基于Arduino控制的智能提醒药盒

徐仕成 薛翰 徐婧雯 项阳 吴建民

摘要：该文针对目前市场上没有的智能提醒药盒，提出了一种Arduino控制的多功能集成一体化智能提醒药盒。文章中对此智能提醒药盒的结构进行了详细说明，介绍了硬件及控制原理，最后通过Java和C语言混合编写控制程序，进行了实物验证。实验表明该智能提醒药盒能够完成预期功能，并且通过Arduino控制，实现了其智能化。

关键词：智能化一键管控;多功能集成;软件控制;提醒功能;C语言;Java语言

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）36-0170-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Intelligent Reminder Medicine Box Based on Arduino Control

XU Shi-cheng， XUE Han， XU Jing-wen， XIANG Yang， WU Jian-min

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

Abstract： Aiming at the existing intelligent reminder medicine box in the market， a multi-functional integrated intelligent reminder medicine box controlled by Arduino was proposed. In this paper， the structure of the intelligent reminder medicine box is described in detail， and the hardware and control principle are introduced. Finally， the control program is written by mixed Java and C language， and the physical verification is carried out. The experiment shows that the reminder medicine box can complete the expected function， and through the Arduino control， to achieve its intelligence.

Key words： intelligent one-button control; multifunction integration; software control; reminder function; C language; the Java language

1 引言

如今社会正在逐渐迈入老龄化阶段，老年人口数明显增加，而随着年龄的增加，身体机能逐渐退化，身体的抵抗力也将随之减弱。因此，老年人容易患上各种疾病，需要服用各类药物。但是，没有专人照顾的老人漏服药物或者过量用药等现象频频发生，如何帮助老年人们按时按量服药已经成为眼前有待解决的重要问题，特别是在一些老龄化严重的国家，有大量的需求。由此，便携式药盒便应需而生。

目前，市面上各种便携式药盒不少，但他们的使用方式过于简单，即通过将一个盒体隔出多个空间，并通过多个空间分别容纳药物，使用者在需要服药的时候，自行手动打开药盒进行取药服用。

但这种方式存在的缺陷与不足在于：其一，大多数老人都存在记忆力衰退的现象，很多时候老人们并非不知道该吃什么药，而是忘记吃药，这就要求便携药盒不仅仅是一个收纳药物的小盒子，同时它必须要兼顾提醒吃药的功能;其二，由于协调、辨识能力的衰退，老人在手动取药往往不能很容易地从药盒中的某个独立空间内将药取出;其三，密封性差的药盒容易导致药物受潮、变质，这不仅仅可能会影响药效，严重的可能会加重病情。

2 智能提醒药盒的结构设计

2.1 方案设计

该药盒需要实现在配套软件预设的时间开启提醒功能，并通过短信发送的方式告知监管者（通常为亲属或护理者）药物的取出情况，而提醒方式是以内嵌式喇叭发出提示音的方式提醒被监管人（服药人）。当被监管人在服药时间按下开关，药仓被升降杆弹出，以供其及时服药。针对大多数人的服药情况，该智能提醒药盒设置若干转盘，每个转盘上装有三个药仓，以满足至少每日三次的服药次数。本药盒还将内置一块锂电池，以满足外出携带的需求。

2.2 结构设计

本智能药盒主要分为旋转装置、升降装置、便携式药仓、提醒装置、物联网手机App五个部分构成。

2.2.1 旋轉装置和药仓

1）旋转装置是由一个容药转盘、一根转轴、一个支撑板，一对锥齿以及一个电机组成。容药转盘外缘与药盒外壳内壁皆装有感应铜片，以此形成闭环控制，实现转盘的精确定位。电机装于支撑板上，其中一个锥齿通过联轴器安装在电机上，另一个锥齿则通过紧定螺钉安装在垂直于支撑板上的转轴上，由于锥齿的配合，电机的转动将传动至转轴上，而转轴则将运动传至容药转盘上，以此实现转盘的转动。

2）药仓是由药仓盒与药仓盖以橡胶垫圈作为密封方式组合在一起的，容纳药物的装置。其底部附有感应铜片，与升降杆上方的感应铜片形成一组感应装置，以两者之间是否有接触作为信号，来控制升降杆的上升与下降。

2.2.2 升降装置

升降装置由若干组升降连杆、一个舵机、一个托盘、一根滑轨组成，其运动实质是一个摇杆滑块机构。升降装置固定于药盒底部，升降杆顶部附有感应铜片，以便判断药仓是否放置在其上。舵机作为动力源，由Arduino控制，每次旋转特定角度，将升降杆抬升/下降至预设高度。该装置主要作用是实现取药和放药功能。

其中升降主要原理过程如图8所示。

其运动装置简图如图9所示。

2.2.3 提醒装置与物联网手机App

提醒装置为一个连接于Arduino 板上的喇叭，通过手机App控制。手机App上可设置服药时间、发送短信、编辑药物名称、控制装药。该手机App是以Java和C语言混合编写的，并烧入Arduino控制板，可下载于使用者手机上。

3硬件以及控制原理

智能药盒，其硬件结构图如图12所示。主要包括：Arduino、电机、连杆、托盘、容药仓、喇叭（未表示）、容药转盘、旋转主轴、支撑板等。

由Arduino 作为中控装置，通过Java和C语言编写控制程序，控制各电机的旋转和喇叭的开关。

具体流程如下：

1）旋转装置：一级旋转装置由容药转盘1、旋转主轴1与固定在支撑板1上的电机1承担;通过Arduino 控制电机1旋转，再通过旋转主轴1带容药转盘1及其附带的容药仓旋转。二级旋转装置由容药转盘2、旋转主轴2与固定在支撑板2上的电机2承担;通过Arduino 控制电机2旋转，再通过旋转主轴2带容药转盘2及其附带的容药仓旋转。

2）升降装置：该结构位于取药口正下方，由电机3、多组连杆及托盘组成，电机3带动曲柄滑快水平运动，使得“X型”连杆带动托盘竖直运动，进行容药仓的弹出与放入。

语音提醒模块：当到达预设时间，Arduino 会发出指令控制喇叭开启，实现语音提醒，容药仓取出后，Arduino 会发出指令控制喇叭关闭。

4实验结果

智能药盒送药和取药过程稳定且迅速。

将智能药盒配置药物后，使用App设置提醒服药时间和联系人手机号码等，在到达设置时间后发出相应的声音提醒，电机工作，容药转盘转动，升降装置升起，实现自动将药仓弹出。当老人将药仓取走后，升降装置自动下落，容药转盘复位，联系人手机会收到老人已经服药的短信提醒，装置声音提醒也同时关闭。

在智能药盒的测试过程中，各个部分都能正常稳定地工作。

5结语

本文对此基于Arduino控制的智能提醒药盒的结构以及其控制原理进行了详细的介绍，通过实验论证了其能够准确、高效地提醒老人服药，并且能通过App控制，体现出本产品的智能化，在测试过程中表现出了稳定、智能、高效的特点。

目前市场上智能提醒药盒属于空白领域， 当下人口老龄化日趋严重的社会背景下，老年服药人口数量的大幅度增加，智能提醒药盒是老人们日常生活不可或缺的工具，同时该智能提醒药盒功能可以不仅仅局限于家庭，其造价低廉，具有广阔的应用、研究前景和市场价值。

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【通联编辑：王力】