基于互联网功能的智能药盒设计与制作

胡琼 朱雪明 董琛 江帆 董子浩 王春

摘 要：“互联网+”是由互联网形态演进、催生的经济社会发展新形态，本文基于互联网功能，设计与制作一种智能药盒。该智能药盒可以提高用户的取药质量，方便用户取药。该智能药盒包括外壳及内部结构，内部结构分为药物装载层、动力输出层以及电子控制层。该智能药盒可以通过触摸屏实现一键出药，通过送药机构实现自动送药，用户取药方便，从而提高取药质量。

关键词：药盒;助老装置;带传动结构;减速器;丝杆

中图分类号：TH789文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）12-0007-03

Design and Manufacture of Intelligent Medicine Box

Based on Internet Function

HU Qiong1 ZHU Xueming2 DONG Chen3 JIANG Fan1 DONG Zihao3 WANG Chun1

（1. School of Intelligent Manufacturing， Jianghan University，Wuhan Hubei 430000;2. Engineering Training Center of Jianghan University，Wuhan Hubei 430000;3. Institute of Artificial Intelligence， Jianghan University，Wuhan Hubei 430000）

Abstract： "Internet+" is a new form of economic and social development that has evolved and spawned from the form of the Internet， this paper designs and manufactures a smart pill box based on the function of the Internet. The smart medicine box can improve the user's medicine taking quality and facilitate the user to take medicine. The smart medicine box includes a shell and an internal structure， and the internal structure is divided into a medicine loading layer， a power output layer and an electronic control layer. The smart medicine box can realize one-key dispensing of medicine through the touch screen， and realize automatic medicine delivery through the medicine delivery mechanism， which makes it convenient for users to take medicine， thereby improving the quality of medicine taking.

Keywords： medicine box;elder aid device;belt drive structure;reducer;screw

20世紀90年代以来，中国人口老龄化问题日益凸显。1990—2000年，中国65岁以上人口增加2 500万人，其占总人口的比重亦由5.57%升至6.96%，预计至2050年，全国老年人将达到4.87亿人，占总人口的30%[1-2]。随着年龄的增长，老年人身体机能逐渐衰退，其健康问题不容忽视。经调查，约有80%的老年人需要服用药物维持健康，但在日常生活中，子女或工作忙碌，或路途遥远，往往无暇顾及老年人的服药问题，而老年人因记忆逐渐衰退，易误服、漏服、错服药物[3]。据统计，老年人误服、漏服、错服药物的发生率为25%，导致身体健康受到影响，老年人群体每日准时、科学服用各类药物的需求日益增强[4]。

根据这一老年人群体的需求，本研究设计了一款能够提醒老人吃药并且取药方便的智能药盒，保证老年人取药、服药的准时性和科学性。此药盒基于互联网及数字控制技术开发，可以帮助子女（或其他亲属）通过互联网设置某类药物的用时和用量，并提醒老年人。在老年人正确服用或漏服药物后，设备还会将相关信息推送给子女（或其他亲属），大大提高了老年人服药的正确率。

1 智能药盒的设计思路

1.1 设计需求

本款智能药盒主要有两点设计需求。一是药物存储及一键出药。由于老年人的认知水平存在退化现象，所以在药物存储及出药功能上，要尽量简化老年人的操作步骤。产品必须实现一键出药，老年人无须进行其他操作。二是互联网功能。产品必须连接互联网，子女登录相关应用程序（APP）后可以设置老年人的服药时间和用量，并且能够通过APP查看老年人的服药记录[5]。同时，每次老年人服用或漏服药物后，系统能自动推送信息通知子女。

1.2 工作原理设计

本款智能药盒的工作原理如下。一是根据老人一段时间内的服药需求，子女提前按照种类、剂量和服用周期将药物存入小药盒，并通过手机软件或触控屏预定好用药时间。二是当到服药时间时，蜂鸣器鸣响，提醒老人取药。药盒通过机械结构运动将药盒旋转至推出模块待取，老人轻触触控屏，药盒自动推出，然后老人取出药物服用。三是老人完成服药后，再次轻触触控屏，药盒自动退回收纳。特殊情况下，当老人15 min内没有按时用药时，系统自动发短信至儿女手机，通知儿女提醒老人用药，若超过预定用药时间1 h，老人仍未用药，药盒便进入下次用药准备。智能药盒运行流程如图1所示。

2 药盒的结构设计

为了保证实用性，体积上要求药盒能够存放一周左右的药量，但作为家用电器，药盒体积不宜设计过大。基于此需求，药盒尺寸设定为310 mm×310 mm×320 mm。药盒内部各功能模块高度集成，除电源适配器以外，其他部分均在产品内[6]。

该智能药盒主体由装载分拣模块和推出模块组成，控制系统由控制电路连接装置、电动机减速器旋转装置、报警装置等构成。物联网组件由WiFi模块、信号接收发射器等组成，药盒结构如图2所示。

[药盘][舵机、药盒][上下挡板][外壳][出药窗口][手触屏][电机、丝杆][上下隔板][同步带轮][外壳顶盖]

图2 药盒结构

2.1 装载分拣模块设计

智能药盒内部结构主要由上层装载分拣模块、下層推拉模块组成，其中，上层装载分拣模块包括药盘、药盒、旋转电机和同步带轮等。药盘设置有多个隔层，隔层用于存放药盒，同时，同步带轮与药盘的旋转中心相连，旋转电机用于控制同步带轮旋转。

2.2 推出模块设计

推出模块包括送药机构、推拉电机、推拉丝杆、上隔板和下隔板等组件，上隔板设置在动力输出层上侧，下隔板设置在动力输出层下侧，上隔板与下隔板用于分隔装载模块和推出模块，上隔板与下隔板间设置有药物掉落口，形成药物掉落通道。

在智能药盒工作的过程中，子女事先将药物存放在上层不同的小药盒中，待到服药时间，药盘会将装有需要服用药物的小药盒旋转至推拉机构上方，然后推拉机构打开挡板，小药盒在重力作用下落入推拉机构内，检测到药盒落入后，推拉电机驱动推拉丝杠旋转，将药盒送出。

2.3 控制系统设计

药盒控制系统涉及网络通信、机电控制及信息交互等功能的实现。基于此需求，本文选择Arduino主控板作为系统的控制核心，并结合L9110S药盒推拉模块、A4988电机驱动模块、DY-SC17F语音播放模块、ESP8266无线网通信模块及ATLLet035串口触摸屏实现控制系统的各功能需求。

当系统处于待机状态时，老人点击触控屏，触控屏将反馈电信号发送给Arduino主控板，随后Arduino主控板发出控制信号。A4988电机驱动模块接收到控制信号后，系统驱动步进电机旋转，进而实现药盘的转动或者药盒的推进与推出。药盒的网络通信功能由ESP8266无线网通信模块实现，通过互联网，药盒便可与网络服务器通信，实现老人服药信息的上传与下载，便于子女通过手机APP或其他方式，及时了解老人服药情况并进行提醒。药盒控制系统如图3所示。

3 结语

进入21世纪，中国人口结构日趋老龄化。随着社会的进步、经济的发展和人口素质的提高，老年人、残疾人等特殊群体越来越受到社会的关注。怎样让老人安度晚年，已成为人们关注的重点。经调查，由于消费群体的特殊性，老年人购买康复用品、护理用品困难。销售老年用品的零售店销售困难，顾客来得多，买得少，因为产品种类过少。针对以上问题，本设计所开发的智能药盒可设置老年人每日的药品用量，既智能又方便，可以使老人按时吃药、吃对药，并且通过短信发送装置，在老人不在药盒附近的情况下及时发送短信给子女来提醒老年人吃药，将会是一款受大众欢迎的产品。

参考文献：

[1]金维刚.我国人口老龄化面临的形势与对策[J].社会治理，2019（6）：14-16.

[2]张左己.关于老龄化的几点思考[J].中国社会保障，2019（11）：19-21.

[3]彭一航，方琴，谢莉玲，等.不同类型养老机构老年人服药依从性调查[J].中国护理管理，2020（3）：348-354.

[4]董峰.老年人服药应注意的问题[J].四川劳动保障，2016（12）：64.

[5]宗望远，顾林.机械设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2015：8.

[6]张荣主.机械原理[M].武汉：华中科技大学出版社，2015：9.