具有鬧鐘和短信提醒功能的智能藥盒設計

龔虹瑞，黃小莉

(西華大學電氣信息學院，四川 成都 610039)

隨著科技的不斷發展，人們的生活節奏越來越快。在忙碌的現代生活中，人們經常會忘記做一些重要的事情。記憶力和身體狀況不佳的老年病人，常常會忘記服藥或者錯過正確的服藥時間；年輕的上班族也可能會因為繁忙的工作忘記服用保健藥品。

針對以上問題，本文利用STC89C52單片機設計了一套智能藥盒系統。該系統是將電子時鐘和普通藥盒結合，是一種具備定時提醒服藥功能的電子家居用品，面向需要每天服藥、服用保健品的人士使用。當預先設定的服藥時間到時，提醒聲音就會響起，以便服藥者準時服藥。

1 系統總體構成

系統以STC89C52單片機為核心，采用+5V電源供電，通過DS1302時鐘芯片計時，由LED顯示，通過GSM模塊發送短信，外圍輔以按鍵調整電路、復位晶振電路等。其原理框圖如圖1所示。

圖 1 智能藥盒系統框圖

2 系統硬件設計

2.1 時鐘芯片電路

為滿足系統時鐘數據的高精度和高性價比的要求，時鐘電路部分采用Dallas公司研發的DS1302時鐘芯片。該芯片是一種低功耗、高性能、并帶有RAM的時鐘芯片。它可對秒、分、時、周、日、月、年等進行計時，有閏年補償的功能，采用三線接口，可一次性傳送多字節的RAM數據或者時鐘信號，也能與CPU進行同步通信[1]，工作電壓為2.5～5.5 V。

DS1302為DS1202的一款升級產品，并能與DS1202相互兼容， 增加了雙電源的引腳，同時還具備對后背電源進行涓流充電的能力。DS1302的2個電源分別是主電源Vcc2和后備電源Vcc1。這樣可保證當主電源處于關閉狀態時，時鐘也能正常連續運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電[2-3]。當Vcc2大于(Vcc1+0.2)V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。DS1302有2個振蕩源X1和X2，外接32.768 kHz晶振。

DS1302采用三線接口與單片機進行同步通信。其中，RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送，I/O為數據輸入輸出腳，SCLK為時鐘信號輸出腳。該模塊的電路圖如圖2所示。

圖 2 DS1302時鐘芯片電路

2.2 GSM模塊與串口通信電路

GSM(global system for mobile communications)是當前應用最廣泛的數字移動通信標準。本系統采用西門子公司開發的一款雙頻900/1 800 MHz高度集成的芯片TC35來實現該標準下的通信[4]。

如圖3所示，GSM模塊采用TC35作為短信發送芯片，MAX232作為串口電路，由此實現單片機與TC35的通信。

圖 3 GSM模塊與串口通信電路

3 系統軟件設計

3.1 主程序設計

如圖4所示，主程序流程可分為以下幾部分。1)初始化。聲明子函數、全局變量，打開、設定相關中斷，設置波特率，以及DS1302的相關初始化。2)建立DS1302與單片機的通信協議，調入DS1302的函數，獲取一個當前的時間值，并保存到相應數組中。3)進行按鍵掃描。若沒有按鍵按下，直接顯示時間[5-7]；若按下鬧鐘模式鍵，顯示鬧鐘值，并且可繼續通過按鍵進行鬧鐘的設定以及對應的顯示(某位閃爍代表被選中)。4)進入報警系統的掃描判斷。若當前時間值等于鬧鐘的設定值，便報警1 min，若1 min內沒有取消報警，則通過GSM模塊發送短信。5)程序返回到時間獲取的子程序。如此循環執行。

圖 4 主程序流程圖

3.2 按鍵程序設計

將單片機的P1口對應位置1，P3口對應位置0。當系統第1次監測到有按鍵被按下時，為防止硬件電路的抖動引起的誤斷，需要在一定的延時之后進行第2次按鍵判斷。若結果仍然是被按下，則判斷為人為按鍵，將按鍵標志位Z置1，并判斷出是哪個按鍵被按下，然后跳出子程序，進入主程序循環，如圖5所示。當下一次進入按鍵子程序時，若未抬手，繼續將Z置1，跳出子程序；若已抬手，則判斷標志位Z。Z為1，表示有鍵按下，然后先將Z置0，再執行對應的按鍵功能。傳統按鍵程序通常會采用一個while死循環等待按鍵抬起[8-9]，這就導致在按鍵時系統停留在按鍵子程序，無法進入其他子程序。雖然按鍵的時間看上去很短，但對于單片機來說已經停留太久，從而導致顯示中斷，這就是通常按鍵時會出現顯示屏閃爍的原因。本設計的按鍵程序，利用一個標志位Z解決了這個問題。雖然這種設計也使讀鍵時間變長；但由于整個程序較短，這種影響不明顯。兩者相比較，本設計采用的方法比傳統方法對于該系統的穩定性更高。

圖 5 按鍵程序流程圖

3.3 GSM模塊程序設計

首先初始化串口：REN=1，允許接收；SMOD=0，波特率不加倍；T1為方式2；波特率設置為9 600。然后判斷是否按下取消鬧鐘聲音提醒鍵，如果沒有按下，表示服藥者沒有按時服藥，系統則會自動調用GSM模塊發送1條提示短信到服藥者監護人手機上。具體程序流程是首先設置發送數據格式(通常為TEXT格式)，然后設置目的手機號碼，最后發送要求的字符串，如圖6所示。另外，還有2點值得說明：TC35采用AT指令，要使用C語言編寫程序，必須先轉化；TC35和單片機通過串口通信，因此必須先建立通信協議，采用ASCII碼發送數據到TC35芯片上。

圖 6 GSM模塊程序流程圖

4 系統工作驗證

根據上述思想原理，并結合實際需要，采用仿真軟件PROTUES對整個系統進行了仿真，效果圖如圖7所示。

圖 7 智能藥盒系統仿真圖

在仿真的過程中，分別對時間的顯示和鬧鐘的設置進行了測試。

1)時間測試。8位數碼管從左到右分別顯示月、日、時、分，測試結果如圖7中所示，時鐘各位顯示正確，并且能夠正常運行。

2)鬧鐘測試。8位數碼管從左到右分別顯示：鬧鐘編號(第1位)，預設4個鬧鐘，編號范圍為1～4；鬧鐘的開關狀態顯示(第2、3、4位)，用于顯示該編號鬧鐘的開關狀態(ON或OFF)；鬧鐘時位(第5、6位)；鬧鐘分位(第7、8位)。測試結果如圖8所示。

圖 8 鬧鐘設置仿真圖

在仿真成功的基礎上，設計出實物，如圖9所示。經過一系列的軟硬件調試，整個智能藥盒系統的功能已經基本實現。

圖 9 智能藥盒系統實物圖

1)實現了設置鬧鐘狀態下的閃爍顯示。在設置鬧鐘的狀態下，某位閃爍表示被選中，這時可以通過按鍵對被選中位進行加減，也可以移動被選位，

從而實現鬧鐘的設置。這個功能是本設計的一個難點，它的實現，使系統的顯示更加直觀。

2)實現了多鬧鐘功能。在軟件程序的設計上采用4個5位數組使系統最多可設置4個鬧鐘。每個數組都包括月、日、時、分4位數據，另有一位控制每個鬧鐘的開關狀態，使每個鬧鐘都有獨立的開關。

3)實現了短信提醒功能。在鬧鐘報警沒有得到響應的情況下，系統會調用GSM短信子程序，單片機將AT指令以ASCII碼的形式通過串口發送到TC35芯片上，TC35便會發送1條提示短信到服藥者監護人的手機上。這是本次設計的另一難點，也是一個創新點。

5 結束語

本文利用經濟實用的單片機及簡單的時鐘芯片等設計了一套智能藥盒系統。該系統能夠設置4個鬧鐘，可正確顯示日期和時間，并能夠在服藥者未響應鬧鐘的情況下，自動發送1條提示短信到服藥者的監護人手機上，從而讓使用者不再延誤服藥，進一步提高了藥盒的實用性、方便了服藥者的生活。

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