基于Cortex M3的智能藥材管理系統

李淑玉，樓樹美，李東輝

(信陽職業技術學院 數學與計算機學院，河南 信陽 464000)

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數·理·化

基于Cortex M3的智能藥材管理系統

李淑玉，樓樹美，李東輝

(信陽職業技術學院 數學與計算機學院，河南 信陽 464000)

摘要：本設計采用Lm3s615平臺，以GSM通信技術、傳感器技術、單片機技術，無線通信技術和上位機等為基礎，開發了針對高效藥材管理的物聯網智能藥材管理系統[1]。系統分別實現了對藥材的遠程和近程的智能化管理。系統實現了對藥材的智能化搜索定位，并可以全自動打開或關閉對應藥材的藥柜，減少了醫務人員在大量藥柜中尋找藥材所需的時間，系統最后通過實驗驗證了設計的合理性，具有極好的推廣價值。

關鍵詞：Lm3s615單片機；GSM網絡通信；智能監控

所謂智能藥材管理系統，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控制藥材對應的藥柜的開關狀態，通過GSM網絡和報警器進行火災報警，結合攝像頭和溫濕度傳感器對藥材的環境狀態監控。而傳統的藥材管理都是人工操作，費時費力，盡管一些藥材管理軟件可以實現藥材進出貨管理、藥材登記，但是它們不能進行藥柜控制和信息反饋，缺乏安防的功能。隨著電子信息技術的發展，智能化、遠程化、集成化將會是未來的方向，因此本系統產品如果經過實踐和優化，將有廣闊的市場前景。

1系統設計方案

1.1系統功能需求分析

圖1系統功能框圖

通過查詢有關智能藥柜的資料，并且對目前存在的麻省總醫院藥品的COSTAR系統的分析，我們初步設計了系統功能框圖，見圖1。

1.2系統總體方案設計

在藥材管理系統的實際運行中，作為醫院工作人員可訪問藥材庫，實行遠程監控，保證藥材庫的正常工作。在物聯網實行藥材管理過程中，可能導致多個用戶端對藥材庫進行操作，因此必需依據IEC62351等相關安全標準，采用訪問控制技術對用戶接入進行認證與權限分配，防止非法操作；“基于Cortex M3的物聯網智能藥材管理系統”以信息傳感設備、傳感網絡、互聯網和智能信息處理為核心，確保數據傳遞的高效性、完整性、可靠性。通過對系統功能需求的分析和相關功能指標的規劃，系統總體功能實現設計如下：

1.2.1基于藥材抽屜的自動開關裝置由MCS-51單片機的程序編寫來控制藥材抽屜上的步進電機模塊，通過步進電機模塊的運行，實現抽屜的自動開關。上位機發送具體操作指令通過Cortex M3發送到MCS-51單片機來控制抽屜的開關狀態。

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，克服了現有藥柜在計量時準確性差、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。

1.2.3基于藥材抽屜的內部溫濕環境測控裝置在每個抽屜內部安裝溫濕度傳感器、小風扇和干燥器，將采集到的環境溫濕度顯示在外側的7寸觸摸液晶屏，通過傳感網絡將信息在同一時間反饋到PC機上，報警裝置用來實時監測，如有環境不適，則將自動啟動風扇或干燥器，確保藥材存儲在最適宜環境。

1.2.4基于藥材抽屜的外部火災預警裝置在柜體外面裝置煙霧傳感器，監測外界環境，通過MCS-51將采集到信息進行處理和分析，通過數據分析監測火災，在突發火災時蜂鳴器高聲鳴響，并通過GSM模塊發送預警通知，可以有效防止火災，減少損失。

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

以上采集的數據信息都由Cortex M3后反饋傳送至PC機，據數據反饋和外在需求，PC下發相應指令。

1.2.6終端操作系統用Visual basic來實現一個終端界面的遠程操作和大觸摸液晶屏實現近程控制。PC機界面主要包括：管理員登陸身份認證、各個藥材抽屜開關狀態顯示、抽屜內部環境溫度顯示、各抽屜藥材剩余量及其各個藥材生產日期和有效期。采用數據庫對藥材的各種信息進行管理并且能夠快速搜索。液晶屏界面實現與PC機相同的功能，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設計原理及過程

本系統硬件部分主要包括：報警器模塊、步進電機模塊、GSM模塊、稱重模塊、語音模塊、攝像頭模塊、無線數據傳輸模塊、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，本系統通過使用溫濕度傳感器實時采集溫濕度信息，并且顯示在顯示屏上和上位機，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，本系統通過稱重傳感器實時采集藥材的重量，并且顯示在顯示屏上和上位機。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采用煙霧傳感器對藥材存儲環境進行實時監控。一旦傳感器檢測到煙霧，及時進行報警，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步進電機驅動模塊

當上位機或顯示屏對步進電機發出指令時，步進電機根據指令正反轉，從而實現了藥柜的開關切換。本系統的步進電機驅動模塊電路圖見圖3。

2.3顯示屏模塊

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

系統使用的GSM模塊是雙頻900/1800MHZ高度集成的TC35系列。TC35無線GSM通信模塊，集成了標準的RS232接口以及SIM卡，其最高頻率可達90MHz，片內4K以上FLASH程序存儲器，8K左右的片內EEROM ，512B-1208B片內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時后，GSM會自動發送短信給相應人員等。

圖3　步進電機驅動模塊電路圖

2.5無線模塊

本系統將51單片機上采集的數據通過無線模塊將數據發送到了lm3s615進行處理，lm3s615再將數據發到上位機。本系統采用的是RF1100-232無線收發模塊，采用TI公司的高性能CC110L無線通信芯片，433MHz免費ISM頻段免許可證使用，串口UART通訊方式，提供多達256個信道，低功耗工作，直線傳輸距離可達200～300m。

2.6攝像頭遠程監測模塊

系統軟件設計實現流程圖通過組建局域網，將攝像頭與電腦通信，管理人員通過電腦上的上位機軟件可以調節攝像頭監測角度，方便監測藥柜整體的情況。

3軟件系統的實現

系統軟件設計實現流程圖，見圖4。

圖4　系統軟件設計實現流程圖

3.1PC上位機界面設計

上位機界面的設置需要滿足藥材進出庫管理、藥材剩余量、存儲環境溫濕度和藥柜開關狀態顯示，還需要可以對所需藥材進行數據庫搜索[2]。

在科技迅猛發展的今天，低碳經濟已經深入到人們的生活，并且給人們的生活方式帶來天翻地覆的變化。各個國家在發展低碳經濟方面不甘落后，已經做出了相關的政策調整和出臺有關的法律制度。相關企業在積極尋求自身長久發展利益的同時，應該不斷探索低碳營銷的方法。而作為一個普通的消費者，更加需要建立低碳消費的觀念，促進整個社會朝著可持續發展的方向前進。在企業、消費者、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世紀營銷模式的中流砥柱。

3.2顯示屏界面設計

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

4系統性能測試結果及評估

經過幾個月的努力，終于完成了智能藥材管理系統的制作，考慮到此系統的現實意義，取名為基于Cortex M3的物聯網智能藥材管理系統。系統預先設計的功能都已經實現，并且已經達到了預期效果[3]。

4.1充分利用了Cortex M3與windows結合的優越性

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、穩定性高的優勢。能夠滿足藥材管理系統的要求，另一方面，windows操作系統具有多任務、實時性高的特性，能夠很好的完成Cortex M3傳遞過來的重要數據的存儲。

4.2實現上位機下位機通信

PC機上實時顯示溫濕度、抽屜開關狀態、及藥材所剩量等。通過PC機控制藥材柜各抽屜開關狀態，自動實現藥柜開關，快捷方便對藥材進行存放。

4.3定量稱取藥材

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

4.4自動報警提示

該系統根據藥材使用情況進行自動報警提示，便于對藥材進行采購和管理。在此基礎上，添加了大觸摸液晶顯示屏，可近程操作，不僅實現了藥材基本信息監視，還添加藥材信息介紹，更易操作，更人性化[4]。

系統基于藥材抽屜的外部火災預警裝置。在柜體外面裝置煙霧傳感器，監測外界環境，采集到信息進行處理和分析，通過數據分析監測火災，在突發火災時警報器鳴響，還可通過GSM模塊發送預警通知，可以有效防止火災，減少損失。

參考文獻：

[1]譚浩強.C程序設計[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2] Ivar Jacobson，James Rumbaugh，Grady Booch.統一軟件開發過程[M]. 周伯生，譯.北京：機械工業出版社，2002.

[3] Karl Fogel.CVS:開源軟件開發技術[M].肖虎勤，譯.北京：機械工業出版社，2001.

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

(編輯：嚴佩峰)

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

文獻標識碼：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：計算機網絡及數據庫技術應用.

收稿日期：2015-08-26