不懂App操作的用户使用。另外作品加入了串口通信，使得下位机之间可以与STM32F103ZET6通信，这样就可以把重要信息储存在FLASH之中并可以通过4.3寸显示屏查看，极大地方便了用户的使用[2]。

2.3 光敏电阻模块设计

为了检测医药箱内用药情况，需设计一个电路来模拟药箱开闭的高低电位变化。因此我们选择光敏传感器模块，通过光照强度变化来模拟药箱的开关情况，每一次开关时模块都会有高低电位的变化。兼顾到夜晚的使用情况，在开箱时会让药箱口的LED小灯点亮来模拟太阳光，模块也同样会做出电位变化。同时这一状态能够传到上位机中去，在APP运用相应算法以实现实时检测功能。

3 系统软件设计

系统服务器采用的是中移物联网提供的云服务器，下位机通过传感器采集数据，主控制器通过wifi上传到ONENET云平台进行数据显示，同时可以利用平台的命令下发对下位机完成参数设置。

App可实现的功能有：增删药品：当用药者不需要某种药物或改变了一些用药后，可以增加或者删除某种药品；添加药量：当药量不足时，用户可以增加药箱中原有药品的药量，同时在app上同步更新；用药设置：用户在App中进行用药时间、药品名称、用药量等一系列信息的设置，设置的信息会及时更新到下位机，用药时间到达后，下位机首先会利用机身硬件如LED、蜂鸣器、显示屏等提醒用药者服药直至用药者服药。若用药者长时间未服药，系统会把用药提醒通过GSM模块发送到用药者的手机中以提醒用户服药。记忆功能：每一次有服药信号时，用药量及药物种类都会在App上更新，系统运用云服务器端数据库可以实现用户用药信息的储存，储存时间为一个月，家庭其他成员可以在App中观察服药者的服药情况；药品余量：在用药者服药后，App内药品余量会根据服药量减少，并同步药箱内药品的剩余量；环境指数：特殊药品的储存往往需要一些特定的环境，用户可以观察药箱内的环境指数来通过app实时调节药箱温湿度等；用药说明：用户可以在App中相应连接中查看药物使用说明等[3]。药品剩余量界面如图1所示。

图1 药品剩余量界面

4 系统功能与指标

4.1 一键呼救功能

发生意外情况时，求救者可以按下药箱上的紧急呼救红色按钮来拨通120求救电话，通话结束后，系统会自动将患者所有信息发送给120救助端，并通过App发送位置信息。

4.2 监控功能作品

以Wi-Fi网络或蜂窝网络做透传，通过下位机监控用药者的用药状态，原理是当有用药信息 （由光敏传感器精准监测每一个药仓，当药仓光照强度变化时，光敏电阻阻值变化引起信号跳变）产生时，系统会把用药信息通过MQTT协议分别发送到医管家APP和下位机显示屏中，满足了用药者监护人远距离监控用药者的服药情况。同时下位机根据flash中传输信息快速计算出药品剩余量、用药时间、本天用药次数、用药周期，并在App中显示。

4.3 用药设置功能

在“医管家”App中可设置服药信息，如用药时间、用药量、用药种类、用药周期等，到达时间后，下位机会通过“声（蜂鸣器、语音播报模块）、光（led灯）、触（振动模块）”等及时提醒用药者服药，同时监控功能开启，若久久无服药信号，系统会把用药提醒通过GSM模块发送到手机App中以提醒用户服药。

4.4 温度调节功能

药箱有自身温度和室内温度调节功能，用App可以随时随地控制。

4.5 辅助用药功能

药箱底层配有电子称重计，液体药量监测计、电子温度计等多种仪器，并通过药箱4.3寸显示屏把这些信息显示[4]。

5 系统创新点

5.1 精确的用药监控

市面上正在应用的智能药箱只能实现前App提醒或者闹钟提醒，而其并不能真正实现对用药的监控，只是把命令下发给用药者却不能真正的监控用药者的复用情况，如果用药者错过了提醒那么用药提醒就会失效。而我们利用每个药仓内的光敏电阻模块可以实现精准的用药提醒及监控，利用光敏电阻通过算法可以精确的了解每个药仓内的情况并同步发送给App，这样就实现了对用药的监控而不只是提醒，每一次有用药信号时App中的药物余量就会相应的减少。

5.2 App智能管理

市面上应用的传统药箱并未实现数字化、也未增设通信技术，仅停留在原始的工业制造阶段。而我们的作品可将设备数据和用药监控信息上传到云端，云端处理好后会将数据发送给我们的App。我们的App将这些数据展示出来，作品的硬件代码可以自动处理一些App上信息，App也可通过云服务器向药箱及硬件设备发送功能指令，实现后台控制，这样就实现了人机交互。

5.3 药物可存放性高

市场上传统的药品归纳箱的温度和湿度都是不可改变的，存放特殊药品比如胰岛素时往往需要一个独立的冷冻箱，而我们的作品采用石墨烯降温通风技术，可以对要想进行降温和通风。这种操作既可以设置成自动调节到相应的温度，也可手动设置降温时间，大幅提高了用药的储存种类。

6 结束语

本设计系统基于家庭药品种类在10~20种的条件下，利用光敏电阻模块以及ESP8266模块实现对用药者的远程监控，同时系统兼备短信提醒，下位机提醒，上位机设置用药等多种功能，功能相对完善。另外在无提醒事件时，芯片自动休眠，仅保留云通信及药物监控功能，功耗相对较低。在物联网高度发达的今天，药箱在医药行业有着很大优势，发展前景十分广阔。