基于Cortex M3的智能藥材管理系統(tǒng)

李淑玉，樓樹美，李東輝

(信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)學(xué)與計算機(jī)學(xué)院，河南 信陽 464000)

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數(shù)·理·化

基于Cortex M3的智能藥材管理系統(tǒng)

李淑玉，樓樹美，李東輝

(信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)學(xué)與計算機(jī)學(xué)院，河南 信陽 464000)

摘要：本設(shè)計采用Lm3s615平臺，以GSM通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)，無線通信技術(shù)和上位機(jī)等為基礎(chǔ)，開發(fā)了針對高效藥材管理的物聯(lián)網(wǎng)智能藥材管理系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)了對藥材的遠(yuǎn)程和近程的智能化管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對藥材的智能化搜索定位，并可以全自動打開或關(guān)閉對應(yīng)藥材的藥柜，減少了醫(yī)務(wù)人員在大量藥柜中尋找藥材所需的時間，系統(tǒng)最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計的合理性，具有極好的推廣價值。

關(guān)鍵詞：Lm3s615單片機(jī)；GSM網(wǎng)絡(luò)通信；智能監(jiān)控

所謂智能藥材管理系統(tǒng)，就是除一般的藥材登記、藥材介紹、藥材庫存功能外，還有一些高級的功能，如：可通過串口屏和上位機(jī)控制藥材對應(yīng)的藥柜的開關(guān)狀態(tài)，通過GSM網(wǎng)絡(luò)和報警器進(jìn)行火災(zāi)報警，結(jié)合攝像頭和溫濕度傳感器對藥材的環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控。而傳統(tǒng)的藥材管理都是人工操作，費(fèi)時費(fèi)力，盡管一些藥材管理軟件可以實(shí)現(xiàn)藥材進(jìn)出貨管理、藥材登記，但是它們不能進(jìn)行藥柜控制和信息反饋，缺乏安防的功能。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，智能化、遠(yuǎn)程化、集成化將會是未來的方向，因此本系統(tǒng)產(chǎn)品如果經(jīng)過實(shí)踐和優(yōu)化，將有廣闊的市場前景。

1系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1系統(tǒng)功能需求分析

圖1系統(tǒng)功能框圖

通過查詢有關(guān)智能藥柜的資料，并且對目前存在的麻省總醫(yī)院藥品的COSTAR系統(tǒng)的分析，我們初步設(shè)計了系統(tǒng)功能框圖，見圖1。

1.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計

在藥材管理系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，作為醫(yī)院工作人員可訪問藥材庫，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，保證藥材庫的正常工作。在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)行藥材管理過程中，可能導(dǎo)致多個用戶端對藥材庫進(jìn)行操作，因此必需依據(jù)IEC62351等相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，采用訪問控制技術(shù)對用戶接入進(jìn)行認(rèn)證與權(quán)限分配，防止非法操作；“基于Cortex M3的物聯(lián)網(wǎng)智能藥材管理系統(tǒng)”以信息傳感設(shè)備、傳感網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和智能信息處理為核心，確保數(shù)據(jù)傳遞的高效性、完整性、可靠性。通過對系統(tǒng)功能需求的分析和相關(guān)功能指標(biāo)的規(guī)劃，系統(tǒng)總體功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計如下：

1.2.1基于藥材抽屜的自動開關(guān)裝置由MCS-51單片機(jī)的程序編寫來控制藥材抽屜上的步進(jìn)電機(jī)模塊，通過步進(jìn)電機(jī)模塊的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)抽屜的自動開關(guān)。上位機(jī)發(fā)送具體操作指令通過Cortex M3發(fā)送到MCS-51單片機(jī)來控制抽屜的開關(guān)狀態(tài)。

1.2.2基于藥材抽屜的稱重裝置將稱重傳感器安裝于柜體承放每一個抽屜的部位，并在抽屜的上方設(shè)置顯示器(可選用液晶屏)，通過稱重傳感器將藥柜的藥材重量反映至顯示器。可供多人同時抓藥，克服了現(xiàn)有藥柜在計量時準(zhǔn)確性差、操作繁瑣、效率低的缺陷，減少了配藥時間。同時藥材所剩余量信息直接反饋給Cortex M3最終上傳到PC機(jī)。

1.2.3基于藥材抽屜的內(nèi)部溫濕環(huán)境測控裝置在每個抽屜內(nèi)部安裝溫濕度傳感器、小風(fēng)扇和干燥器，將采集到的環(huán)境溫濕度顯示在外側(cè)的7寸觸摸液晶屏，通過傳感網(wǎng)絡(luò)將信息在同一時間反饋到PC機(jī)上，報警裝置用來實(shí)時監(jiān)測，如有環(huán)境不適，則將自動啟動風(fēng)扇或干燥器，確保藥材存儲在最適宜環(huán)境。

1.2.4基于藥材抽屜的外部火災(zāi)預(yù)警裝置在柜體外面裝置煙霧傳感器，監(jiān)測外界環(huán)境，通過MCS-51將采集到信息進(jìn)行處理和分析，通過數(shù)據(jù)分析監(jiān)測火災(zāi)，在突發(fā)火災(zāi)時蜂鳴器高聲鳴響，并通過GSM模塊發(fā)送預(yù)警通知，可以有效防止火災(zāi)，減少損失。

1.2.5基于藥材抽屜的整體監(jiān)視裝置添加了wifi 攝像頭和路由器從而可以隨時隨地來監(jiān)視整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。如有異常，則會拍下照片記錄當(dāng)時的狀態(tài)。

以上采集的數(shù)據(jù)信息都由Cortex M3后反饋傳送至PC機(jī)，據(jù)數(shù)據(jù)反饋和外在需求，PC下發(fā)相應(yīng)指令。

1.2.6終端操作系統(tǒng)用Visual basic來實(shí)現(xiàn)一個終端界面的遠(yuǎn)程操作和大觸摸液晶屏實(shí)現(xiàn)近程控制。PC機(jī)界面主要包括：管理員登陸身份認(rèn)證、各個藥材抽屜開關(guān)狀態(tài)顯示、抽屜內(nèi)部環(huán)境溫度顯示、各抽屜藥材剩余量及其各個藥材生產(chǎn)日期和有效期。采用數(shù)據(jù)庫對藥材的各種信息進(jìn)行管理并且能夠快速搜索。液晶屏界面實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)相同的功能，還附加了各種藥材的基本信息，操作方式更簡便，界面更直觀。

2設(shè)計原理及過程

本系統(tǒng)硬件部分主要包括：報警器模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊、GSM模塊、稱重模塊、語音模塊、攝像頭模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、溫濕度采集模塊、顯示屏模塊、煙霧模塊等。

2.1部分傳感器采集模塊設(shè)計

2.1.1溫濕度檢測模塊考慮到藥材存儲對溫濕度要求較高，為了確保藥材的安全可靠性，本系統(tǒng)通過使用溫濕度傳感器實(shí)時采集溫濕度信息，并且顯示在顯示屏上和上位機(jī)，供管理人員查詢。

2.1.2藥材重量檢測模塊考慮到取藥時人工稱重的繁瑣，本系統(tǒng)通過稱重傳感器實(shí)時采集藥材的重量，并且顯示在顯示屏上和上位機(jī)。抓藥時能夠方便的讀取已取藥材的重量。

2.1.3煙霧檢測模塊本系統(tǒng)采用煙霧傳感器對藥材存儲環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。一旦傳感器檢測到煙霧，及時進(jìn)行報警，減少損失。稱重模塊、溫濕度模塊及煙霧稱重模塊的原理圖見圖2。

圖2　稱重模塊、溫濕度模塊及煙霧稱重模塊的原理圖

2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊

當(dāng)上位機(jī)或顯示屏對步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指令時，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)指令正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了藥柜的開關(guān)切換。本系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊電路圖見圖3。

2.3顯示屏模塊

系統(tǒng)通過使用7寸串口觸摸顯示屏為義務(wù)人員提供查詢各類信息和控制藥柜開關(guān)的功能，還能為病人提供藥材的基本知識。

系統(tǒng)使用的GSM模塊是雙頻900/1800MHZ高度集成的TC35系列。TC35無線GSM通信模塊，集成了標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口以及SIM卡，其最高頻率可達(dá)90MHz，片內(nèi)4K以上FLASH程序存儲器，8K左右的片內(nèi)EEROM ，512B-1208B片內(nèi)RAM，36個IO口。通過使用TC35無線GSM通信模塊，煙霧傳感器在檢測到火災(zāi)時后，GSM會自動發(fā)送短信給相應(yīng)人員等。

圖3　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊電路圖

2.5無線模塊

本系統(tǒng)將51單片機(jī)上采集的數(shù)據(jù)通過無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到了lm3s615進(jìn)行處理，lm3s615再將數(shù)據(jù)發(fā)到上位機(jī)。本系統(tǒng)采用的是RF1100-232無線收發(fā)模塊，采用TI公司的高性能CC110L無線通信芯片，433MHz免費(fèi)ISM頻段免許可證使用，串口UART通訊方式，提供多達(dá)256個信道，低功耗工作，直線傳輸距離可達(dá)200～300m。

2.6攝像頭遠(yuǎn)程監(jiān)測模塊

系統(tǒng)軟件設(shè)計實(shí)現(xiàn)流程圖通過組建局域網(wǎng)，將攝像頭與電腦通信，管理人員通過電腦上的上位機(jī)軟件可以調(diào)節(jié)攝像頭監(jiān)測角度，方便監(jiān)測藥柜整體的情況。

3軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計實(shí)現(xiàn)流程圖，見圖4。

圖4　系統(tǒng)軟件設(shè)計實(shí)現(xiàn)流程圖

3.1PC上位機(jī)界面設(shè)計

上位機(jī)界面的設(shè)置需要滿足藥材進(jìn)出庫管理、藥材剩余量、存儲環(huán)境溫濕度和藥柜開關(guān)狀態(tài)顯示，還需要可以對所需藥材進(jìn)行數(shù)據(jù)庫搜索[2]。

在科技迅猛發(fā)展的今天，低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)深入到人們的生活，并且給人們的生活方式帶來天翻地覆的變化。各個國家在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)方面不甘落后，已經(jīng)做出了相關(guān)的政策調(diào)整和出臺有關(guān)的法律制度。相關(guān)企業(yè)在積極尋求自身長久發(fā)展利益的同時，應(yīng)該不斷探索低碳營銷的方法。而作為一個普通的消費(fèi)者，更加需要建立低碳消費(fèi)的觀念，促進(jìn)整個社會朝著可持續(xù)發(fā)展的方向前進(jìn)。在企業(yè)、消費(fèi)者、國家和非營利組織的共同努力下，低碳營銷模式就能取代之前的營銷模式，逐漸成為21世紀(jì)營銷模式的中流砥柱。

3.2顯示屏界面設(shè)計

顯示屏具有藥材存儲環(huán)境溫濕度和重量顯示的功能，還可以控制藥柜的開關(guān)。除此附加了藥材基本信息的介紹。

4系統(tǒng)性能測試結(jié)果及評估

經(jīng)過幾個月的努力，終于完成了智能藥材管理系統(tǒng)的制作，考慮到此系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)意義，取名為基于Cortex M3的物聯(lián)網(wǎng)智能藥材管理系統(tǒng)。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)計的功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并且已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期效果[3]。

4.1充分利用了Cortex M3與windows結(jié)合的優(yōu)越性

一方面，本研究以Cortex M3作為核心處理平臺，Cortex M3平臺具有體積小、接口豐富、成本低、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢。能夠滿足藥材管理系統(tǒng)的要求，另一方面，windows操作系統(tǒng)具有多任務(wù)、實(shí)時性高的特性，能夠很好的完成Cortex M3傳遞過來的重要數(shù)據(jù)的存儲。

4.2實(shí)現(xiàn)上位機(jī)下位機(jī)通信

PC機(jī)上實(shí)時顯示溫濕度、抽屜開關(guān)狀態(tài)、及藥材所剩量等。通過PC機(jī)控制藥材柜各抽屜開關(guān)狀態(tài)，自動實(shí)現(xiàn)藥柜開關(guān)，快捷方便對藥材進(jìn)行存放。

4.3定量稱取藥材

該系統(tǒng)在抽屜地下添加了稱重傳感器，在液晶屏上顯示藥材的質(zhì)量，可以方便的稱取一定量藥材。這樣有效解決傳統(tǒng)人工操作管理模式下的效率低下、易出錯、重復(fù)性勞動問題。

4.4自動報警提示

該系統(tǒng)根據(jù)藥材使用情況進(jìn)行自動報警提示，便于對藥材進(jìn)行采購和管理。在此基礎(chǔ)上，添加了大觸摸液晶顯示屏，可近程操作，不僅實(shí)現(xiàn)了藥材基本信息監(jiān)視，還添加藥材信息介紹，更易操作，更人性化[4]。

系統(tǒng)基于藥材抽屜的外部火災(zāi)預(yù)警裝置。在柜體外面裝置煙霧傳感器，監(jiān)測外界環(huán)境，采集到信息進(jìn)行處理和分析，通過數(shù)據(jù)分析監(jiān)測火災(zāi)，在突發(fā)火災(zāi)時警報器鳴響，還可通過GSM模塊發(fā)送預(yù)警通知，可以有效防止火災(zāi)，減少損失。

參考文獻(xiàn)：

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[2] Ivar Jacobson，James Rumbaugh，Grady Booch.統(tǒng)一軟件開發(fā)過程[M]. 周伯生，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3] Karl Fogel.CVS:開源軟件開發(fā)技術(shù)[M].肖虎勤，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[4] Rex Black.Microsoft Press [M].北京：北京大學(xué)出版社，2001.

(編輯：嚴(yán)佩峰)

On the Medicinal Materials Management System Based on the Intelligence of Cortex M3

LI Shu-yu，LOU Shu-mei，LI Dong-hui

(Institute of Mathematics and Computer Science, Xinyang Vocational& Technical College, Xinyang 464000,China)

Abstract：This design uses Lm3s615 platform,with GSM communication technology, sensor technology,chip technology, wireless communication technology and PC as the foundation to develop a network for the efficient management of medicinal herbs intelligent object management system. The system realizes the remote and short range intelligent management process of herbs. The system also realizes the intelligent search of herbs, and can automatically turn on or turn off the corresponding medicine cabinet, reducing the time of medical personnel to find the necessary medicine cabinet. At last, the rationality of the design is verified by experiments and has an excellent promotional value.

Keywords：Lm3s615 microcontroller; GSM network communications; intelligent monitoring

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-8978(2016)01-0113-04

作者簡介：李淑玉(1981—)，女，河南信陽人，講師，研究方向：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用.

收稿日期：2015-08-26