基于Raspberry Pi的智能药柜研究

郁鹏洋

摘   要：本研究旨在设计和开发一种基于Raspberry Pi的智能药柜，以提高药物管理的效率和准确性。智能药柜是一种集成物联网和人工智能技术的新型医疗设备，能够智能化地存放和监测药品。本研究采用了Raspberry Pi作为智能药柜的核心控制单元，利用其开源的特性和丰富的外部接口，实现了药品的识别、分类和存取控制功能。总体来说，本研究目的为设计一种基于Raspberry Pi的智能药柜，并验证了其在药品识别、分类和存取控制方面的有效性和可行性。未来，我们可能进一步优化系统性能，并探索更多的医疗场景下的应用可能性，以进一步提升智能药柜的实用性和普及度。

关键词：智能药柜；Raspberry Pi；物联网；药品管理；药品识别

一、背景研究

随着后疫情时代的来临，新冠的普及化，每个家庭都常备用了很多药品和防护用具，但是人们往往忽略了潜在的问题，比如误服过期药品、误服了两种相冲的药品、服用剂量不够准确、药品是否按要求存放、服药的间隔时间等。针对这些问题，已有的解决方案如线下问诊等不能方便快捷的满足人们的日常所需，同时市场上针对此方面的医疗器械如专业的医药柜等都是复杂且又成本较高并不适合大众家庭使用，因此为了解决用户错误服药等一系列的问题，设计一款集智能化与人性化的智能药柜系统已经迫在眉睫。

为了解决以上问题，本文结合多种产品的优点，从用户实际使用时易出现的问题的角度出发，设计一款基于树莓派（Raspberry PI）的智能药柜系统。在设计的智能药柜系统中，采用指纹模块以识别服药对象、采用扫码模块扫入条码编号、利用网络爬虫技术提取并存储药品信息、搭建数据库用于信息管理。通过以上设计结合开发的交互界面，保证了用户在正确的时间服用正确的药物。设想提出的系统实施成本较低、功能齐全，从用户使用需求出发，解决了现有产品无法识别身份、无法管理信息的问题。

二、研究课题

（一）系统硬件及电路设计

本文设计的智能药柜由树莓派主控板、条形码扫入模块、指纹识别模块、闹钟提醒模块、电磁锁模块和智能Android手机组成，系统总体架构如图所示。用户通过树莓派显示器进行人机交互，移动终端通过无线网络获得本地服务器数据库数据。

（二）树莓派（Raspberry Pi）服务器软件设计

智能药柜功能模块的驱动和上层通信均采用Python语言设计，功能代码在PyCharm平台上完成。指纹电路用于录入用户指纹，通过指纹特征值比对确认身份进入用户界面，显示用户信息。随后可以通过存取药品模块，扫入药品条码检索提取药品信息并存储、显示当前用户该服用的药物并取出、同时可以取出其他药品；可在服药设置模块选择药物后显示药品具体信息，并根据用法用量设置服药闹钟时间；可在信息查询模块查询服药记录、查询药品库存、查询存取药日志；可在参数设置模块设置用户信息和系统设置。流程图如下：

（三）移动端应用设计

应用程序（APP）的设计：Android手机开发采用Android Studio 3.0开发， 主要实现用户登录， 药箱绑定， 推送配置信息 （绑定药箱和短信接收人手机号码） ， 编辑并推送定时服药计划。接收药箱推送的信息等功能。手机APP模块包括存取药日志、健康信息、服药记录、药品库存信息和用户信息5个子模块，如图所示。其中：存取药日志模块用于查看存药和取药记录；健康信息模块用于查看用药禁忌；服药记录模块用于查看用户历史服药记录；药品库存信息模块用于查看药品信息及药品的剩余量；用户信息模块用于查看用户的个人信息。

（四）药箱本体设计

智能硬件 （药箱本体） 端功能设计主要能够实现系统时间同步， 用户信息绑定， 更新定时时间计划列表， 药品分发与取药监控， 信息推送， 语音提醒功能。设计图如下：

三、关键问题

为了顺利实现智能医药箱的制造以及数据统计，APP开发、在远程环境中网络通信对医药箱进行控制，本文拟运用以下方式：

1.将所获取的药品信息、用药剂量、保质期、服药时间等参数进行综合运用，扩充传感器节点的监测范围，并将数据信号通过中继器进行增强，以便实现远距离转发。

2.将Android手机终端、串口WiFi通过传输模块组网。

3.增强数据汇聚节点的功能。另外，汇聚节点也要具有网关的功能，将无线传感器网络与互联网联接，以实现无距离控制、设置网络。

4.利用购买的材料组装药箱，设计软件链接并测试。

5.通过近效期分析，利用手机端提示以便实现药品信息和库存的精细管理。

四、结语

已有的智能药柜在实际使用中存在系统复杂、实施困难、成本较高、功能相對单一等一系列问题，因此，文中基于树莓派主控设计一种智能药柜。在设计的智能药柜系统中，采用指纹模块以识别服药对象、使用扫码模块扫入条码编号、利用网络爬虫技术提取并存储药品信息、搭建数据库用于信息管理，以保证用户在正确的时间服用正确的药物。为了进一步提高系统的可用性，在Android Studio开发平台上设计基于智能保健系统的掌上管理应用程序（APP），APP可以远程查看和设置服务器的药品信息和用户信息。

基金项目：本文受到宿州学院省级大学生创新创业训练计划项目资助，项目编号S202310379093