多功能智能药盒的设计与实现

中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室　王振运　孟立凡　李　菠



多功能智能药盒的设计与实现

中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室王振运孟立凡李菠

【摘要】设计一种具有定时功能和远程提醒的多功能智能药盒。该系统是以STC12增强型单片机为核心控制器，DS1302时钟芯片提供定时功能，液晶显示LCD12864和独立按键提供良好的人机交互环境。此系统提供每天最多设置五个闹钟，在闹钟功能开启的情况下，定时时间到，系统通过蜂鸣器提醒患者吃药，热释电红外传感器检测患者是否取药，如果在10分钟之内没有患者取药，系统通过GSM模块发送短信给监护人采取进一步措施。药盒具有良好的可靠性和稳定性，实用性强，具有一定的商业价值。

【关键词】多功能药盒；STC12增强型单片机；热释电红外传感器；GSM；闹钟

1　引言

随着中国老龄化问题越来越严重，老年人的健康问题越来越突出。很多老年人随着年龄的增长，都有健忘的症状，对于他们按时吃药是一个难题，而不能按时吃药会对老年身体健康非常不利。针对目前状况，设计一种基于单片机的多功能智能药盒，介绍了系统的硬件和软件设计，采用模块化设计思想。

2　系统的总体设计

多功能智能药盒采用的是STC12C560S2增强型单片机为核心控制器，利用DS1302时钟芯片提供定当前时间和定时时间，液晶LCD12864显示实时时间和设置闹钟界面，声光报警电路提醒患者服药，热释电红外传感器检测患者是否吃药，GSM发送短信提醒监护人，数字温湿度传感器监测药品的存放环境，独立按键提供良好的人机交互环境。该智能药盒的系统框图如图1所示。

图1　系统总体框图

3　系统硬件的设计

3.1STC12C5A60S2单片机简介

STC12C5A60S2是宏晶科技生产的单时钟周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，4个16位定时器，通用全双工异步串口（UART），片上继承1280字节RAM，通用I/O可以设置为四种工作模式，ISP在系统可编程，无需专用的编程器仿真器直接下载用户程序，单片机的这些功能为嵌入式系统的设计提供了极大的方便。

3.2时钟芯片DS1302

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，采用32768Hz晶振，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。双电源主要是用于主电源和备份电源供应，VCC1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器，通过三线：RES复位线，I/O数据线，SCLK串行时钟线与单片机进行通信。DS1302内部含有31个8位的静态RAM，其命令控制字为C0H~FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作，系统的五个定时数据就存放在静态RAM中，备用电池提供主电源掉电之后的供电，保持RAM中的定时数据不丢失。

3.3GSM模块

GSM（Global System for Mobile Communication）全球移动通信系统是目前应用最为广泛的移动电话标准。一般的GSM都具备语音通信、短消息和数据通信三大功能，其中又以短消息使用最为广泛，具有随时在线、价格低廉、覆盖范围广等特点，特别适用于小流量的数据传输。本系统采用的是德国西门子（SIEMENS）公司的TC35i模块，它是一款双频900/1800MHz高度集成的GSM模块，通过RXD和TXD引脚与单片机硬件连接，利用AT指令与单片机进行串行通信。当热释电红外传感器没有检测到患者按时吃药，系统会通过GSM自动发送一条短信给监护人，由监护人采取进一步的措施。

3.4HC-SR501红外人体感应模块

HC-SR501是基于红外技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度搞，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备。其检测原理是：人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。本设计采用可重复触发方式：感应输出高电平后，延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。

3.5温湿度传感器

对于药品的存放环境，温湿度是非常重要的指数。本系统采用的是数字温湿度传感器DHT11。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等特点。与单片机采用的单总线的数据格式，一次通讯时间4ms左右。传感器自带校正系统，虽然测量精度不高，但能满足药品测量环境。

3.6其他外围电路

其他外围电路还包括电源电路、声光报警电路和独立按键电路。系统采用了USB和DC两种5V电源接口，由三端线性稳压器LM317得到3.3V电压。声光报警电路是由蜂鸣器和LED灯组成。吃药定时时间到，单片机驱动蜂鸣器发生，LED灯闪烁，提醒患者吃药。系统设置四个独立按键，可以对时钟、闹钟以及其他功能进行设置。

4　系统软件设计

系统上电之后， 首先进行各个模块的初始化，主要包括：液晶LCD12864模块、DS1302模块、串口、设定中断以及相关变量等。初始化完成之后，单片机分别从DS1302中获取时钟信息和DHT11获取温湿度信息显示在液晶显示屏上。主程序时刻进行按键扫描，主要对时钟时间、闹钟时间、闹钟开关进行设置，并将设置的闹钟时间存放在DS1302的静态RAM中。如果定时时间到驱动声光报警提醒患者吃药，此时打开热释电红外感应的中断口，监测是否有人取药。如果有人取药，则关闭中断；反之，等待20分钟后，单片机通过驱动GSM发送短信给监护人，完成提醒功能。系统的总体软件流程图如图2所示。

5　系统功能验证

根据上述思想，画出原理图并制作PCB，焊接好元器件之后的实物图如图3所示。

图2　软件流程图

图3　多功能药盒实物图

经过软件的调试，能实现一下功能：（1）时钟、日期和温湿度信息在LCD12864上正常显示；（2）独立按键能够设置时间、日期、闹钟以及闹钟开关；（3）声光报警系统运行无误；（4）热释电红外传感器能够监测是否有人取药；（5）GSM给监护人发送短信正常。智能药盒系统的功能基本实现，系统运行稳定，具有一定的商业参考价值。

参考文献

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