基于ARM和Android的新型智能药箱

周永强 方荟 王夏荷 宿鹤霆 朱明阳 林楠

摘 要： 随着社会老龄化逐渐加快，独居老人日益增加。由于老年人记忆力减退，药物漏服错服现象时有发生，严重影响着老人的身体健康。本文所设计的智能药箱在普通药箱的基础上，以ARM（全志A33）为开发平台，通过L9110S驱动电机，提供服药提醒、自动出药、紧急用药和服药信息云存储等功能。它可以在一定程度上扮演监护人的角色，监督老人吃药，保障老人健康。

关键词： 智能药箱;ARM;Android;服药提醒

一、绪论

在这个人工智能和大数据的时代，老龄化社会也在悄然发生着变化。智能药箱开始取代普通药箱，逐步进入我们的生活，它承担着监护人的责任：服药提醒。世界卫生组织有报告指出，全球范围内药物治疗的平均依从率仅为50%[1]。最新一份调查论文中表明：在448名高龄老年人样本中，长期用药者534人，占73.5%，每天服用3种及以上药物者占39.3%[2]。实际生活中，老年人记忆力减退，药物漏服错服时有发生。本文设计的智能药箱便是一种提醒按时服药的新型辅助设备。

现有市面量产的药箱的功能都较单一，仅支持药品的简单分类存储甚至是混合存储，且大部分采用单片机或其他低性能处理器作为主控制器，不足以实现更加智能的操作，如自动出药、服药信息云存储等。

（一）智能药箱的现状和存在的问题

目前有以下几种智能药箱：一类是普通家用药箱，此种药箱的体积较大，主要使用环境局限于家中，有提醒老人吃药的功能，可以通过手机进行相关的数据同步。虽然该类智能药箱已经有较高速的发展，各种功能丰富，但其仍存在不便携带、需要手动配药储存、药品无法分类存储的问题，且这种药箱的价格普遍较高[3]。另一类是户外药箱，此类药箱较为轻便、易携带。这种药箱可以根据设定时间提醒服药人按时吃药。同时该药箱轻便方便，便于用药人携带。便携式药箱虽然易于携带，但功能太单一，只有报时功能，药品取拿不便，并且很少能确保药品是否尚在保质期间。多数药箱设计的初衷是为了方便取药，导致功能单一、使用场景局限等一系列问题。且并非所有老年人都需要长期服药，如果仅仅把其当作固定环境下的药箱也是一种负担[4]。

（二）设计方案

针对以上现状，本文针对现有药箱这一不足，进行升级改进，最终提出新型药箱的解决方案，以满足服药人及时正确服药的实际需要。新型药箱智能药箱，它能够实现药品信息的自录入，智能提醒吃药，自动出药，紧急用药，云端消息推送，以及服务端的管理功能。（1）设计的药箱为一轻便型盒子形状，方便携带，也可放在家中使用。（2）该药箱由主控核心、药盒、机械控制系统三部分组成。（3）药盒可拆卸清洗，使用满足人体健康要求塑料制成，轻便且成本可控。（4）主控核心可在接入互联网的前提下与服务器进行通信，实现服药数据的同步上传。（5）主控核心根据设定的服药信息，提醒对应的服药人服药。点击服药按钮后，药盒自动弹出，服药人可取药;当取药结束后，点击取药完成按钮，药盒自动收回。（6）服务器会将服药数据经过处理后推送至儿女手机端，实现服药的“二重”提醒[5][6]。

二、工作原理

主控单元为嵌入式ARM处理器（全志A33）;电机控制单元由L9110S驱动芯片和直流电机构成;语音单元为单组扬声器，进行服药铃声与反馈提醒;电源单元提供整个药箱的电源供应;显示单元为4.7英寸触摸显示屏，显示药物名称、用药时间、用量等服药信息，所有操作可通过触摸屏进行。总体架构如图1所示。

三、硬件系统设计

（一）主控单元

主控单元在整个智能药箱的系统架构中主要起到驱动与控制作用。主控单元微处理器采用全志科技公司的A33芯片，具有低功耗高性能的特点。全志A33四核是超低功耗嵌入式开发处理器，基于ARMCortex-A7四核CPU架构以及Mali400MP2GPU架构，支持1280×800分辨率输出。板载电源管理芯片AXP223满足主控对电源管理的需求，支持10路串口，两路SPI等，满足对本药箱的开发需求。

（二）显示单元

显示单元采用5英寸800×480分辨率工业电容抗干扰触摸屏，显示数据通過40Pin引脚进行传输。能够实现实时的操作与系统反馈，满足药箱在操作上的需求。具体可显示药物名称、用量等服药信息，且可通过触摸进行操作。

（三）电机控制单元

电机控制单元采用L9110S模块+直流电机的驱动模式。L9110S是为控制和驱动电机设计的双通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC中，整机可靠性提高。药箱设计驱动输入端兼容TTL/CMOS电平，具有良好的抗干扰性;两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，结合丝杆传动结构实现药箱药盒的弹出与收回;内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使得药箱在使用上更加安全可靠。GPIO控制L9110S流程如图2所示。

（四）语音单元

语音单元为开发板内置3.5MM通用音频输出接口外接扬声器构成，开发板上的扬声器接口可以满足系统音效的输出功能。

（五）局域网接入单元

设备实现局域网连接，使服药信息能够在手机端APP实时查看。芯灵思A33开发板集成Wi-Fi接入模块，实现低功耗的局域网络接入。

四、软件系统设计

软件部分包括软件界面和软件功能的实现。软件功能设计流程图如图3所示。在设定完对应人员的服药信息之后，当吃药时间到达，药箱发出提示铃声提醒吃药，如在设定的一定范围内、时间内未取药，则进入重复提醒阶段并将服药日志信息上传至服务器进行处理，将未服药信息推送至绑定的手机端，显示消息提示;当取药结束后，结束提醒，将服药信息记录至日志信息并上传至服务器进行处理。

（一）软件界面设计

软件界面设计本着用户友好性原则，开发基于A33开发板的安卓APP，它能够实现智能提醒吃药，控制自动出药，紧急用药，药品信息录入，信息反馈功能。由软件记录每次服药时间，并反馈给服务端，同步反馈到监护人手机端。UI设计如图4所示。

（二）药品信息录入

软件可添加服药人员，并且添加对应人员药品信息以及药品用量、服用时间等信息。通过手动输入药品名称，选择对应药品种类（外观），发出药品入箱指令，通过GPIO口驱动L9110S驱动板驱动电机，进而打开对应药盒放入药品。

（三）智能提醒吃药

根据程序中设置服药人员的重要服药信息，如服药时间，药品品类及用量等。当系统时间到达服药时间时，发出服药提醒指令，驱动音频模块播放服药提醒铃声，并在显示器上显示药品种类以及用量。设定界面如图5，提醒界面如图6。

服药信息包含以下设定内容。服药时间：设定药品服用间隔（每天/间隔×天/每周/间隔×小时）;设定任意提醒时间;开始服用日期;持续服药时间;服用说明。药品品类：设定名称;设定品类（通过设定药物对应外观）;剩余量（单位可选胶囊、滴、克、贴等）;服用原因;服用方式。

（四）自动出药和紧急用药

当系统运行至服药时间，在显示器上提醒服药后，按下取药按钮，发出出药指令，驱动芯片驱动电机，弹出药箱对应药盒，待服药人员取药完成后，点击按钮，实现药盒的收回。将单独GPIO作为输入控制，设置紧急服药按钮，在指定药盒放置紧急用药（如速效救心丸、胰岛素）等药品，当按下紧急用药按钮时，弹出对应药箱上的药盒，实现一键紧急弹出用药功能。

（五）信息提醒和日志上传

监护人将手机APP与药箱服药人进行绑定，服务端通过分析日志信息，将用户的服药信息（推送信息如：张三漏服12：00应服用的降压药）通过个推平台推送至绑定的手机端及时提醒。药箱的服药信息等日志信息通过Http协议传输至服务器并保存使用。如图7所示：

五、结语

本文设计开发的基于ARM和Android的新型智能药箱能够提供药品信息录入、服药提醒、自动出药、紧急用药、信息提醒等服务功能。该药箱实现了智能化服药提醒，并同步将服药信息发送给监护人，改善老年人漏服、忘服药现象，提高其生活质量。药箱有待进一步测试和优化试验，在后续还可对系统进一步加以完善，如加入云服务，提高药箱的鲁棒性。待产品成熟，可在家庭、医疗场所和养老院进行普及推广，具有一定的商业价值。

参考文献：

[1]王建辉，宋琼，陈长香.社区高龄老人用药安全照护需求状况及其影响因素[J].护理研究，2018，32（12）.

[2]王霞.中國人口结构变动与老龄化问题研究[J].济南大学学报（社会科学版），2015，25（2）：66-69.

[3]郑家瑜，季茜.老人智能药箱设计研究[J].设计艺术研究，2018，8，44（02）：119-125.

[4]黄钰恒.家用智能药箱的设计与实现[J].中国设备工程，2018，411（24）：135-136.

[5]雒海东.基于ARM和Android的智能物联网药箱的设计[J].电子设计工程，2017，25（5）：146-149.

[6]闫学顺，于洋.基于Android的远程互通智能药箱的设计与实现[J].电子世界，2018.

基金项目： 2018年闽江学院“校长基金”项目（编号103952018162）

作者简介： 周永强（1999—），男，汉族，安徽淮北人，本科大四在读学生。

*通讯作者： 方荟（1984—），男，汉族，福建福州人，硕士，讲师，研究方向：物联网应用技术。