基于3D打印技术的手机遥控智能药盒研究与设计

    潘延召 李妍 孟颖

    

    

    摘 要：随着我国老龄化程度的不断加深，针对老年人容易出现的忘记服药、重复服药以及服错药的情况，设计研发一个可以可手机遥控的智能药盒就很有必要了。随着3D打印技术的成熟、成本的降低，无论是生活用品、生产食物、军事竞技还是医疗领域，3D打印技术都可得到很好地运用。随着我国智能制造的不断升级，3D打印技术正在不断渗透到各个行业领域中，并在技术升级过程中扮演着的重要角色。基于此，项目团队考虑将这种技术引入到生活制造之中，用于制造智能药盒，同时通过Wi-Fi无线通信模块将药盒数据信息与手机APP实现同步操控，既能满足生产厂家对于原材料价格的期望，降低生产成本，又能满足老年人日常生活中利用智能药盒进行药品的管理和控制，提高老年人的生活质量。

    关键词：3D打印;老年人;药盒包装材料;智能药盒

    一、绪论

    在日常生活过程中，很多老人都需要每日定时定量服药，在此过程中因为多种原因，人们经常会出现忘记服药、重复服药、服错误的药，严重时还可能会导致加重病情的情况发生。

    为了解决这一痛点，一些科研工作者设计研发相关的产品解决痛点。包括龚虹瑞设计的定时闹钟和短信提醒功能的智能药盒，但缺少使药盒实现定向移动的功能。吴亚栋提出的解决的方案有语音提醒功能，但缺乏手机Wi-Fi控制功能。王波提供的解决方案具有手机Wi-Fi功能，但材料上没有设计。还有待进一步完善。

    为解决这一问题，在前人基础上进行迭代完善，设计一种基于3D打印技术的手机Wi-Fi控制智能药盒。本设计软件智能系统是基于ARMCortex-M4为核心的32位微控制器。形状上采用上下结构，长宽高规格为15cm*10cm*13cm，上方放入STM32F4控制的智能药盒控制系统，控制芯片是嵌入进药盒内部之中，屏幕放在显眼方位。及时提醒及反馈服药，服错药的现象。通过主控制模块，结合语音提醒模式，通过Wi-Fi连接手机端，建立人机交互界面。同时通过Wi-Fi网络通信将药物用量与提醒信息传输到上位机监护人手机上，手机端实时监控记录，可以及时提醒用药，子女也可随时在线查看老人服药情况，提高老年人的被关注度，让老人在生活中有更多的舒适感。

    二、3D打印技术与智能药盒

    （一）3D打印技术简介

    三维打印技术从诞生就开始飞速发展，所包含和运用的领域众多，甚至可以用在精细的零部件上。2005年，首个高清晰彩色3D打印机由ZCorp公司研制出来;自此开始，陆续的世界上第一辆3D打印汽车Urbee;第一款3D打印比基尼;第一台3D巧克力打印机;第一架3D打印的飞机等纷纷出现。无论是生活用品、生产食物、军事竞技还是医疗领域，三维打印技术都可得到很好地运用，是新型技术的代表之一。

    三维打印拥有许多技术，根据不同的需求选择不同的材料，甚至可以在不同“层面”用以不同的材料进行结合。3D打印常用材料有很多，包括但不限于尼龙玻纤、聚乳酸、ABS树脂等多达10种，这些材料常见，被频繁地用于生活之中，其中还有一种类型材料可被作为三维技术打印药盒的首选——环保材料。使用这些环保材料打印的物体强度非常高，并且价格也要比传统的塑料低。

    （二）智能药盒设计思路

    智能药盒整体设计思路是基于3D打印技术的便携式环保药盒，具备结构紧凑，使用便捷，体积较小，方便药盒的开启和关闭，且便于随身携带，满足人员使用需求的优点，解决一般治疗或者保健用药需要定时定量服用，才能满足使用需求，而如果在日常出行过程中，不想随身携带瓶瓶罐罐，出去也不是很久的情况下，不想携带较多的药物，增加重量且不易携带的问题。这是一款具有智能分类、自动旋转、远程操控、定时提醒、语音识别等功能的智能药盒。

    （三）智能药盒控制系统框架圖设计

    3D打印智能药盒控制系统通过按键设置服药日期和时间，查看服药记录，闹钟提醒以及紧急呼叫功能。当用户说出药物名称时，语音识别系统也会提示药物的状态。同时，若提前预设的服药时间到达时，系统也会有提示声，以此提醒用户服药。同时，通信方式会采用无线Wi-Fi传输方式，将数据上传至手机平台上，方便家属或者医生监护和查询相关状况。

    （四）智能药盒软件设计

    智能药盒整体设计思路是基于硬件电路搭建完成程序设计，整体设计诸多核心芯片用于提供很多寄存器映射配置的库文件函数，从而实现库文件的调用比以往的寄存器的操作快捷很多，执行的效率提高很多，并可以跟不同的芯片进行兼容，本产品大多数是用库文件操作，增加了程序设计能力，程序实现了语言识别播放程序设计，温湿度程序设计，信息存储程序设计，闹铃提醒功能设计等，选取药物动作检测和Wi-Fi通信的程序。

    初始化函数GPIO_Int，对采集的引脚进行时钟和输入输出的配置，同时配置NVIC中断初始化，紧接着引脚采集电压，传输到内部A/D进行转换，系统提前预设光敏电压的开关值为150，如果开关值低于150，则智能药盒打开，病人取药服药，如果A/D值高于150，则表明药盒没有打开，中心处理器则通过通信网络上传数据，保存相应记录。

    三、结论与展望

    近些年来伴随着我国逐渐步入老龄化社会的现状。围绕着老年服务和相关产品智能化的提升，日益凸显出来越来越重要。本系统解决方案主要围绕着老年需要每日服药的需求，提供一个智能化的解决方案。方案整个系统以STC90C516为中心，设备同时具有时间显示、定时、显示药物用量、蜂鸣器提醒时间等功能。所使用的单片机抗干扰能力强、能耗低、可靠性高。整个系统只需要前期进行一次设置，即可实现后续的智能化提醒服药的相关功能。整个过程涉及的相关智能化工作单元模块有以下几个方面：

    智能药盒的定时器功能通过单片机来实现内部定时。通过LCD1602实现同步显示时间相关信息。这些时间信息包括用药时间提醒，用药量调整等。围绕时间提醒需要事先通过按键进行相关时间设置。在系统设定的时间点，蜂鸣器将进行声光信号的报警提醒。

    随着近年来我国政府大力提倡针对人口老龄化的相关政策扶持，以及老年群体在健康观念上的日益强化重视，同时对智能化、便携性、人性化的不断追求。电子药盒已成为一个很有现实意义和使用价值的电子装置。电子药盒不仅可以收纳不同的药品，还可以放置保健品，这样也可以不断拓展电子药盒的消费对象，扩大消费适用人群，提升电子药盒的适用价值。本人旨在通过相关设备的研制和开发为智能养老，提升老年人的生存质量提供可资借鉴的方法，更好地推动我国养老产业的智能化水平提升和发展，为更多的老年人带来便利。

    参考文献：

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    项目：天津市级大学生创新创业训练计划项目资助（编号201912105016）