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客户成功故事与项目成功案例

老人智能药盒电路板设计


截至2016年底,我国60岁以上老年人口达2.3亿,占总人口的16.7%,患有慢性病的老年人占比超过65%,总数接近1.5亿人,其中失能、半失能老人近4000万,而且我国的老龄化还在呈加速度上升状态。慢性病需长期服用药物治疗,但老年人的记忆力却随着年龄的增长在不断下降,忘记服药的事情时常发生,或者想不起是否服药。随着现代生活节奏的增快,许多老人的子女不能常伴身边。因此,围绕老年人的医疗辅具设计逐渐成为研究热点,老年人用的药盒市场也具有很大的市场前景。

市场上已经有一些带提醒功能的药盒产品,功能简单的药盒以便携式居多;而功能复杂的药盒则费用较高,不易为广大群众接受。专门为老年人居家使用而设计的智能药盒,需具有储药量大、能防误服药、包含多种提醒方式等,价格也要能为普通家庭接受。据此,设计了下文所述的智能药盒。

一、老人智能药盒的功能特点

因药盒是专为老年人居家使用而设计的,具有针对性的功能特点:①为便于区分不同的药,药盒内设置多个大储药仓,可以把不同药品放在不同的储药仓内,而且不需打开内包装放入其中,既方便识别,又安全卫生;②药盒能到时提醒服药,提醒方式有视觉、听觉和触觉三种,适应存在部分器官功能障碍的人群使用;③药盒具有防误服药功能,已服用不能再取,不需服用的药品难以取出。

二、智能药盒结构设计

作为居家使用,药盒的外形尺寸较大,除了一个外接电源适配器外,其余的都包含在药盒本体中。

2.1药盒本体

药盒本体如图1所示,药盒本体主要包括药盒、储药仓、显示屏、按键、话筒、USB插座、服药提醒指示灯和储药仓指示灯等。

储药仓有多个,用于分别装入不同品种的药。为保证药品安全卫生,将药品至少带一层内包装放置于储药仓中,每个储药仓都较大。为明确各储药仓之间的区别,特设计成不同的形状。每个储药仓旁边分别对应设有一个储药仓指示灯,该指示灯亮表示需要服用该对应储药仓的药。显示屏为4行8列的汉字液晶点阵显示屏,字大、显示清晰。显示屏在进行设置或查询时,可以显示各操作的详细界面和信息内容;在提醒服药时,能显示服药时间、服药品种和服药量。

图 1 智能药盒本体示意图

按键有4个,分别是:“设置/确认”、“退出/取消”、“+”、和“-”,各按键的具体功能根据操作步骤而定,与显示屏内容相关。话筒用于自录音,这一功能特别适合于听不懂普通话的人群。另外,喜欢听自己亲人声音的老人也是非常具有亲切感的。内置的喇叭提供提示音的播放功能。服药提醒指示灯在当提醒服药时高亮闪烁,提高视觉提醒效果。USB插座用于将移动提示设备进行充电和数据通信用。

2.2储药仓

储药仓外形为柱状,横截面形状各异,可以适应于常用的内服药包装形式,如瓶装、泡罩包装、条形包装、双铝包装和袋包装等。储药仓如图2所示,每个储药仓由药仓盒、药仓盖、托板、平点和触摸点等组成。药仓盒为药品的容器。药仓盖上有若干个用于安装触摸点的孔。触摸点有两种,圆形的和半圆形的,圆形的可表示药品的粒数,半圆形的可用于表示半粒药。触摸点凸起在药仓盖之上,用于表示服药量,根据实际自行设置。药仓盖上多余的孔用平点填充补齐。通过触摸的方式识别,对于视觉和听觉较差的老年人很有帮助。简单的触摸方式不需要使用者学习盲文,能为大多数老年人所接受。

图 2 储药仓剖视图

2.3顶升机构

为解决误服药的问题,采取的方式是将需要服用的药品储药仓顶升一定的高度,便于开盖取药,取药后将储药仓按回原位。当储药仓未顶起时,很难将药品取出,这样保证不会服错药,也不会重复服药,而该服又未服的储药仓始终处于顶起状态,各提示方式持续提醒,避免漏服药。

每个储药仓下均设有一套顶升机构,主要包括基座、电磁铁、极限开关、顶升杆、弹簧和限位板等零部件,其中基座是其他零部件的安装基础,电磁铁、极限开关和限位板都固定安装在基座上,弹簧放置于顶升杆的内腔中,顶升杆插在基座的顶升杆导向槽中。顶升机构如图3所示。

图 3 智能药盒顶升机构剖视图

电磁铁的主要结构包括线圈、芯轴和回复弹簧。当线圈通电后,在磁力作用下,芯轴被吸引,克服回复弹簧的弹力向左移动;当线圈断电后,磁力消失,芯轴在回复弹簧的作用下向右移动。

顶升机构的工作原理:当顶升杆按下后,如果电磁铁的线圈未通电,回复弹簧将芯轴顶出,插入到顶升杆的凸台上,从而使顶升杆被锁止在下位;当线圈通电后,芯轴被吸引克服回复弹簧的弹力,当芯轴移动超出顶升杆的凸台后,顶升杆在弹簧的弹力作用下向上移动,为防止顶升杆弹出基座的导向槽,限位板可以起阻挡作用,限制其最大顶升高度。当弹簧弹起后,线圈不需要持续通电,让回复弹簧的弹力使芯轴始终保持贴紧顶升杆侧壁。在这种状态下,随时可以按压顶升杆到底,芯轴又将在回复弹簧的作用下,自动销住顶升杆的凸台,使顶升杆被锁止在下位。当顶升杆按下时,储药仓的底部刚好能触碰极限开关,通过该信号可识别储药仓是否按压回到原位。

三、智能药盒硬件电路设计

控制系统如图4所示。智能药盒采用STM32作为主控制器,输出控制7路电磁铁、7个储药仓指示灯、1个服药提醒指示灯,输入检测7个储药仓按下状态、4个按键,连接了1个液晶显示屏、1个录放音模块、1个时钟芯片、1个EEPROM和1个USB信息同步接口。

图 4 智能药盒控制系统框图

电源采用双电源供电方式,当使用交流电时,接入外置的电源适配器,电源适配器转换成直流电供药盒工作。药盒内部设有电源转换电路,以提供内部不同器件使用的不同电压,同时给内部的充电电池充电;当外部交流电断开时,自动使用内部电池供电,保证药盒正常工作。

当使用便携式提醒器时,必须让其与药盒中的设置数据同步。在进行药盒设置时,用一条USB数据线通过药盒上的USB信息同步接口将便携式提醒器与药盒连接,当设置完成后,设置数据即可同步到便携式提醒器上。当需要服药时,便携式提醒器即提供振动提醒。当便携式提醒器电量不足时,可以通过连接USB数据线对便携式提醒器进行充电。

四、智能药盒软件设计

智能药盒系统在主程序控制下,还包括储药仓控制模块、显示模块、按键模块、录放音模块和时间获取模块等子程序。药盒开机后,软件系统先自检,然后进入待命状态,系统循环检测按键状态,当有按键按下时,根据不同按键进入相应程序。在任何时候,如果设置的服药时间到,就退出当前状态,进入提醒服药状态,直到服药完成为止。

在待命态,可以进行系统设置和信息查询。系统设置中可以进行校时和储药仓设置。储药仓设置中可选择每个储药仓进行单独设置,设置内容包括服药时间、服药量、提醒方式、录音和加药等。信息查询中可查询所有的设置信息和最近一个月内的历史服药信息。

总结

上述智能药盒巧妙地将结构设计与电控技术有机结合,采用了视觉、听觉和触觉三种提醒方式同步提醒,解决了许多老人因部分功能障碍影响正常服药的问题。该药盒能适应大多数居家老人使用,具有较好的市场推广价值。

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