Smart Pill Dispenser: Умный дозатор лекарств с IoT и AWS

Компоненты и материалы

Microchip AVR-IoT WA Development Board	×1
Arduino Mega 2560	×1
Сервопривод SG90 (микро)	×4
Nextion NX8048T070 (7" HMI сенсорный экран)	×1
Adafruit 16-канальный PWM/Серво драйвер I2C	×1
Динамик 0.25Вт 8 Ом	×1
IR-фототранзистор (Adafruit)	×4
IR-светодиод 940 нм (Adafruit)	×4
Ультразвуковой датчик HC-SR04	×1
Parallax Feedback 360° High-Speed Servo	×1
БП 5В 2А	×1

Инструменты

• 3D-принтер
• Паяльная станция
• Припой без свинца

Софт и облачные сервисы

• MPLAB X IDE (Microchip)
• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360 (CAD)
• AWS IoT Core, DynamoDB, API Gateway, Lambda, S3
• VS Code

О проекте

Зачем этот проект?

На рынке два типа дозаторов: механические и автоматические. Оба требуют ручной разкладки таблеток, делая пациента зависимым. В условиях COVID-19 у родственников меньше возможностей ухаживать. SmartPill решает: автоматическая разкладка, доступность для людей с нарушениями зрения/слуха, независимость пациента.

Принцип работы

Система = SmartPill Dispenser (железо) + SmartPill Web App (веб-интерфейс врача/опекуна).

• Врач настраивает до 4 препаратов, до 3 приёмов в день, дозировки — удалённо.
• Крупный экран, голосовые и световые подсказки для пациента.
• Умный механизм сам распределяет таблетки по контейнерам и выдаёт нужную дозу в время.
• WiFi (AVR-IoT) → AWS Cloud → удалённый мониторинг и настройка.
• Приложение показывает историю приёмов, уведомляет если таблетка не принята.

SmartPill Dispenser — механика

Все детали (кроме экрана) 3D-печать PLA. STL-файлы открыты.

1. База — опора, отверстия для ультразвукового датчика, клапан для выдачи в стаканчик.
2. Слайдер — верхняя часть держит контейнеры, склон для таблеток, ниша для электроники.
3. Боковины — защита от влаги, пыли.
4. Экран Nextion — интерфейс пациента.
5. Верхние крышки — защита и разделение барабана от контейнеров.
6. Parallax Servo 360° — поворачивает барабан.
7. Барабан — соединяет загрузку с контейнерами.
8. Задняя дверца — доступ к контейнерам.
9. Динамики — голосовые подсказки.
10. HC-SR04 — детект снятия стаканчика.
11. 4 контейнера — каждый с SG90 для дозирования. Расширяемо.

Сборка

• Слайдер печатается в 3 части — собираются с гайками (пропайка), затем крышка после монтажа электроники.
• Электроника в нишу слайдера (включая HC-SR04).
• Контейнеры: корпус + колесо с подшипником + SG90. Крепятся к верху слайдера.
• Экран к боковине, боковины к базе (щёлкают).
• Верхние части: гайки, барабан + Parallax серво между ними, затягиваются.
• Задняя дверца к верхней сборке.

Электроника

Мозг — Arduino Mega: сервоприводы (PWM), Nextion, RTC (I2C), звук, UART ↔ AVR-IoT. IR-барьеры (фототранзистор + IR LED) на аналоговых входах детектируют выдачу таблеток. Рекомендуется монтаж на деревянной плате / протоборде по схеме.

SmartPill Web App

Frontend: Ionic + Angular. Backend: AWS API Gateway (HTTP API) + Lambda + DynamoDB.

• Настройка дозатора: пациент, препараты, дозировки, время.
• Мониторинг истории приёмов.

Структура приложения

• app-routing.module.ts — навигация, передача ID между маршрутами.
• post.service.ts — общение с API (CRUD: getPosts, getDeposit, getLogs, createPost, removePost, updatePost).
• page-config — список препаратов, кнопка «+» → page-edit-pill (создание/редактирование).
• page-edit-pill — определяет режим по наличию postId в маршруте. Ionic UI: мультиселект времени (утро/день/вечер), инпут названия таблетки.
• page-status — логи приёмов с иконками (солнце/пицца/луна), датой, именем пациента, списком таблеток.

Пример кода (TypeScript)

// post.service.ts
getPosts() { return this.http.get(this.API); }
createPost(pill, deposit, weight, morning, afternoon, night) {
  return this.http.post(this.API, {pill, deposit, weight, morning, afternoon, night});
}
removePost(id) { return this.http.delete(`${this.API}/${id}`); }

// page-edit-pill
ngOnInit() {
  this.route.paramMap.subscribe(paramMap => {
    if (paramMap.get('postId')) {
      this.postService.getPostById(paramMap.get('postId')).subscribe(res => {
        this.post = res; this.editing = true;
      });
    }
  });
}
// Шаблон: {{ editing ? 'Update Your' : 'Create your' }} Deposit
// Кнопка: (click)="editing ? updatePost() : savePost()"

Amazon Web Services — бессерверная архитектура

Компоненты:

• AVR-IoT → AWS IoT Core (MQTT) → двусторонняя связь.
• Frontend (Ionic) → S3 (статический хостинг).
• Backend → API Gateway (HTTP API) → Lambda → DynamoDB (таблицы: smartpill-pills, smartpill-history).
• EventBridge (cron) → Lambda smartpill-dispensepill → IoT Core → дозатор.
• IoT Rule на топик confirmationpill → Lambda логирования + уведомления.

Настройка AWS (кратко)

1. Зарегистрировать AVR-IoT в AWS IoT Core (Microchip гайд). Настроить WiFi на плате.
2. Создать таблицы DynamoDB с PK = id.
3. Создать Lambda-функции (репозиторий GitHub), прикрепить роль с AmazonDynamoDBFullAccess (только для демо!).
4. IoT Core → Rules: SELECT * FROM 'confirmationpill' → Action: Lambda smartpill-confirmationpill.
5. EventBridge: 3 правила (cron UTC) для утра/дня/вечера → Target: Lambda smartpill-dispensepill.
6. API Gateway: HTTP API, интеграции с Lambda, маршруты per таблице, деплой → HTTP endpoint.
7. S3: бакет, Static Website Hosting → index.html, загрузка билда Angular.

Протокол AVR-IoT ↔ Arduino

Два MQTT-топика:

• dispensepill (AWS → IoT → Arduino): JSON с командами дозирования.
• confirmationpill (Arduino → IoT → AWS): подтверждение выдачи.

Пример dispensepill:

{ "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 → Arduino по UART: D Ibuprofeno 1 1 200 D Paracetamol 2 2 500 \n

Arduino → IoT: pill 1 (успех) → IoT → AWS: { "time":"morning", "state":"ok" }

Прошивка AVR-IoT

На базе Microchip CLI. Добавлена команда pill с колбэком, парсящим ответ Arduino и шлющим JSON в confirmationpill. CLI перенесён на USART1 (пины RX/TX) для связи с Mega. Добавлена подписка на кастомный топик dispensepill с JSON-парсером и колбэком receiveddispenseFromCloud(). Структуры данных в IoTPill.h.

Репозитории кода

• Frontend (Ionic/Angular)
• Lambda-функции
• AVR-IoT прошивка
• Arduino Mega прошивка

CAD и схемы

• Thingiverse: механизм дозирования, корпус, полная сборка (STEP).
• Схема подключения электроники.