智能药盒的设计

周琪博 田宇宁 郝张红 王宁

摘  要：针对日常老年人按时服药困难的问题，文章设计了一款智能药盒。可以自主设定用药时间及次数，同时扩展了紧急求救功能。当到达设定的用药时间时，蜂鸣器提醒使用者服药，并通过红外检测模块判断使用者是否取药，如果半小时之内没有检测到使用者取药，则蜂鸣器报警提醒使用者尽快服药。当使用者出现意外情况时，可以触发一键式报警按钮，本系统通过GSM模块将信息发送给预设接受对象，达到紧急求救的效果。

关键词：智能药盒;按时服药提醒;GSM

中图分类号：TN802        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）16-0044-03

Abstract： In order to solve the problem that it is difficult for the elderly to take medicine on time， an intelligent medicine box is designed in this paper. The time and frequency of medication can be set independently， and the function of emergency call for help can be expanded at the same time. When the set medication time is reached， the buzzer reminds the user to take the medicine， and judges whether the user takes the medicine through the infrared detection module. If the user is not detected within half an hour， the buzzer alarm reminds the user to take the medicine as soon as possible. When the user has an unexpected situation， the one-button alarm button can be triggered， and the system sends the information to the preset receiving object through the GSM module to achieve the effect of emergency call for help.

Keywords： smart kit; timely medication reminder; GSM

序言

我国的人口老龄化程度越来越明显，而在老年人群中，或多或少存在着某些慢性疾病而需每天吃药。大多数老年人随着年龄的增长，都会有健忘的毛病，对于这些老年人来说，在生病的时候甚至是日常生活中按时吃药是一个难题，如果需要在不同时间吃多种药物，很多时候很难记得复杂的多样的药物[1]。虽然国内外已经有一些与服药提醒器、智能药盒相关的产品，但是它们面向的群体往往不是老年人，而且设置的方法很复杂，老年人不能够方便的使用，而且产品的造价昂贵，鉴于目前不少老年人苦于用药的合理管理和定时服用，简易有效的服药提醒器正是大众所需[2]。因此，研制一款智能药盒对于老年人解决吃药问题具有重要的现实意义。

1 系统总体结构

智能药盒主要包括三种功能：人体红外监测功能、超时提醒功能、一键式呼救功能。

（1）人体红外监测功能：系统通过红外传感器测出是否有人靠近监测范围，用来判断使用者是否取药，接近时会有蜂鸣器及灯光提示以推断使用者是否服药。

（2）超时提醒功能：当30分钟之内使用者未服药，智能药盒便会以蜂鸣器作为主要提醒方式，根据自定义时间自动提示，触发超时提醒功能。

（3）一键式呼救功能：在遇到紧急情况时，使用者可以通过一键式呼救按钮向外界进行呼救，通过GSM模块把求救信息向预设对象发送求救信息以达到求救目的。

根据系统实现功能，本设计包括输入模块、显示模块、监测模块、提醒模块、GSM模块等。系统框图如图1所示，输入显示模块的功能用于使用者将所需要的信息录入。监测与提醒模块的功能是接近本药盒会有红外探测、蜂鸣提示以推断使用者是否服药。GSM模块方便了人机通信，能够将人与物连接起来，更加方便。单片机控制GSM模块通过短信方式将求救信息发送给预先设定好的老人的监护人[3]。

2 系统硬件设计

2.1 单片机主控模块

本部分采用STC89C52单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟机器周期和6时钟机器周期可以任意选择。内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。STC89C52单片机中包含中央处理器（CPU）、程序存储器（FLASH）、数据存储器（SPAM）、定时/计数器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看门狗等模块，几乎包含了数据采集和控制所需要的所有单元模块，主要控制各个传感器进行各部分工作。单片机主控模块如图2所示。

2.2 显示模块

此設计采用控制简单、使用方便、可以显示2行16列的数字或英文信息的LCD1602液晶显示器，另外所需的连接线很少，只需要8根数据线和3根控制线。GND和BLK接地，VCC和BLA接电源，DB0-DB7接单片机的AD0-AD7引脚，E接A13，RW接A14，RS接A15。主要用来显示时间和定时。时间可以实时显示，定时必须手动设置，利用按键模块设置吃药时间，实现可以定时提醒功能。显示模块原理图如图3所示。

2.3 输入模块

本设计采用普通四位按键模式输入，通过点阵显示器所显示的信息对系统进行控制，方便快捷、易于实现。主要功能是：前三个按键主要用来设置吃药时间，第四个按键实现一键报警功能。原理图如图4所示。

2.4 监测模块

监测模块采用了一种将发射与接收歸于一体的光电传感器E18-D80Nk-N光电开关进行信息采集，将0～80cm范围内的发射光经过调制后发出，当传感器接受时会对发射光进行解调，就可以在一定程度上避免了有效光的干扰。因为传感器E18-D80Nk-N是一种NPN型的光电开关，当其监测到物体时会以低电平的方式发出信号，反之正常状态是会以高电平输出。其外部输出信号时3引脚会接上一个1K的上拉电阻到与其相接单片机的I/O口处，同时1引脚接一个+5V电源，2引脚接地，如图5所示。

2.5 提醒模块

通过蜂鸣器来实现提醒模块的设计。蜂鸣器驱动电路一般会为了增加驱动能力使得蜂鸣器响声更大，会加入三极管驱动。三极管相当于蜂鸣器驱动电路的开关，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声;而基极低电平则使三极管关闭，从而蜂鸣器停止发声。主要功能是：到定时时间后发出响声，提醒老人吃药。电路如图6所示。

2.6 GSM模块

GSM通信模块是用来进行数据传输的通信核心。SIM900A可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务（Short Message Service）和传真。SIM900A是一个具有2频的GSM/GPRS模块。

GSM模块主要通过单片机AT指令来控制。AT即Attention，是终端适配器或数据电路终端设备接收终端设备或数据终端设备的AT指令集。通过TA，终端设备发送AT指令来控制移动台的功能，与GSM 网络信息进行相互传输数据。操作者可以通过使用AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等操作。

GSM系统的短信息被编码消息长度为140个字节，发送的汉字短信不能超过70个字，而本设计所发送的信息在70个汉字以内，完全符合GSM系统短消息业务的使用要求，而且操作简便，能够被人方便使用。短信服务接收和发送有关的AT命令如下所示：

（1）AT+CPMS，查询SIM卡内短消息使用状态;

（2）AT+CNMI，新消息指示设置;

（3）AT+CMGF，选择短消息格式;

（4）AT+CSCS，编码设置;

（5）AT+CSMP，设置短消息文本模式参数;

（6）AT+CMGS，发送短消息;

（7）AT+CMGR，读取短消息。

此模块的主要功能是为了能够通信到老人的子女或者监护人的手机上，能够监控老人是否吃药[4]。电路如图7所示。

3 系统软件设计

本程序所实现的功能是：单片机检测时钟模块的时间信息，并实时地显示在LCD1602上，在系统记录下两次用药时间之后，调节好系统时钟后系统开始运行，在运行的过程中，单片机将定时的两个时间与系统的实时时间相比较，相等时即报警，并显示此次用药的服用量。主流程图如图8所示。

4 结束语

本设计完成了提前设定好用药时间和药量，只要设定的时间一到，可以自动提醒老年人用药。本设计增加了红外感应模块，用于判断有没有取药，还可以将老年人用药的情况以短信的形式发送到监护人手机上[5]。当老人出现突发情况时，可以点击“一键呼救”按键，向监护人发送求救信息。

参考文献：

[1]庞天昊，刘炜豪，栗睿辰，等.老年人智能药盒的设计现状及研究分析[J].设计，2019（07）：10-11.

[2]刘明德，王江，曾震，等.老年人居家使用的智能药盒设计[J].科技与创新，2018（24）：128-130.

[3]王江，刘明德，苏芸，等.基于老人的智能药盒设计[J].南方农机，2019，50（03）：170-171.

[4]吕艾霖.“守护者”老人智能药盒设计[J].黑龙江科学，2018，9（22）：162-164.

[5]陈燕萍，梁惠萍，李欣陈.老年人智能药盒设计研究[J].艺术科技，2016，29（12）：24.