沈艺高
摘要：本设计是一种基于智能手表的老年人给药系统。使用stm32f411re主控MCU;采用SYN6288语音提醒系统;以集成式生命体征传感器AS7024来实现医疗级血压测量及心电图测量;以电机驱动芯片L298N通过轴承旋转驱动存储格转动;采用ENS210温度与相对湿度传感器来采集湿度与相对湿度。它一方面具有传统智能给药器的提醒服药、短信报警等功能，又具有智能手表的生命体征监测、智能定位、实时交流等功能，同时还有储药数量更多、储药条件更科学等优点，能够较好地实现监督老年人服药、防止意外发生、实时定位交流等需求，具有一定的创新性与实用性。
关键词：老年人;智能给药系统;智能手表;设计
中图分类号：TB472 文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2019）03-0143-02
人口老龄化是全球重要的卫生问题，而我国是世界上老龄化速度最快的国家之一。国务院于2017年2月28日颁布的《十三五”国家老龄事业发展和养老体系建设规划》[1]指出：2016年我国60岁以上老年人口已超过2.3亿，占总人口比例达到16.7%。老年人是慢性病的高发群体，往往身患数病，联合用药几率增大。林津晶等调查指出福建省农村老年患者用药1～2种，占42.17%，用药3～5种的占34.50%，用药6种及以上占2.72%[2]。随着年龄的增长，老年人开始有健忘的症状，按时服药特别是不同时间服用不同的药物对老年人来说变得困难。现在市场上出现许多智能药盒，大多数是一种具有定时提醒功能的药品储物盒[3-4]。这种智能药盒虽然具有定时提醒功能，但是均无法监测患者是否服用药物，且由于需随身携带，体积不能太大，故储存的药量较小。为此，本设计是一种基于智能手表的老年人给药系统，将提醒装置与储存药盒分开，提醒装置为智能手表形式，不仅具有定时提醒功能，还具有监测老人的血压、脉博等参数及定位功能，当老人（特别是高血压病人）未按时服药或监测参数发生较大变化时，可以在监护人的手机上进行提示;另一方面，较大药物储盒，可以放置更多的药品，适应不同时间的服药提醒，同时药物储存条件比随身携带更好，利于药物的保存。
1 系统组成
本系统主要三部分组成：智能手表、储药装置、监护人手机APP设备，具体见图1。
1）智能手表。与类似普通智能手表，具有手表、通话、定时提醒、血压和脉搏监测及超限报警、远程定位、发送短信等功能。
2）储药装置。类似一个转盘，转盘分成若干储药小隔（这个小隔密闭、避光，利于药品储存），按容量大小设置20个左右的小隔，能够储存老年人5～7天（每天三次）的服药量。具有接受智能手表的信号后打开储药装置的服药格（固定）;自动将下一次的储药格转至服药格为下次服药作准备;红外检测服药格内有无药物;服药格常锁状态（只有当设定服药时间到，智能手表将信号发至储药装置时打开）;一键打开服药格盖子;储药装置温湿度监测等功能。
3）监护人手机APP设备。具有查看智能手表及储药装置相关参数、设置服药提醒时间、实时语音和视频交流、紧急远程開锁、实时定位智能手表位置等功能。
2 系统操作流程
当时间达到系统预先设置的服药时间，智能手表会用语音方式提醒佩戴手表的老年人按时服药，同时发送信号给储药装置打开服药格盖子。老年人从服药格取完药物完成服药后，设置在服药格上的下侧红外检测装置自动检测服药格有无药物。如检测服药格已无药物，服药格盖子自动关闭，系统取消提醒报警，同时启动机械齿轮将下一次的储药格转至服药格。如还有药物，则报警提醒继续，30分钟后还未完成服药动作，智能手表给监护人发送提醒信息，直到药盒内无药后，关闭提醒报警。具体见图2。
3 各功能模块的系统设计
3.1 智能手表模块的系统设计
1）主控设计。本设计使用stm32f411re主控MCU，工作主频能达到100MHz，能对各类信息进行高效处理，并具有低功耗、睡眠模式和掉电模式，大大提高手表的续航能力。拥有8kb的RAM以及256kb的flash。3个TAO定时器，可以满足多路键盘扫描的控制。支持2路UART串口通信，可实现与SYN6288语音模块和蓝牙模块的数数据通讯。支持3路SPI总线，可以与OLED显示模块连接，显示当前不同的状态。内置RTC时钟，可以配置为日历模式，提供了秒钟、分钟、小时、星期、日期月份和年份，同时它还具备可编程的闹钟功能，可以实现定时提醒服用药物的功能。采用STemWin图形用户界面，增加了手表的可操作性，并增加手表的美观程度。
2）语音提醒系统。采用SYN6288语音提醒系统。SYN6288是一款能够将汉字或英语字符直接转换为语音的一款芯片，它具备性价比高，效果自然等特点，其支持GB2312、GBK、BIG5等多种文本编码方式，可将任意的中文汉字和英文字符翻译成准确自然的语音，同时它内部还集成了智能算法，能够对输入的文本进行分析，可以正确识别出数值、号码、时间等关键词，被广泛应用于车载信息终端语音播器、电子地图、智能手机等地方。
3）蓝牙通迅设计。采用高性能HC05蓝牙串口模块。该模块是一款主从一体的蓝牙串口模块，可以同各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机等智能终端进行配对。本设计使用该模块来连接智能手表，实现智能手表、智能药盒、监护手机交互的功能。
4）生命体征传感器设计。以集成式生命体征传感器AS7024来实现医疗级血压测量及心电图测量。AS7024 HRM操作以光电容积脉搏波描记法（PPG）为基础，通过由血管调整的采样光来测量脉搏率，当血液脉冲通过时，血管会扩张和收缩。采用专有软件，分析并同步心率测量归RM）和心电图（ECG）测量以计算血压。
5）GPS/GSM功能设计。本系统选用芯讯通（SIMCOM）无线科技公司的SIM808模块。该模块为GSM+GPRS+GPS+蓝牙功能组合模块，采用SMT封装紧凑设计，电源电压为3.4～4.4V，可节省开发时间和应用成本。将stm32f411re相应串口分别与SIM808模块的RXD、TXD、GND接口相连，stm32f411re通过串口向SIM808模块发送AT指令，从而完成GPS定位和GSM短消息发送功能。本系统不仅支持中文短信，也能发送英文短信。SIM808模块集射频电路和基带于一体，提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息等提供快速、可靠、安全的传输。
3.2 储药装置模块的系统设计
1）机械电动装置。系统采用饼式桶形结构，上层外周分为多个药物存储小格，中间为电机，下层为控制系统。由电机通过轴承旋转带动储药小格转动。系统采用专用的电机驱动芯片L298N[5]。stm32f411re通过串口分别与L298N的4个输入驱动引脚IN1-IN4相连接，L298N的4个输出驱动引脚OUT1-OUT4连接电机的4根驱动线。该芯片具有驱动能力强、发热量低、抗干扰能力强的特点，采用大容量滤波电容，续流保护二极管，可能提高其稳定性。
2）温湿度监测。采用ENS210温度与相对湿度传感器。该传感器采用QFN4封装，内合一个I2C从属接口，用于与主处理器stm32f411re通信。ENS210作业温度范围介于0℃到70℃，精确度为±0.2℃;作业相对湿度范围介于0%至100%，精确度为±3.5%，以数字形式输出。在待机模式下ENS210消耗40nA的电流，在测量模式下电流消耗为7.1μA，故消耗极少的能量。
3.3 监护人手机APP模块的系统设计
储药装置通过无线蓝牙接口与智能手表连接，将服药情况及温湿度等信息实时地传送到智能手表上，然后利用手机网络上传至网络服务器进行数据保存，监护人通过手机APP实时获取老年人的服药信息，从而起到监督服药的效果。监护人还可以通过网络向智能手表发送自锁、开锁信号，智能手表接收到信号后与储药装置进行数据交流，实现储药装置远程锁定、开锁的功能。手机APP软件还可以提供监护人与老人之间语音、文字、视频等信息的交流，多方位提供监护、交流等功能。
4 结论
本设计是一种基于智能手表的老年人给药系统，它一方面具有提醒服药、短信报警等传统智能给药器的功能，同时具有生命体征监测、智能定位、实时交流等智能手表的功能，还具有储药数量更多、储药条件更科学等优点，能够较好地实现监督老年人服药、防止意外发生、实时定位交流等需求，具有一定的创新性与实用性。
參考文献
[1]中华人民共和国国务院.《国务院关于印发“十三五”国家老龄事业发展和养老体系建设规划的通知国发[2017]13号》（000014349/2017-00044）.2017-03-28：http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-03/06/content_5173930.htm
[2]林津晶，黄文龙.福建省农村老年人用药现状调查与分析[J].南京医科大学学报（社会科学版），2016，73（2）：105-110.
[3]张开生，陈江萍.基于嵌入式的服药提醒系统设计[J].电脑知识与技术，2017，13（26）：233-235.
[4]龚虹瑞，黄小莉.具有闹钟和短信提醒功能的智能药盒设计[J].西华大学学报（自然科学版），2014，33（5）：85-88.
[5]刘瑞芳，丁卫平，彭庆军等.基于CY7C68013A的无线毓电机控制系统的设计[J].电子技术，2016，（2）：30-31.
