CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
76
KHOA H
ỌC
THIẾT KẾ TỦ THUỐC TỰ ĐỘNG AN TOÀN CHO NGƯỜI GIÀ NEO ĐƠN
DESIGN A SAFE AUTOMATIC MEDICINE CABINET FOR LONELY OLD MAN Lương Phúc Xuân Hưởng1,*, Vũ Thị Bích Hồng1, Đặng Cẩm Thạch2 TÓM TẮT Tủ thuốc tự động an toàn cho người già neo đơn là dự án chế tạo một tủ thuố
c
tự động có chức năng tự nhả thuốc và báo giờ nhắc nhở uống thuốc. Tủ thuố
c này
có thể cài đặt thời gian và số lượng thuốc thông qua ứng dụng trên Android và kế
t
nối thông qua bluetooth. Dữ liệu được lưu trữ trong SQLite trên điện thoạ
i và ROM
trên mạch điều khiển. Hệ thống lấy thời gian thực từ DS1307 và có sử dụng còi đểbáo giờ. Các viên thuốc được chứa trong bộ phận cơ khí đặc biệt và được điều khiể
n
bằng các động cơ servo. Các thành phần cơ khi này sẽ đẩy ra 1viên thuốc khi đượ
c
hoạt động và viên thuốc sẽ rơi xuống khoang chứa được đặt ở dưới. Số lượng thuố
c
sẽ phụ thuộc vào giờ và thời gian người dùng cài đặt. Bộ phận cơ khí này được thiế
t
kế cho kích cỡ thuốc nhất định và được tạo bằng công nghệ in 3D. Từ khóa: Tủ thuốc tự động, mạch điều khiển. ABSTRACT
Safe automatic medicine cabinet for lonely elderly people is a project to
create an automatic medicine cabinet with the function of self-
dispensing
medicine and alarm
reminder to take medicine. This medicine cabinet can set the
time and quantity of medicine through the Android application and connect via
bluetooth. Data is stored in SQLite on the phone and ROM on the control circuit.
The system takes real time from the
DS1307 and uses a buzzer to tell the time. The
pills are contained in a special mechanical unit and controlled by servo motors.
These mechanical components will eject a pill when activated and the pill will fall
into the compartment placed below. The amoun
t of medicine will depend on the
hour and time the user sets. This mechanical part is designed for a certain drug
size and is created using 3D printing technology. Keywords: Automatic medicine cabinet, control circuit. 1Lớp Kỹ thuật máy tính 02 - K14, Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội2Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: nguoidep0ten @gmail.com 1. GIỚI THIỆU Trong thời đại phát triển của khoa học và công nghệ, chúng ta đang chứng kiến sự gia tăng đáng kể của số lượng người già neo đơn trong xã hội. Họ thường gặp phải nhiều khó khăn trong việc tự chăm sóc sức khỏe của mình, đặc biệt là việc sử dụng thuốc. Trong nhiều trường hợp, họ có thể nhầm lẫn giữa các loại thuốc,quên sử dụng, không dùng đúng liều lượng hoặc không đúng thời gian. Điều này gây ra các vấn đề về sức khỏe cho người sử dụng. Do đó, việc thiết kế một tủ thuốc tự động an toàn cho người già neo đơn trở thành một nhu cầu thiết yếu để giúp đỡ họ trong việc tự quản lý sức khỏe. Nghiên cứu này hy vọng sẽ mang lại giá trị thực tế cho cộng đồng và đóng góp tích cực vào sự phát triển của xã hội. Nghiên cứu nhằm tạo ra một sản phẩm dễ sử dụng và tiện lợi, giúp người già neo đơn quản lý thuốc một cách đơn giản hơn. Tủ thuốc tự động sẽ được thiết kế với giao diện thân thiện và các chức năng đơn giản để dễ dàng lựa chọn, xếp dỡ và lấy thuốc. Ngoài ra, thiết kế còn giúp cải thiện chất lượng cuộc sống của người già neo đơn. Bằng cách giúp họ tự quản lý sức khỏe một cách hiệu quả và an toàn, tủ thuốc tự động sẽ giảm bớt gánh nặng và lo lắng về việc sử dụng thuốc, đồng thời tạo ra một môi trường sống tốt hơn cho người già neo đơn. 2. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG Tủ thuốc được thiết kế với nguồn vào 12 - 24VDC thông qua jack nguồn 5,5mm. Điện áp vào sẽ thông qua 2 module hạ áp để cung cấp điện áp ổn định cho các thành phần bên trong. Một màn hình LCD được sử dụng để hiển thị thời gian và các thông báo cho người dùng. Các nút nhấn để giao tiếp với người dùng cho các chức năng như xem dữ liệu trong ROM, cài đặt thời gian. Hình 1. Sơ đồ khối hệ thống
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 77
Mạch điều khiển sử dụng Board STM32F103C8T6 BluePill để làm nhiệm vụ là vi xử lý chính. Các ngoại vi như ROM, RTC, LCD sử dụng giao tiếp I2C với vi điều khiển để tiết kiệm chân IO. Để giao tiếp với điện thoại thông qua Bluetooth mạch sử dụng Module Bluetooth HC05 giao tiếp với vi điều khiển thông qua giao thức UART. Các động cơ servo được điều khiển bằng xung PWM và sử dụng nguồn riêng. Các động cơ này gắn với các bộ phận cơ khí để thực hiện các nhiệm vụ của hệ thống. 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hệ thống được thiết kế dựa vào các module có sẵn để giảm bớt gánh nặng cho quá trình thiết kế mạch điện và đảm bảo sự ổn định. Hệ thống được thiết kế bằng phần mềm Altium Designer 20. Hình 2. Sơ đồ khối nguồn Hình 3. Khối vi điều khiển Khối nguồn sử dụng ba thành phần hạ áp để hạ điện áp vào từ jack DC thành các mức điện áp phù hợp với các thành phần linh kiện. Module XL2596 được sử dụng để hạ điện áp xuống 5V cấp nguồn cho các động cơ Servo. Các module và thành phần khác được cấp nguồn bằng Module QS-1205 với điện áp 5V. Vi điều khiển sử dụng điện áp 5V từ Module QS1205 để hạ xuống mức điện áp 3,3V cấp nguồn cho vi điều kiển chính. Vi điều khiển sử dụng ở đây là vi điều khiển STM32F103C8T6 để xử lý dữ liệu và điều khiển các Servo. Để đơn giản trong quá trình thiết kế và nghiên cứu nhóm sử dụng Board STM32F103C8T6 Blue Pill. Board này sử dụng chip STM32F103C8T6 để làm vi điều khiển chính và có sẵn các linh kiện như tụ trở thạch anh và các chân của IC được nối ra các Jump 2,54mm để thuận tiện trong việc sử dụng. Hình 4. Khối Module Bluetooth Hệ thống giao tiếp với điện thoại thông qua kết nối Bluetooth với sự trợ giúp của Module HC05. Module HC05 giao tiếp với vi điều khiển thông qua giao thức UART [1]. Hình 5. Còi báo âm thanh Hệ thống được trang bị 1 còi báo để thông báo cho người dùng đã đến thời gian đặt trước. Hình 6. Khối các nút nhấn
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
78
KHOA H
ỌC
Người dùng có thể giao tiếp với hệ thống bằng 4 nút nhấn được đặt trên bảng mạch và 1 nút nhấn để reset chip. Các nút nhấn phục vụ quá trình cài đặt thời gian và kiểm tra các thiết lập giờ đã cài đặt. Hình 7. Khối giao tiếp I2C Màn hình LCD để hiển thị các thông tin cho người dùng như thời gian hiện tại hoặc thông tin về các dữ liệu mới được truyền xuống từ điện thoại di động. Màn hình và bộ đếm thời gian cùng bộ nhớ ROM sử dụng chung giao thức I2C để giao tiếp. Các ngoại vi này sử dụng thư viện để lập trình [2]. Điều này giúp giảm số lượng dây cần kết nối với các thành phần và tiết kiệm chân IO cho vi điều khiển. Hình 8. Mạch điện Toàn bộ các linh kiện được đặt trên board mạch kích thước 10x15cm. Mạch được làm bằng phương pháp ủi nhiệt thủ công và ăn mòn bằng hóa chất. Các động cơ servo được kết nối tới mạch bằng dây cáp 3 pin để tăng độ linh động. 4. THIẾT KẾ CƠ CẤU CƠ KHÍ Để thực hiện được chức năng nhả thuốc theo cài đặt thì tủ thuốc cần có một cơ cấu cơ khí cho phép sử dụng động cơ servo để thực hiện thao tác nhả viên thuốc ra. Cơ cấu này yêu cầu sự chính xác về số lượng và kích thước không quá lớn. Việc đầu tiên là cần chuyển đổi chuyển động tròn của tay đòn servo thành chuyển động tịnh tiến. Để thực hiện việc này, nhóm tác giả có tham khảo mẫu in 3D trên các trang web nước ngoài [3]. Hình 9. Khối biến đổi chuyển động Hình 10. Hình ảnh thực tế Sau khi có chuyển động tịnh tiến thì cần một phương pháp để đáp ứng đúng số lượng thuốc và có khả năng lưu trữ thuốc. Lấy ý tưởng từ cấu tạo của băng đạn ta có được mô hình sau. Phần khoang chứa có thể chứa được 1 viên thuốc để sẵn sàng đẩy ra. Sau khi đẩy ra viên thuốc được rơi xuống vị trí định sẵn để người dùng lấy sử dụng. Toàn bộ cơ cấu này được tạo ra bằng vật liệu nhựa và công nghệ in 3D. Hình 111. Cơ chế khoang chứa Hình 12. Ảnh thực tế khoang chứa
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 79
Các thành phần được ghép với nhau tạo thành 1 cơ cấu cơ khi hoàn chỉnh. Các cơ cấu này được thiết kế chuyên biệt cho một loại kích thước viên thuốc nhất định. Nếu cần sử dụng cho các loại thuốc có kích thước khác thì cần chỉnh sửa phần khoang chứa. Hình 13. Hình ảnh thực tế bộ phận đẩy thuốc (trạng thái thu) Hình 14. Hình ảnh thực tế bộ phận đẩy thuốc (trạng thái nhả) 5. THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN Hình 15. Giao diện màn hình chính ứng dụng Ứng dụng điều khiển được thiết kế bằng phần mềm Android Studio và viết bằng ngôn ngữ Java. Ứng dụng được thiết kế tương thích với các dòng điện thoại từ phiên bản Android 8.0 trở lên. Ứng dụng cần được cấp quyền điều khiển chức năng Bluetooth trên điện thoại và không yêu cầu quyền gì thêm. Để ứng dụng có thể hoạt động chính xác thời gian thì cần cài đặt thời gian của điện thoại chính xác. Toàn bộ ứng dụng có ba giao diện chính là màn hình chính, giao diện kết nối, giao diện thêm dữ liệu. Giao diện chính sẽ chia làm ba phần chính. Phần đầu tiên sẽ có nhiệm vụ hiển thị thời gian hiện tại của máy. Phần tiếp theo là danh sách sử dụng ListView để hiển thị danh sách các dữ liệu có trong bộ nhớ máy. Cuối cùng là 2 Icon để chuyển qua chế độ cài đặt kết nối hoặc thêm dữ liệu. Hình 16. Giao diện màn hình thêm dữ liệu Hình 17. Giao diện cài đặt kết nối
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
80
KHOA H
ỌC
Giao diện chương trình nhập dữ liệu bao gồm bốn thành phần chính. Thành phần đầu tiên là TimePicker để chọn thời gian như giờ và phút. Phần tiếp theo là phần cài đặt thứ trong tuần. Các ngày trong tuần được hiển thị bằng TextView và khi chọn vào sẽ có hiệu ứng đổi màu nền. Tiếp theo đó là các khối để cài đặt số lượng thuốc sẽ nhả khi đến khoảng thời gian theo cài đặt bên trên. Khối này gồm 2 icon tăng giảm số lượng và số lượng sẽ được hiển thị dưới dạng số. Người dùng có thể tăng giảm theo ý muốn. Cuối cùng là 2 Button để lưu dữ liệu hoặc thoát ra màn hình chính. Khi nhấn Button Lưu thì dữ liệu vừa được nhập sẽ được gửi đến màn hình chính đóng lại giao diện hiện tại. Giao diện cài đặt gồm 2 Icon để bật tắt Bluetooth và bắt đầu tìm kiếm. Icon bật tắt bluetooth sẽ thay đổi tùy theo trạng thái của chức năng Bluetooth. Khi mới vào thì danh sách các thiết bị sẽ bị ẩn đi. Sau khi nhấn tìm kiếm thì danh sách này mới hiện lên. Khi kết thúc tìm kiếm người dùng có thể nhấn vào các thiết bị trong danh sách để thực hiện kết nối. Các thiết bị được hiển thị với tên và địa chỉ MAC của thiết bị đó. Sau khi nhấn ứng dụng sẽ tiến hành kết nối và thông báo kết quả cho người dùng. 6. KẾT LUẬN Sau quá trình nghiên cứu và thử nghiệm tủ thuốc tự động an toàn cho người già neo đơn đã hoàn thành và thực hiện được các chức năng cơ bản với các ưu điểm sau: Có thể chạy đủ các chức năng chính cần thiết; Thông tin hiển thị thời gian đầy đủ và chính xác; Thiết kế các thành phần nhỏ gọn; Dễ dàng phát triển thêm các chức năng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Module HC05, Available: https://components101.com/sites/ default/les/component_datasheet/HC-05%20Datasheet.pdf. [2]. L. L. I2C. Available: https://github.com/nguyenkhue2608/ STM32_Device_Lib/tree/master/CLCD_I2C [3]. DesignCell. Available: https://www.thingiverse.com/thing:3118744.
