智能分药器：精准用药管理系统

项目动机

现有分药器分非电动和自动两类，虽多有提醒功能，但均需人工按日/周装填药格，导致患者依赖他人。疫情下家属/护工探视困难，亟需一款免人工整理、无障碍交互、助患者独立用药的智能分药器。市面主流产品仍有巨大改进空间。

系统架构

SmartPill 含两大子系统：

• SmartPill Dispenser：实体设备，负责药丸整理、存储、分发，作为患者主交互界面
• SmartPill Web App：Web 管理界面，医生/监护人远程配置药方、追踪服药记录

医生可在 Web 配置最多 4 种药，每种药每天最多 3 次服药时间，远程调整剂量无需患者操作。针对痴呆、视障、听障人群设计：大屏幕引导装药、声光提醒准时服药。智能机构自动分配药丸至对应仓位，定时定量出药。设备经 AVR-IoT 板 WiFi 接入 AWS 云，实现远程监控配置。App 记录服药情况，漏服自动通知家属。

分药器机械结构

除屏幕外全 3D 打印（PLA），STL 文件开源。核心部件：

1. 底座：支撑整机，含超声波传感器安装孔、出药翻板
2. 滑块：顶部承载药仓，底部斜坡导药至翻板，内部预留电子仓
3. 侧板：防潮、防尘、隔热
4. Nextion NX8048T070 7寸触摸屏：人机交互界面
5. 上盖组件：防护（上）、隔离药仓与转鼓（下）
6. Parallax 360° 反馈舵机：驱动转鼓定位
7. 转鼓：连接外部与药仓的旋转通道
8. 后门：滑块进出维护通道
9. 扬声器：语音播报
10. HC-SR04 超声波传感器：检测取药杯是否就位
11. 药仓 ×4：各含 SG90 舵机，定时定量出药。原型 4 仓，可扩展

组装指引

1. 滑块分三段打印，先热熔嵌螺母组装主体，电子装入后再装盖
2. 药仓组装：部件 1+7 连接并固定 SG90，部件 3+4（含轴承）组装，最后装部件 2，整体锁在滑块顶部
3. 屏幕锁侧板，插排线；两侧板卡入底座至咔哒声
4. 上盖两件嵌螺母，夹入转鼓与 Parallax 舵机并锁紧
5. 最后锁后门

电子系统

主控 Arduino Mega 2560，负责：

• 4 路 SG90 舵机（药仓出药）+ 1 路 Parallax 360° 舵机（转鼓定位）
• Nextion 触摸屏交互
• RTC 实时时钟（I2C）
• 声音反馈
• AVR-IoT 板串口通信（UART）
• 4 对 IR 红外对管检测出药

建议在木板上按原理图焊接排线或自制 PCB。原理图见文末。

Web App 开发

目标：简化设备配置与他人用药监管。核心功能：

• 易用的设备初始化：患者信息、药品、剂量、时间
• 服药记录监控

技术栈

• 后端：AWS API Gateway (HTTP API REST)
• 前端：Ionic + Angular（免费开源，基于 NodeJS，提供 iOS/Android 原生组件，用 HTML/CSS/JS/Angular 开发）

需预装 Node.js。Ionic 官方文档指导快速上手。关键步骤：

$ npm install -g @ionic/cli
$ ionic start smartpill-webui blank
$ cd smartpill-webui
$ ionic serve

应用结构

路由模块 app-routing.module.ts 定义导航，支持参数传递。核心服务 post.service.ts 封装 HTTP 交互（GET/POST/DELETE/PUT），定义 Post/Dep/Log 接口。配置页面 page-config 列出所有药方，FAB 按钮跳转编辑页 page-edit-pill（新建/编辑复用，通过路由参数区分）。编辑页用 Ionic 组件（多选时间段、药名输入）采集数据提交 API。列表页用 Angular 生命周期钩子自动刷新。删除操作带二次确认弹窗。日志页 page-status 只读展示服药历史，含时间图标、日期、患者名、药品名。

AWS 无服务器架构

全无服务器架构，自动弹性伸缩，按量付费。核心服务：

• AVR-IoT 板：MQTT 接入 AWS IoT Core，双向通信（下发分药指令、上报确认事件）
• 前端静态资源：托管于 S3，开启静态网站托管
• 后端 API：API Gateway + Lambda + DynamoDB
• 定时调度：EventBridge (cron) 触发 Lambda 查询当前时段药方，经 IoT Core 下发至设备

关键配置步骤

1. IoT Core：按 Microchip 指南将 AVR-IoT 接入 AWS，配置 WiFi 凭证
2. DynamoDB：建两表 smartpill-history（服药日志）、smartpill-pills（药方配置），主键均为 id
3. Lambda：赋予 AmazonDynamoDBFullAccess 权限（仅教学用途），部署仓库代码，每函数独立执行角色
4. IoT 规则：创建规则 smartpill_confirmationpill，SQL SELECT * FROM 'confirmationpill'，动作指向对应 Lambda
5. EventBridge：建 3 条定时规则（早/午/晚），cron 表达式用 UTC，目标为 smartpill-dispensepill Lambda
6. API Gateway：创建 HTTP API，集成所有 Lambda，配置路由映射，部署获取 HTTP 端点；或导入 smartpill-api.json
7. S3：建桶，开启静态网站托管，上传 Angular 编译产物（index.html 作为入口/错误页）

AVR-IoT 板固件

基于 Microchip 原例扩展：

• CLI 移植至 USART1（RX/TX 引脚可用），波特率 9600/8N1
• 新增 pill 命令及回调 pill_command()，解析消息发 MQTT 至 confirmationpill 主题
• 订阅自定义主题 dispensepill，回调 receiveddispenseFromCloud() 解析 JSON
• 头文件 IoTPill.h 定义收发数据结构

通信协议

下行 dispensepill (AWS → IoT → Arduino)：

{
  "cmd": "dispensepill",
  "npills": 2,
  "intake": {"time": "morning"},
  "pills": {
    "1": {"pill": "Ibuprofeno", "qty": 1, "deposit": 1, "weight": 200},
    "2": {"pill": "Paracetamol", "qty": 2, "deposit": 2, "weight": 500}
  }
}

IoT 板经串口发 Arduino：D Ibuprofeno 1 1 200 D Paracetamol 2 2 500 \n

上行 confirmationpill (Arduino → IoT → AWS)：

Arduino 发 pill 1（成功）或 pill 0（失败）。IoT 板结合先前 intake time 组装 JSON：{"time":"morning","state":"ok"} 发至 AWS，Lambda 写入日志并推送通知。

代码仓库

• Web App 前端：smartpill-webui
• Lambda 后端：smartpill-lambda
• AVR-IoT 固件：smartpill-avriot
• Arduino 固件：smartpill-arduinofw

3D 打印模型

Thingiverse 仓库含：药仓机构（舵机驱动）、外壳组件、完整装配体（STEP 可改）。