潘延召 李妍 孟穎

摘 要：隨著我國(guó)老齡化程度的不斷加深，針對(duì)老年人容易出現(xiàn)的忘記服藥、重復(fù)服藥以及服錯(cuò)藥的情況，設(shè)計(jì)研發(fā)一個(gè)可以可手機(jī)遙控的智能藥盒就很有必要了。隨著3D打印技術(shù)的成熟、成本的降低，無(wú)論是生活用品、生產(chǎn)食物、軍事競(jìng)技還是醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)都可得到很好地運(yùn)用。隨著我國(guó)智能制造的不斷升級(jí)，3D打印技術(shù)正在不斷滲透到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中，并在技術(shù)升級(jí)過(guò)程中扮演著的重要角色。基于此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)考慮將這種技術(shù)引入到生活制造之中，用于制造智能藥盒，同時(shí)通過(guò)Wi-Fi無(wú)線通信模塊將藥盒數(shù)據(jù)信息與手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)同步操控，既能滿足生產(chǎn)廠家對(duì)于原材料價(jià)格的期望，降低生產(chǎn)成本，又能滿足老年人日常生活中利用智能藥盒進(jìn)行藥品的管理和控制，提高老年人的生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：3D打印;老年人;藥盒包裝材料;智能藥盒

一、緒論

在日常生活過(guò)程中，很多老人都需要每日定時(shí)定量服藥，在此過(guò)程中因?yàn)槎喾N原因，人們經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)忘記服藥、重復(fù)服藥、服錯(cuò)誤的藥，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)導(dǎo)致加重病情的情況發(fā)生。

為了解決這一痛點(diǎn)，一些科研工作者設(shè)計(jì)研發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品解決痛點(diǎn)。包括龔虹瑞設(shè)計(jì)的定時(shí)鬧鐘和短信提醒功能的智能藥盒，但缺少使藥盒實(shí)現(xiàn)定向移動(dòng)的功能。吳亞棟提出的解決的方案有語(yǔ)音提醒功能，但缺乏手機(jī)Wi-Fi控制功能。王波提供的解決方案具有手機(jī)Wi-Fi功能，但材料上沒(méi)有設(shè)計(jì)。還有待進(jìn)一步完善。

為解決這一問(wèn)題，在前人基礎(chǔ)上進(jìn)行迭代完善，設(shè)計(jì)一種基于3D打印技術(shù)的手機(jī)Wi-Fi控制智能藥盒。本設(shè)計(jì)軟件智能系統(tǒng)是基于ARMCortex-M4為核心的32位微控制器。形狀上采用上下結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)寬高規(guī)格為15cm*10cm*13cm，上方放入STM32F4控制的智能藥盒控制系統(tǒng)，控制芯片是嵌入進(jìn)藥盒內(nèi)部之中，屏幕放在顯眼方位。及時(shí)提醒及反饋服藥，服錯(cuò)藥的現(xiàn)象。通過(guò)主控制模塊，結(jié)合語(yǔ)音提醒模式，通過(guò)Wi-Fi連接手機(jī)端，建立人機(jī)交互界面。同時(shí)通過(guò)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)通信將藥物用量與提醒信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)監(jiān)護(hù)人手機(jī)上，手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，可以及時(shí)提醒用藥，子女也可隨時(shí)在線查看老人服藥情況，提高老年人的被關(guān)注度，讓老人在生活中有更多的舒適感。

二、3D打印技術(shù)與智能藥盒

（一）3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

三維打印技術(shù)從誕生就開(kāi)始飛速發(fā)展，所包含和運(yùn)用的領(lǐng)域眾多，甚至可以用在精細(xì)的零部件上。2005年，首個(gè)高清晰彩色3D打印機(jī)由ZCorp公司研制出來(lái);自此開(kāi)始，陸續(xù)的世界上第一輛3D打印汽車(chē)Urbee;第一款3D打印比基尼;第一臺(tái)3D巧克力打印機(jī);第一架3D打印的飛機(jī)等紛紛出現(xiàn)。無(wú)論是生活用品、生產(chǎn)食物、軍事競(jìng)技還是醫(yī)療領(lǐng)域，三維打印技術(shù)都可得到很好地運(yùn)用，是新型技術(shù)的代表之一。

三維打印擁有許多技術(shù)，根據(jù)不同的需求選擇不同的材料，甚至可以在不同“層面”用以不同的材料進(jìn)行結(jié)合。3D打印常用材料有很多，包括但不限于尼龍玻纖、聚乳酸、ABS樹(shù)脂等多達(dá)10種，這些材料常見(jiàn)，被頻繁地用于生活之中，其中還有一種類型材料可被作為三維技術(shù)打印藥盒的首選——環(huán)保材料。使用這些環(huán)保材料打印的物體強(qiáng)度非常高，并且價(jià)格也要比傳統(tǒng)的塑料低。

（二）智能藥盒設(shè)計(jì)思路

智能藥盒整體設(shè)計(jì)思路是基于3D打印技術(shù)的便攜式環(huán)保藥盒，具備結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，體積較小，方便藥盒的開(kāi)啟和關(guān)閉，且便于隨身攜帶，滿足人員使用需求的優(yōu)點(diǎn)，解決一般治療或者保健用藥需要定時(shí)定量服用，才能滿足使用需求，而如果在日常出行過(guò)程中，不想隨身攜帶瓶瓶罐罐，出去也不是很久的情況下，不想攜帶較多的藥物，增加重量且不易攜帶的問(wèn)題。這是一款具有智能分類、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、遠(yuǎn)程操控、定時(shí)提醒、語(yǔ)音識(shí)別等功能的智能藥盒。

（三）智能藥盒控制系統(tǒng)框架圖設(shè)計(jì)

3D打印智能藥盒控制系統(tǒng)通過(guò)按鍵設(shè)置服藥日期和時(shí)間，查看服藥記錄，鬧鐘提醒以及緊急呼叫功能。當(dāng)用戶說(shuō)出藥物名稱時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)也會(huì)提示藥物的狀態(tài)。同時(shí)，若提前預(yù)設(shè)的服藥時(shí)間到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)有提示聲，以此提醒用戶服藥。同時(shí)，通信方式會(huì)采用無(wú)線Wi-Fi傳輸方式，將數(shù)據(jù)上傳至手機(jī)平臺(tái)上，方便家屬或者醫(yī)生監(jiān)護(hù)和查詢相關(guān)狀況。

（四）智能藥盒軟件設(shè)計(jì)

智能藥盒整體設(shè)計(jì)思路是基于硬件電路搭建完成程序設(shè)計(jì)，整體設(shè)計(jì)諸多核心芯片用于提供很多寄存器映射配置的庫(kù)文件函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)庫(kù)文件的調(diào)用比以往的寄存器的操作快捷很多，執(zhí)行的效率提高很多，并可以跟不同的芯片進(jìn)行兼容，本產(chǎn)品大多數(shù)是用庫(kù)文件操作，增加了程序設(shè)計(jì)能力，程序?qū)崿F(xiàn)了語(yǔ)言識(shí)別播放程序設(shè)計(jì)，溫濕度程序設(shè)計(jì)，信息存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)，鬧鈴提醒功能設(shè)計(jì)等，選取藥物動(dòng)作檢測(cè)和Wi-Fi通信的程序。

初始化函數(shù)GPIO_Int，對(duì)采集的引腳進(jìn)行時(shí)鐘和輸入輸出的配置，同時(shí)配置NVIC中斷初始化，緊接著引腳采集電壓，傳輸?shù)絻?nèi)部A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)提前預(yù)設(shè)光敏電壓的開(kāi)關(guān)值為150，如果開(kāi)關(guān)值低于150，則智能藥盒打開(kāi)，病人取藥服藥，如果A/D值高于150，則表明藥盒沒(méi)有打開(kāi)，中心處理器則通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)，保存相應(yīng)記錄。

三、結(jié)論與展望

近些年來(lái)伴隨著我國(guó)逐漸步入老齡化社會(huì)的現(xiàn)狀。圍繞著老年服務(wù)和相關(guān)產(chǎn)品智能化的提升，日益凸顯出來(lái)越來(lái)越重要。本系統(tǒng)解決方案主要圍繞著老年需要每日服藥的需求，提供一個(gè)智能化的解決方案。方案整個(gè)系統(tǒng)以STC90C516為中心，設(shè)備同時(shí)具有時(shí)間顯示、定時(shí)、顯示藥物用量、蜂鳴器提醒時(shí)間等功能。所使用的單片機(jī)抗干擾能力強(qiáng)、能耗低、可靠性高。整個(gè)系統(tǒng)只需要前期進(jìn)行一次設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)后續(xù)的智能化提醒服藥的相關(guān)功能。整個(gè)過(guò)程涉及的相關(guān)智能化工作單元模塊有以下幾個(gè)方面：

智能藥盒的定時(shí)器功能通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部定時(shí)。通過(guò)LCD1602實(shí)現(xiàn)同步顯示時(shí)間相關(guān)信息。這些時(shí)間信息包括用藥時(shí)間提醒，用藥量調(diào)整等。圍繞時(shí)間提醒需要事先通過(guò)按鍵進(jìn)行相關(guān)時(shí)間設(shè)置。在系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)，蜂鳴器將進(jìn)行聲光信號(hào)的報(bào)警提醒。

隨著近年來(lái)我國(guó)政府大力提倡針對(duì)人口老齡化的相關(guān)政策扶持，以及老年群體在健康觀念上的日益強(qiáng)化重視，同時(shí)對(duì)智能化、便攜性、人性化的不斷追求。電子藥盒已成為一個(gè)很有現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值的電子裝置。電子藥盒不僅可以收納不同的藥品，還可以放置保健品，這樣也可以不斷拓展電子藥盒的消費(fèi)對(duì)象，擴(kuò)大消費(fèi)適用人群，提升電子藥盒的適用價(jià)值。本人旨在通過(guò)相關(guān)設(shè)備的研制和開(kāi)發(fā)為智能養(yǎng)老，提升老年人的生存質(zhì)量提供可資借鑒的方法，更好地推動(dòng)我國(guó)養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)的智能化水平提升和發(fā)展，為更多的老年人帶來(lái)便利。

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項(xiàng)目：天津市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助（編號(hào)201912105016）