智能药盒创新产品设计研制

智能药盒创新产品设计研制

摘要:以创新产品设计—智能药盒的研制为例,论述了生活中的小发明智能药盒的研究背景、技术方案、优点、具体实施方式,包括智能药盒的结构设计、智能控制系统设计、技术说明及结论。

关键词:智能药盒;研究背景;结构设计;智能控制系统设计;技术说明

随着科技的进步,医疗水平的提高,许多疾病已经可以通过简单的药物治疗得到缓解或治愈。而现代社会日趋老龄化,越来越多的老年人患上了糖尿病、心脑血管疾病、阿尔兹海默病等慢性疾病,需要长期不间断地服药。由于老人自理能力越来越差,而子女又忙于工作,因而需要一种智能药盒来提醒老人按时服药,同时,针对聋哑人、盲人等残疾人士也应有相应的智能药盒提醒其按时服药。目前市场上具有提醒功能的药盒大多只能通过声、光提示病人服药,其功能单一,不能满足各类人群的使用需要。鉴于以上原因,本智能药盒的目的在于提供一种不仅可以通过语音、强光进行报警提示,同时还可以弹出药盒以供病人取药,而有效避免病人漏服、错服药品的智能药盒。

1智能药盒技术方案

本实用新型智能药盒,包括壳体、设于壳体表面的数码显像管、控制按键、扬声器,以及壳体内的控制模块、警示模块;控制模块包括微处理器、功能驱动输出电路、时钟电路、时间显示电路、语音录放电路、电源单元。时钟电路、时间显示电路、语音录放电路及电源单元分别与微处理器电路连接;警示模块通过功率驱动输出电路与微处理器电路连接。本实用新型智能药盒可通过语音、强光进行报警提示,并可弹出药盒以供病人取药,进而可以有效避免病人漏服、错服药品。

2智能药盒优点

第一,可以设置服药时间及自行录入语音提示,时间到即可通过语音、强光及时提醒病人服药,避免了漏服。第二,可根据设置自动弹出不同药盒,即可根据不同的服药周期,弹出不同的药品,从而避免了错服。第三,若没有及时取走药品,即发出声、光报警,进一步提醒病人或看护者服药时间到,引起注意。第四,塑料吸盘作为药盒的底座,能够牢固吸附在任何平面上,不易碰倒。第五,内置纽扣电池,在关闭电源后,仍能保证系统保存数据,避免了数据丢失。第六,电源接口位于药盒底层背面,方便为装置提供电能。

3智能药盒具体实施方式

3.1智能药盒结构设计。(如图1所示)本智能药盒可以设置5个定时服药时间,每次定时时间到,通过语音、强光提示病人服药,并自动弹出相应的一层抽屉式小药盒,供病人取药。可以针对不同的服药周期(如一日2次、一日3次),弹出不同的药品,避免错服、漏服。本智能药盒,为一个内置多层抽屉式小药盒、智能控制电路、警示装置的盒体。盒体材料为ABS塑料。盒体主体为5层倾斜抽屉式小药盒;盒体上层为智能控制电路;盒体表面安装声光报警器、控制按键、8段式数码显示管、强光灯;盒体底层安装电源接口及塑料吸盘。所述倾斜抽屉式小药盒:每一层小药盒放置一次用药所需的药量,用吸盘式电磁铁吸附,每次到达预定的吃药时间,设置相应的一层电磁铁断电,其吸附的小药盒自动滑下。所述警示装置包括声光报警器、扬声器、强光灯。

3.2智能控制系统设计。图2是智能控制系统原理框图,智能控制电路包括以下几部分[1]:第一,微处理器MCU。主要用于数据处理,控制各模块工作;4个控制按键,其中三个按键与MCU直接连接,一个按键用于选择需要设定的参数,如当前时间、定时吃药时间等;一个用于设定参数值并设有查询功能;一个用于确认取药、复位报警;最后一个按键用于录制提示语音。第二,电源模块。用于转换电压,给整个装置各模块元器件供电。第三,时钟电路。产生系统所需的时钟信号。第四,时间显示电路。包括译码器、锁存器和8段式数码显示管,用于显示当前时间、定时时间,可以显示小时、分钟。第五,功率驱动输出电路PDC。用于驱动强光灯、声光报警器报警、打开各层抽屉式小药盒。第六,语音录放模块。用于通过装置内置麦克风录制提示语音,通过扬声器播放该语音或默认音乐。第七,控制按键、时钟电路、时间显示电路、功率驱动输出电路、语音录放模块分别与MCU连接,控制抽屉式小药盒的电磁铁、强光灯及声光报警器与功率驱动输出电路连接。内置纽扣电池,在关闭电源后,仍能保证系统保存数据,避免了数据丢失。

3.3智能药盒的技术说明。第一,系统通过电源适配器将交流220V转换为直流12V,作为智能药盒的电源接入药盒。单片机STC89C52作为微处理器(MCU)用于处理数据,控制各模块工作。由MC7805及电路组成的三端稳压电源模块,将直流12V转换成5V,给各模块供电[2],如图3所示。第二,时钟电路由涓流充电时钟芯片DS1302及其组成,为MCU提供时、分等时钟信号,接入MCU的P3端口。按键S1~S3直接接入MCU的P3端口。由三八译码器74HC138、锁存器74HC573、4个8段式数码显示管组成时间显示电路。MCU的P2端口输出3位二进制加权地址,经过译码器译码,生成位选通信号,逐个点亮4个数码显示管。MCU的P0端口输出8位二进制数据,通过锁存器输出给数码显示管,产生所需的字符。第三,UM2003作为功率驱动输出电路PDC,接收MCU的P1端口输出的驱动信号,驱动强光灯、声光报警器、电磁铁工作。第四,录音键S4、内置麦克风、扬声器接入录放模块ZY1420B中。可以通过按S4键,自行录制20秒语音。第五,按键S1,S2共同设置当前时间、第1次到第5次的服药时间。系统自动将时间数据存入MCU存储器中,并通过时间显示电路显示当前时间,按下S2键可以查询设置的5个服药时间。当到达第1次服药时间时,MCU输出控制信号给PDC相应的输入引脚,驱动PDC输出驱动信号给强光灯和第一层电磁铁,电磁铁断电,小药盒自动滑下。MCU同时输出控制信号给语音录放模块,模块通过扬声器连续播放录制的语音。病人取药后,按下复位键S3,把小药盒推回,扬声器、强光灯断电,系统记录取药次数、取药时间并保存,一次循环完成。第六,若病人在5分钟内没有按下复位键,则视为病人没有取走药品,MCU输出报警信号给PDC,PDC驱动声光报警器报警。直至有人按下复位键。同理,完成第2~5次取药过程。

4结语

通过大学生创新产品设计,智能药盒的研制已经达到了产品的设计要求,产品试件已经加工完成,准备批量生产投放市场。通过本次智能药盒创新产品的设计,培养了学生的创新精神和创新思维,也体现了当代大学生逻辑思维能力、产品设计能力、动手操作能力的结合。该产品已获得实用新型专利。

参考文献

[1]贺力克,邱丽芳.自动控制技术项目教程[M].北京:机械出版社,2018.

[2]孔凡才,陈渝光.自动控制原理与系统[M].北京:机械出版社,2019.

作者:刘国良 单位:北京电子科技职业学院