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老人智能藥盒電路板設計


截至2016年底,我國60歲以上老年人口達2.3億,占總人口的16.7%,患有慢性病的老年人占比超過65%,總數接近1.5億人,其中失能、半失能老人近4000萬,而且我國的老齡化還在呈加速度上升狀態。慢性病需長期服用藥物治療,但老年人的記憶力卻隨著年齡的增長在不斷下降,忘記服藥的事情時常發生,或者想不起是否服藥。隨著現代生活節奏的增快,許多老人的子女不能常伴身邊。因此,圍繞老年人的醫療輔具設計逐漸成為研究熱點,老年人用的藥盒市場也具有很大的市場前景。

市場上已經有一些帶提醒功能的藥盒產品,功能簡單的藥盒以便攜式居多;而功能復雜的藥盒則費用較高,不易為廣大群眾接受。專門為老年人居家使用而設計的智能藥盒,需具有儲藥量大、能防誤服藥、包含多種提醒方式等,價格也要能為普通家庭接受。據此,設計了下文所述的智能藥盒。

一、老人智能藥盒的功能特點

因藥盒是專為老年人居家使用而設計的,具有針對性的功能特點:①為便于區分不同的藥,藥盒內設置多個大儲藥倉,可以把不同藥品放在不同的儲藥倉內,而且不需打開內包裝放入其中,既方便識別,又安全衛生;②藥盒能到時提醒服藥,提醒方式有視覺、聽覺和觸覺三種,適應存在部分器官功能障礙的人群使用;③藥盒具有防誤服藥功能,已服用不能再取,不需服用的藥品難以取出。

二、智能藥盒結構設計

作為居家使用,藥盒的外形尺寸較大,除了一個外接電源適配器外,其余的都包含在藥盒本體中。

2.1藥盒本體

藥盒本體如圖1所示,藥盒本體主要包括藥盒、儲藥倉、顯示屏、按鍵、話筒、USB插座、服藥提醒指示燈和儲藥倉指示燈等。

儲藥倉有多個,用于分別裝入不同品種的藥。為保證藥品安全衛生,將藥品至少帶一層內包裝放置于儲藥倉中,每個儲藥倉都較大。為明確各儲藥倉之間的區別,特設計成不同的形狀。每個儲藥倉旁邊分別對應設有一個儲藥倉指示燈,該指示燈亮表示需要服用該對應儲藥倉的藥。顯示屏為4行8列的漢字液晶點陣顯示屏,字大、顯示清晰。顯示屏在進行設置或查詢時,可以顯示各操作的詳細界面和信息內容;在提醒服藥時,能顯示服藥時間、服藥品種和服藥量。

圖 1 智能藥盒本體示意圖

按鍵有4個,分別是:“設置/確認”、“退出/取消”、“+”、和“-”,各按鍵的具體功能根據操作步驟而定,與顯示屏內容相關。話筒用于自錄音,這一功能特別適合于聽不懂普通話的人群。另外,喜歡聽自己親人聲音的老人也是非常具有親切感的。內置的喇叭提供提示音的播放功能。服藥提醒指示燈在當提醒服藥時高亮閃爍,提高視覺提醒效果。USB插座用于將移動提示設備進行充電和數據通信用。

2.2儲藥倉

儲藥倉外形為柱狀,橫截面形狀各異,可以適應于常用的內服藥包裝形式,如瓶裝、泡罩包裝、條形包裝、雙鋁包裝和袋包裝等。儲藥倉如圖2所示,每個儲藥倉由藥倉盒、藥倉蓋、托板、平點和觸摸點等組成。藥倉盒為藥品的容器。藥倉蓋上有若干個用于安裝觸摸點的孔。觸摸點有兩種,圓形的和半圓形的,圓形的可表示藥品的粒數,半圓形的可用于表示半粒藥。觸摸點凸起在藥倉蓋之上,用于表示服藥量,根據實際自行設置。藥倉蓋上多余的孔用平點填充補齊。通過觸摸的方式識別,對于視覺和聽覺較差的老年人很有幫助。簡單的觸摸方式不需要使用者學習盲文,能為大多數老年人所接受。

圖 2 儲藥倉剖視圖

2.3頂升機構

為解決誤服藥的問題,采取的方式是將需要服用的藥品儲藥倉頂升一定的高度,便于開蓋取藥,取藥后將儲藥倉按回原位。當儲藥倉未頂起時,很難將藥品取出,這樣保證不會服錯藥,也不會重復服藥,而該服又未服的儲藥倉始終處于頂起狀態,各提示方式持續提醒,避免漏服藥。

每個儲藥倉下均設有一套頂升機構,主要包括基座、電磁鐵、極限開關、頂升桿、彈簧和限位板等零部件,其中基座是其他零部件的安裝基礎,電磁鐵、極限開關和限位板都固定安裝在基座上,彈簧放置于頂升桿的內腔中,頂升桿插在基座的頂升桿導向槽中。頂升機構如圖3所示。

圖 3 智能藥盒頂升機構剖視圖

電磁鐵的主要結構包括線圈、芯軸和回復彈簧。當線圈通電后,在磁力作用下,芯軸被吸引,克服回復彈簧的彈力向左移動;當線圈斷電后,磁力消失,芯軸在回復彈簧的作用下向右移動。

頂升機構的工作原理:當頂升桿按下后,如果電磁鐵的線圈未通電,回復彈簧將芯軸頂出,插入到頂升桿的凸臺上,從而使頂升桿被鎖止在下位;當線圈通電后,芯軸被吸引克服回復彈簧的彈力,當芯軸移動超出頂升桿的凸臺后,頂升桿在彈簧的彈力作用下向上移動,為防止頂升桿彈出基座的導向槽,限位板可以起阻擋作用,限制其最大頂升高度。當彈簧彈起后,線圈不需要持續通電,讓回復彈簧的彈力使芯軸始終保持貼緊頂升桿側壁。在這種狀態下,隨時可以按壓頂升桿到底,芯軸又將在回復彈簧的作用下,自動銷住頂升桿的凸臺,使頂升桿被鎖止在下位。當頂升桿按下時,儲藥倉的底部剛好能觸碰極限開關,通過該信號可識別儲藥倉是否按壓回到原位。

三、智能藥盒硬件電路設計

控制系統如圖4所示。智能藥盒采用STM32作為主控制器,輸出控制7路電磁鐵、7個儲藥倉指示燈、1個服藥提醒指示燈,輸入檢測7個儲藥倉按下狀態、4個按鍵,連接了1個液晶顯示屏、1個錄放音模塊、1個時鐘芯片、1個EEPROM和1個USB信息同步接口。

圖 4 智能藥盒控制系統框圖

電源采用雙電源供電方式,當使用交流電時,接入外置的電源適配器,電源適配器轉換成直流電供藥盒工作。藥盒內部設有電源轉換電路,以提供內部不同器件使用的不同電壓,同時給內部的充電電池充電;當外部交流電斷開時,自動使用內部電池供電,保證藥盒正常工作。

當使用便攜式提醒器時,必須讓其與藥盒中的設置數據同步。在進行藥盒設置時,用一條USB數據線通過藥盒上的USB信息同步接口將便攜式提醒器與藥盒連接,當設置完成后,設置數據即可同步到便攜式提醒器上。當需要服藥時,便攜式提醒器即提供振動提醒。當便攜式提醒器電量不足時,可以通過連接USB數據線對便攜式提醒器進行充電。

四、智能藥盒軟件設計

智能藥盒系統在主程序控制下,還包括儲藥倉控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊、錄放音模塊和時間獲取模塊等子程序。藥盒開機后,軟件系統先自檢,然后進入待命狀態,系統循環檢測按鍵狀態,當有按鍵按下時,根據不同按鍵進入相應程序。在任何時候,如果設置的服藥時間到,就退出當前狀態,進入提醒服藥狀態,直到服藥完成為止。

在待命態,可以進行系統設置和信息查詢。系統設置中可以進行校時和儲藥倉設置。儲藥倉設置中可選擇每個儲藥倉進行單獨設置,設置內容包括服藥時間、服藥量、提醒方式、錄音和加藥等。信息查詢中可查詢所有的設置信息和最近一個月內的歷史服藥信息。

總結

上述智能藥盒巧妙地將結構設計與電控技術有機結合,采用了視覺、聽覺和觸覺三種提醒方式同步提醒,解決了許多老人因部分功能障礙影響正常服藥的問題。該藥盒能適應大多數居家老人使用,具有較好的市場推廣價值。

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