基于增強(qiáng)型51單片機(jī)的智能藥箱的設(shè)計(jì)

 介紹了一種基于STC90C516RD+單片機(jī)的智能藥箱的設(shè)計(jì)，主要結(jié)構(gòu)有主控單元、時(shí)鐘單元、報(bào)警單元、顯示單元等。顯示單元顯示藥品的相關(guān)信息及服藥時(shí)間，有利于用戶及時(shí)掌握各項(xiàng)信息;報(bào)警單元可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行報(bào)警提醒，保證了用戶能夠及時(shí)服藥。

對(duì)于那些健忘的老人、需要長期堅(jiān)持服用藥物的患者、需要住院的病患以及工作繁忙的成年人來說，很難保證能清楚地記得不同藥物的信息以及用藥時(shí)間并且保證按時(shí)吃藥。如何能夠及時(shí)提醒以上人群按時(shí)按量吃藥是一個(gè)難題。針對(duì)此問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于增強(qiáng)型51單片機(jī)——STC90C516RD+單片機(jī)的智能藥箱。藥箱設(shè)有檢測(cè)單元，檢測(cè)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用戶是否按時(shí)吃藥，當(dāng)檢測(cè)到用戶已按時(shí)吃藥便會(huì)通過顯示單元提示用戶已經(jīng)吃藥，避免重復(fù)吃藥。通過顯示單元，用戶可以方便地獲取當(dāng)前的用藥情況、用藥時(shí)間及藥物信息等信息。

1工作原理

本設(shè)計(jì)主要由主控單元、時(shí)鐘單元、檢測(cè)單元、報(bào)警單元、顯示單元、供電單元和上位機(jī)軟件等7部分組成，其中主控單元由STC90C516 RD+單片機(jī)模塊組成;時(shí)間單元由DS1302時(shí)鐘模塊組成，用于檢測(cè)當(dāng)前的時(shí)間信息;檢測(cè)單元由光敏傳感器模塊和DS18B20模塊組成，分別檢測(cè)用藥情況的和檢測(cè)環(huán)境溫度;報(bào)警單元由蜂鳴器模塊和GSM短信模塊組成，分別進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的聲音報(bào)警提示與短信報(bào)警提示;顯示單元顯示藥物名稱、用法用量等藥品的相關(guān)信息，用藥的時(shí)間，是否用藥以及當(dāng)前的日期、時(shí)間等信息;供電單元提供系統(tǒng)所需電力;上位機(jī)軟件通過RS232接口與主控單元進(jìn)行通信。藥箱結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 智能藥箱設(shè)計(jì)原理圖

2各組成單元分析

2.1主控單元

主控單元在整個(gè)ICare系統(tǒng)中起信息處理和控制作用，主控芯片選用增強(qiáng)型51單片機(jī)——STC90C516RD+單片機(jī)。STC90C516RD+單片機(jī)是基于8051內(nèi)核的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，包含中央處理單元、64 k字節(jié)Flash程序存儲(chǔ)器、1280字節(jié)SRAM、35個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷源，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。

2.2時(shí)鐘單元

時(shí)鐘單元采用的是DALLAS公司出品的DS1302芯片。DS1302是一種具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信?？梢詫?duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。DS13 02采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，分別是復(fù)位(RST)、I/O數(shù)據(jù)線和串行時(shí)鐘(SCLK)。

2.3檢測(cè)單元

檢測(cè)單元由光敏傳感器模塊和溫度傳感器DS18B20模塊組成。

1)光敏傳感器模塊

光敏傳感器模塊在無光條件或者光強(qiáng)達(dá)不到?jīng)]定閾值時(shí)即未打開藥箱時(shí)，輸出高電平;當(dāng)外界環(huán)境光強(qiáng)超過設(shè)定閾值即打開藥箱時(shí)，輸出低電平。主控單元通過檢測(cè)光敏傳感器模塊輸出的高低電平判斷患者是否打開藥箱服藥。光敏傳感器模塊原理圖見圖2.

圖2 光敏傳感器模塊原理圖

2)溫度傳感器DS18B20模塊

DS18B20模塊是一種常用的溫度傳感器，具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少、抗干擾能力強(qiáng)和精度高等優(yōu)點(diǎn)。模塊采用獨(dú)特的單線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信，測(cè)量結(jié)果以9—12位數(shù)字量方式串行傳送。在使用中不需要任何外圍元件。

主控單元通過溫度傳感器DS18B20模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前的環(huán)境溫度，并將當(dāng)前的溫度信息通過顯示單元顯示出來，顯示效果見圖5.

2.4報(bào)警單元

報(bào)警單元由蜂嗚器模塊和GSM短信模塊組成。

1)蜂鳴器模塊

蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，通過主控單元單片機(jī)I/O口定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平即可驅(qū)動(dòng)蜂嗚器鳴響。

2)GSM短信模塊

GSM短信模塊采用希姆通300模塊。希姆通300模塊屬于工業(yè)級(jí)GSM/GPRS模塊，具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化接口，尺寸小，功耗低，采用單電壓供電，支持EGSM900/1800/1900頻段，支持AT指令設(shè)置，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送和接收中文短信的功能。

在本設(shè)計(jì)中，GSM短信模塊與主控單元之間采用串口通信的方式進(jìn)行連接，如圖3所示。

圖3 GSM短信模塊與主控單元通信示意圖

2.5顯示單元

顯示單元采用2.4寸彩色tft液晶顯示器，顯示色彩為262 k(26萬色)，成像細(xì)膩，具有顯示效果好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。顯示單元原理圖如圖4所示。

圖4 顯示單元原理圖

引腳說明：1腳，接地(GND);2腳，電源引腳(Vcc);4腳，控制寄存器/數(shù)據(jù)寄存器選擇引腳(RS)，低電平時(shí)選擇控制寄存器;5腳，寫信號(hào)引腳(RW)，低電平時(shí)有效;6腳，讀信號(hào)引腳(RD)，低電平時(shí)有效;7～14腳為8位數(shù)據(jù)總線(DB0～DB7);15腳為片選(CS)，低電平時(shí)有效;16腳，復(fù)位腳(RST)，低電平時(shí)有效;3、17、18腳懸空。顯示單元顯示效果見圖5.

圖5 顯示單元顯示效果

2.6供電單元

供電單元使用9 V直流電源輸入。輸入的電源在系統(tǒng)內(nèi)分為兩部分，一部分直接供GSM短信模塊使用，一部分經(jīng)LM2596電源模塊降壓至5 V后供其他模塊使用。LM2596是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，最大輸出電流為3 A，功耗小，效率高，具有完善的保護(hù)電路、電流限制、熱關(guān)斷電路等，足以滿足主控單元、時(shí)間單元等模塊的電源需求。

2.7上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件采用Microsoft公司出品的Visual Basic 6.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，通過調(diào)用MSComm控件實(shí)現(xiàn)與主控單元單片機(jī)之間的雙向串口通信。

1)上位機(jī)軟件部分源程序：

2)上位機(jī)軟件運(yùn)行效果，見圖6.

圖6 上位機(jī)軟件運(yùn)行界面圖

3結(jié)束語

本智能藥箱的設(shè)計(jì)，采用軟硬件結(jié)合的模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了用戶能夠隨時(shí)掌握用藥信息并按時(shí)吃藥的目的。通過任意一臺(tái)裝有上位機(jī)軟件的電腦終端，均可方便地錄入信息，智能藥箱接收信息后會(huì)將信息顯示出來方便用戶查看。顯示單元對(duì)信息的顯示直觀、簡(jiǎn)潔、明了，良好的用戶界面方便用戶隨時(shí)掌握自己的用藥情況。