基于增強型51單片機(jī)的智能藥箱的設(shè)計方案解析

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

對于那些健忘的老人、需要長期堅持服用藥物的患者、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間并且保證按時吃藥。如何能夠及時提醒以上人群按時按量吃藥是一個難題。針對此問題，本文設(shè)計了一種基于增強型51單片機(jī)——STC90C516RD+單片機(jī)的智能藥箱。藥箱設(shè)有檢測單元，檢測在規(guī)定的時間內(nèi)用戶是否按時吃藥，當(dāng)檢測到用戶已按時吃藥便會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、用藥時間及藥物信息等信息。

1工作原理

本設(shè)計主要由主控單元、時鐘單元、檢測單元、報警單元、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；時間單元由DS1302時鐘模塊組成，用于檢測當(dāng)前的時間信息；檢測單元由光敏傳感器模塊和DS18B20模塊組成，分別檢測用藥情況的和檢測環(huán)境溫度；報警單元由蜂鳴器模塊和GSM短信模塊組成，分別進(jìn)行現(xiàn)場的聲音報警提示與短信報警提示；顯示單元顯示藥物名稱、用法用量等藥品的相關(guān)信息，用藥的時間，是否用藥以及當(dāng)前的日期、時間等信息；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)計原理圖 2各組成單元分析 2.1主控單元

主控單元在整個ICare系統(tǒng)中起信息處理和控制作用，主控芯片選用增強型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程序存儲器、1280字節(jié)SRAM、35個雙向輸入/輸出（I/O）口、3個16位定時器/計數(shù)器，8個中斷源，片內(nèi)時鐘振蕩電路。

2.2時鐘單元

時鐘單元采用的是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時時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘/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δ?、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償?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)線和串行時鐘（SCLK）。

2.3檢測單元

檢測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達(dá)不到?jīng)]定閾值時即未打開藥箱時，輸出高電平；當(dāng)外界環(huán)境光強超過設(shè)定閾值即打開藥箱時，輸出低電平。主控單元通過檢測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，具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少、抗干擾能力強和精度高等優(yōu)點。模塊采用獨特的單線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信，測量結(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模塊實時檢測當(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報警單元

報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)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器模塊結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，通過主控單元單片機(jī)I/O口定時翻轉(zhuǎn)電平即可驅(qū)動蜂嗚器鳴響。

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，可實現(xiàn)點對點發(fā)送和接收中文短信的功能。

在本設(shè)計中，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。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），低電平時選擇控制寄存器；5腳，寫信號引腳（RW），低電平時有效；6腳，讀信號引腳（RD），低電平時有效；7～14腳為8位數(shù)據(jù)總線（DB0～DB7）；15腳為片選（CS），低電平時有效；16腳，復(fù)位腳（RST），低電平時有效；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