基于STM32F103VET6的智能药箱设计

廖伟涛

摘要：本智能药箱系统，其包括检测模块、输入模块、报警模块、处理模块以及显示模块，开关、检测模块、输入模块、报警模块以及显示模块分别与处理模块连接。智能药箱系统能起到提醒功能，用户能及时了解药箱内部的温湿度，为药物储存提供更佳的环境，进而保证药物质量，同时能及时将药箱内的药物信息及时反馈至用户，另一用户也能在移动终端查看药箱内的药物存放情况以及结果用户认证信息，进而能清楚服药情况，降低重复吃药、吃错药的风险，整体上能更可靠地提醒用户更好地存放药箱以及提醒用户安全用药。

关键词:智能药箱、报警提醒、温湿度监控、远程监控、STM32F103VET6

引言

习近平总书记在中共二十届二中全会指出，要着力加强保障和改善民生各项工作，落实落细就业优先政策，保障好困难群众的基本生活，扎牢社会保障网。对于老年人、有家族遗传病史和患有慢性病的群体来说，按时服药是维持身体健康的重要保障。然而在这个快节奏的现代社会，成年人工作忙碌忘记服药，老年人因为健忘也常常忘记服药。这已经成为快餐式时代背景下现代人的常发问题。十四五规划《建议》中，将“应对人口老龄化”的问题上升为国家战略。为全面推进健康中国建设需要以科技创新为支撑，全面推进健康中国建设需要推动健康科技创新。由于传统药箱没有数据存储及传输的功能，本发明设计功能主要集中在检测患者是否及时吃药、避免重复吃上药、避免药物间种类不同而吃错药。通过物联网技术，一是有效的联合了老人、监护人、家庭医生三方，构建一系列医疗体系，随时掌握老人服药情况；二是管理、记录用户服药情况，帮助用户养成良好的服药习惯；三是避免重复吃药给患者的身体带来的损伤。实现远距离关注不同群体的用药情况，了解患者的身体状况随着社会不断发展和医疗技术的不断进步，人们越来越重视个人身体健康问题。在平日生活中，也更加重视服用日常保健品。对于老年人、有家族遗传病史和患有慢性病的群体来说，按时服药是维持身体健康的重要保障。然而在这个快节奏的现代社会，成年人工作忙碌忘记服药，老年人因为健忘也常常忘记服药。这已经成为快餐式时代背景下现代人的常发问题，伴随物联网技术和嵌入式电子信息技术的发展，越来越多的物联网电子产品进入大众的视野，为了提高了人们的效率，使人们的日常生活更加便利，也设置有一定智能效果的药箱。但现有技术中的智能药箱依然存在无法及时提醒药物信息以及用药时间预警、用户体验差的问题，仍然具有改进的空间。

基于此，为了解决现有技术中的智能药箱无法及时提醒药物信息以及用药时间预警、用户体验差的问题，本发明提供了一种智能药箱系统，传统药箱具备收纳储藏功能但不能提供远程关护，智能药箱是运用网络互联、社交、光学、声学等前沿科技，主要解决老人忘记吃药、儿童乱吃药、药品过期问题。在外观和功能上与传统家庭药箱有区别，其外观时尚、功能强大且具备人性化特征。整个智能药箱系统由智能药箱端与远程服务器端两个部分组成，智能药箱端用于提醒，服务器端用于设置用药信息和监督用药情况。药箱具有吃药提醒、精准配药、快捷取药、自动送药、吃药确认、远程监护、一键紧急呼叫等主要功能，同时结合指纹识别技术，实现多人共同使用、防误食、过量食用等功能；通过物联网技术，一方面有效的联合了老人、监护人、家庭医生三方，随时掌握老人服药情况，另一方面管理、记录用户服药情况，帮助用户养成良好的服药习惯。在空间布局上，药箱具有收纳功能。可按药品功能分类存放，方便不同剂量单位的药物放入药箱中，防止药物受潮以及不同药物之间产生化学反应，从而保证药效。

1系统整体设计方案

如图1~2所示，本智能药箱系统，包括一侧面开口的箱体、能够盖合于开口的盖板以及用于锁住或开启盖板的开关，盖板与箱体活动连接，箱体上还设置有检测模块、输入模块﹑报警模块，处理模块以及显示模块，开关、检测模块﹑输入模块、报警模块以及显示模块分别与处理模块连接；其中，检测模块用于获取对应的检测信息并发送至处理模块；输入模块用于用户输入药物信息以及用户认证信息，并将药物信息以及用户认证信息发送至处理模块；处理模块用于接收检测信息﹑药物信息以及用户认证信息，并对检测信息﹑药物信息以及用户认证信息进行处理，得到检测信息结果、药物信息结果以及用户认证信息结果，然后发送报警模块并控制报警模块，同时还将处理后的信息发送至显示模块；报警模块用于接收检测信息结果、药物信息结果以及用户认证信息结果并发送提醒信号；显示模块用于接收检测信息结果、药物信息结果以及用户认证信息结果并进行显示。

检测模块包括用户体温模块、温湿度模块以及光线模块；其中，用户体温模块用于获取用户的体温信息并发送至处理模块；温湿度模块用于获取箱体内的温度信息以及湿度信息并将温度信息以及湿度信息发送至处理模块；光线模块用于获取箱体内的光线信息并将光线信息发送至处理模块。用户体温信息通过在箱体上设置温度传感器获得。温度传感器为DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

本智能药箱系统采用DS18B20温度传感器对用户的体温进行实时采集，将采集到的信息通过单总线通信传输给处理模块，同时处理模块将采集的用户体温数据发送至显示模块，使得用户能及时了解实时体温情况。箱体内的温度信息以及湿度信息通过温湿传感器获得。温湿度传感器为DHT11数字温湿度传感器，含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，DHT11数字温湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，能有效对药箱内部的温度和湿度信息进行实时采集，将采集到的温度信息以及湿度信息通过单总线通信传输给处理模块，起到及时提醒用户将药箱移动到适应的外部环境中，更有利于药品的长期保存。光线信息通过光敏传感器获得。当用户打开药箱时，光敏传感器感应并获得光线信息，处理模块接收光线信息后，发送控制指令，控制报警模块停止报警。智能药箱系统设置有闹钟模式的DS1302时钟模块，由用户根据服药需求的实际情况，设置每天的吃药时间点，当到吃药的时间点，处理模块发送控制指令，控制报警模块发出警报。

图 1 系统框架设计图

图 2 统硬件平台架构图

1.1设置吃药时间

考虑到用户的健忘性，需要提供可设置的闹钟模式的DS1302时钟电路模块，由用户根据服药需求的实际情况，设置每天的吃药时间点。药箱内可存放一定时间周期的药品。由家人或是医护人员将一周期所服用的药品放入药箱，而且每次的服用药品放置在各自独立的药格，防止用户，尤其是老年人，吃错药或者多吃。

1.2定时提醒吃药

对于使用者，比如患慢性病的老年人，经常错过服药的最佳时间。智能药箱有提醒功能，不仅在药箱装有TFT显示屏，提醒每次服药的药品及其数量，而且设计了闹钟模块，用蜂鸣器进行报警提醒。利用药箱的TFT显示屏、蜂鸣器报警及 触摸屏来提醒用户吃药。

1.3远程查看服药信息

本智能药箱系统，将对药品的日常存储及服用状况进行记录，通过无线 Wi-Fi 和以太网模块将记录信息发送到远程平台。用户家人或医生能够通过手机、iPad 或者电脑登录到远程平台查看吃药时间记录，了解用户的日常服药情况和治疗情况，为病情的进一步诊断和制定治疗方案提供更多信息和参考。

1.4体温检测

人们对电子产品智能化和人性化的要求越来越高，传统的水银体温测量计，使用麻烦，读数不便，无法满足使用者的实际需求。所以可以在智能药箱系统中采用了DS18B20体温传感器的技术可以简单快捷的对使用者的体温进行测量。特别对于晚年独居的老年人，更能够直观的从显示屏读出自己的体温。

1.5监测周围环境信息

药品的存放需要一个清洁、干燥、适宜温度的环境。空气过于潮湿，容易使药品发霉变质，内部过于密封导致温度过高，容易影响药品药性，并且，已经变质的药品无论如何是不能被服用的。因此，本系统通过DHT11温湿度传感器来随时监测药箱内部的温湿度环境，当湿度过大或温度过高时，用户可以将药箱移到室内温度相对降低的地方。

1.6开关提醒

本智能药箱还设置有光敏电阻光强传感器，当到达服药时间时蜂鸣器报警，一旦有人打开药箱，光敏电阻光强传感器便将感应到，将数据传输给蜂鸣器，蜂鸣器随即停止报警。本智能药箱不仅适用于家庭的日常生活，为用户提供便捷智能化的生活，而且也可用于医院、疗养院等医疗机构，具有实用性强、稳定性好的优点，必将在实际生活中得到广泛应用。

2系统功能信息

检测信息结果包括体温信息结果、箱体内温度信息结果、湿度信息结果以及光线信息结果。处理模块为嵌入式ARM处理器﹐主控芯片为STM32F103VET芯片。报警模块为蜂鸣器，显示模块为TFT显示屏，TFT是一种薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种，其具有亮度好，对比度高，层次感强、颜色鲜艳的特点。

药物信息包括药物名称、药物数量﹑药物保质期限以及药物主功能。药物信息结果包括药物名称是否对应箱体内存放的药物名称、箱体内药物的数量是否满足用户需求药物数量，药物保质期是否在使用期限，药物主功能是否对应箱体内存放的药物主功能。当药物名称对应箱体内存放的药物名称，TFT显示屏显示是，相反则显示否并通过嵌入式ARM处理器发送提醒指令，蜂鸣器发出警报声；箱体内药物的数量满足用户需求药物数量，TFT显示屏显示是，相反则显示否并通过嵌入式ARM处理器发送提醒指令，蜂鸣器发出警报声；药物保质期在使用期限，TFT显示屏显示是，相反则显示否并通过嵌入式ARM处理器发送提醒指令，蜂鸣器发出警报声；药物主功能对应箱体内存放的药物主功能，TFT显示屏显示是，相反则显示否并通过嵌入式ARM处理器发送提醒指令，蜂鸣器发出警报声。当药物保质期在使用期限时，物名称对应箱体内存放的药物名称，箱体内药物的数量满足用户需求药物数量、药物主功能对应箱体内存放的药物主功能中的一种显示是的时候，嵌入式ARM处理器都能发出控制指令，控制开关开启。在智能药箱未打开的情况下，智能药箱内部是无光环境或光强达不到设定值，此时光敏传感器输出高电平，由此判断用户未打开药箱取药；当用户打开药箱后，智能药箱内部光照强度超过设定值，光敏传感器会输出低电平，且当到达吃药时间，通过闹钟模式的DS1302时钟模块提醒用户吃药，同时主控单元会持续一段时间监测光敏模块的输出电压，判断用户是否打开智能药箱取药。

用户认证信息结果包括指纹是否对应预输入的指纹、人脸是否对应预输入的人脸以及语音是否对应预输入的语音。

3创新与思路

智能药箱系统中采用5V航模电池直接供电或USB线直接供电。选择性供电，具有更便捷的优点，且使用备用移动电源进行充电，当外界停电的情况下药箱仍然可以正常使用。智能药箱系统还包括移动终端，移动终端与处理器信号连接。。智能药箱系统还能起到提醒功能，用户能及时了解药箱内部的温湿度，为药物储存提供更佳的环境，进而保证药物质量，同时能及时将药箱内的药物信息及时反馈至用户，另一用户也能在移动终端查看药箱内的药物存放情况以及结果用户认证信息，进而能清楚服药情况﹑降低重复吃药、吃错药的风险；整体上能更可靠地提醒用户更好地存放药箱以及提醒用户安全用药。

4结论

本智能药箱系统的设计，采用了模块化的设计方案，通过模块化能够更好的细化智能药箱的各个功能，并一一实现，最终实现智能管理药品的功能。智能药箱系统的出现就是未来产品智能化的体现，现如今许多的高新产业都很注重一个点，就是智能化，不再让产品仅仅局限于单一的功能，而是更加注重多功能的体验，多位一体的联动服务，从而给人们更好的使用体验。因此，智能药箱系统的研究是十分有必要的，本系统与市面上的其他类型药箱相比，不但有创新的设计构思，并且能够将其它功能单一的药箱更好的结合，从而能够更有效的解决老年人的健康问题。该智能药箱可实现智能管理用药时间，通过数据管理用户的真实用药情况，使用药计划顺利实施，又能够帮助用户获得科学的用药指导，减少危害健康的风险，减小了空巢独居老人误服、漏服药及药物霉变等安全隐患，可在养老院、医疗护理场所进行普及，具有一定的推广应用前景。

参考文献

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2023年广东省科技创新战略专项资金（大学生科技创新培育）立项项目（编号：pdjh2023b0681）