基于MSP430智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

黃卉 王首一 羅蒙 吳佩雯 周彩艷

(東南大學(xué)成賢學(xué)院 電子與計算機工程學(xué)院,江蘇南京 210088)

隨著物質(zhì)生活水平的逐步提高,人們越來越重視自身健康狀況,對于家用簡易醫(yī)療設(shè)備的需求越來越廣泛,促進了家用設(shè)備的信息化及智能化。本項目立足于原有醫(yī)療箱的基本功能,利用一系列措施對其進行改進,主要增加測量體溫、心率、體現(xiàn)藥箱內(nèi)“藥物狀態(tài)”、萬年歷等功能,以實現(xiàn)更多的信息傳遞。

1 設(shè)計方案

MSP430F149智能醫(yī)療箱系統(tǒng)的主要職能是測量人體體溫及心率。功能細分為人體體溫測量、人體心率測量、藥箱內(nèi)“藥物狀態(tài)”檢測、智能藥箱開啟、信息顯示等多個方面。系統(tǒng)以MSP430F149為控制核心,通過外接測量設(shè)備、顯示設(shè)備、機械設(shè)備、無線設(shè)備實現(xiàn)功能[1]。系統(tǒng)方案設(shè)計圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 MSP430F149為控制器

圖1 系統(tǒng)方案圖

圖2 箱門機械結(jié)構(gòu)圖

圖3 藥物信息軟件界面

MSP430F149IPM是TI公司設(shè)計生產(chǎn)的一款超低功耗的16位單片機。具有低電壓、超低功耗、快速蘇醒、16位精簡指令集MCU、高精度12位ADC、片內(nèi)比較器等特點。

2.2 MLX90614ESF紅外非接觸溫度傳感器

人體體溫的測量主要通過傳感器MLX90614ESF紅外非接觸溫度傳感器模塊來實現(xiàn)。該模塊是根據(jù)被測物體紅外輻射能量來確定物體溫度,能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確測量。測量之后使用SMBus輸出模式對測量數(shù)據(jù)和MSP430之間進行數(shù)據(jù)傳輸,經(jīng)過MSP430平均數(shù)處理獲得平均數(shù),最終通過LCD顯示屏顯示。

2.3 pulsesensor脈搏心率傳感器

人體心率的測量主要通過pulsesensor脈搏心率傳感器來實現(xiàn),該模塊是根據(jù)光電反射原理來確定人體心率。當(dāng)光束透過人體外周血管,由于動脈搏充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生變化,此時由光電變換器接受經(jīng)人體組織反射的光線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴Ｔ搨鞲衅鬏敵瞿M信號并直接將該電信號輸入到MSP430單片機(MSP430F149自帶AD),輸入后單片機直接計算相鄰的兩個脈搏波的峰值點的時間并濾波,得到兩次心跳之間的時間,即為IBI數(shù)值,經(jīng)過BPM(心率)=60/IBI的簡單計算即能夠獲得心率值[2]。

圖4 系統(tǒng)流程圖

2.4 機械驅(qū)動

在機械驅(qū)動方面設(shè)置了兩種不同的箱門開啟方式,為此使用了兩種不同類型的電機。其中一個箱門使用MG995的數(shù)字舵機舵機,該舵機具有16KG超大的扭矩,通過給舵機輸入不同占空比的PWM波,能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)0--180內(nèi)任意快速的轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)箱門的智能開啟。另一個箱門采用ULN2003型號的步進電機,它具有體積小方便在藥箱內(nèi)隨意布置的特點。ULN2003步進電機配合固定齒比的齒組使其箱門按照系統(tǒng)要求開啟和關(guān)閉。箱門的結(jié)構(gòu)機械圖如圖2所示。

3 軟件設(shè)計

3.1 安卓手機APP

軟件“智能藥箱”,它的主要功能是使用手機端通過掃描藥物的條形碼將藥物存入手機中的“我的藥箱”中,在我的藥箱中可以查看到自己所存儲的藥物以及藥物信息(生產(chǎn)日期、過期時間、藥物用途等)。同時,還可以通過手機藍牙連接到藥箱,控制藥箱開關(guān)。在日常生活中,可以在手機端查看自己家里的藥箱中有何種藥物,在根據(jù)自己的癥狀通過手機端藍牙連接藥箱打開所需藥品所在藥箱的抽屜或翻蓋[3]。軟件界面圖如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)流程分析

MSP430主控系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)觸發(fā)判別功能、處理采集數(shù)據(jù)以及控制各級程序等功能。上電后無線模塊和功能選擇觸發(fā)開始正常工作,根據(jù)接收到信息執(zhí)行相應(yīng)的操作或保持相應(yīng)狀態(tài)[4]。系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)驗證與結(jié)果分析

針對市面上傳統(tǒng)醫(yī)療箱存在的弊端以及對未來智能家居的美好向往,本文設(shè)計了基于MSP430智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)。經(jīng)過長時間驗證,系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測量出人體體溫,心率、能夠正確感知藥箱“狀態(tài)”,讓使用者能夠及時獲取相應(yīng)信息。系統(tǒng)整體結(jié)果示意圖如圖5所示。

[1]洪利,章?lián)P,李世寶.MSP430單片機原理與應(yīng)用實例詳解[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

[2]顧濤,李旭.單片機系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā) (MSP430)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2013.

[3]坂木正文著,王自強.譯步進電機應(yīng)用技術(shù)/(日)[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[4]謝興紅,林凡強,吳雄英.MSP430單片機基礎(chǔ)與實踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.