基于stm32嵌入式技術的智能藥盒設計

吳振磊 顧楚楚

摘要：科技讓我們的生活更加美好，近些年來，伴隨著微電子技術、微機械控制技術、大型集成電路技術的發展，嵌入式技術在人們的學習、生活、工作中得到了廣泛的應用。本文介紹了一款基于STM32技術的智能型藥盒，可以實現監督老年人按時吃藥并通過通信系統及時將信息反饋到APP端。本設計采用模塊化設計，設計難度適中，成本較低，易于維護，使用方便，滿足日常需求，可為智慧養老醫療系統提供良好的支撐。

關鍵詞：智能藥盒;STM32芯片;嵌入式技術;

1 ??引言

國民經濟的發展不斷提高人民的生活水平，人們越來越注意生活的品質。隨著生育率逐漸降低，社會人口老齡化問題逐漸凸顯出來，如何贍養好老年人成為社會關注和亟需解決的問題。而隨著通信和計算機等高科技的快速發展，計算機智能輔助技術在日常生活中對老年人醫療保健領域的應用一直備受關注。將智能輔助技術應用到老年人的醫療中是當下技術應用的一個典范，隨著產品的不斷更新換代，智能化的藥盒將具有更加豐富的功能，通過藥盒的數據記錄老年人服藥數據，可以提供良好的藥療分析數據，可以讓醫生更好的了解患者情況并對癥下藥。

因此針對這種現狀，本文設計了一種家用智能藥盒，具有較高的應用價值和現實意義。本設計是一款基于STM32嵌入式技術智能藥盒。該藥盒可根據實際情況設定藥物的種類和服藥時間，實現對老年人每天定時提醒，提醒使用者服用多種藥物中的一種或多種，以幫助服藥者按時服藥，緩解病狀。

2 ??基本控制要求

為滿足使用者越來越復雜多樣的要求，本設計通過對APP端設定時間和藥物種類后，經由通信模塊發送至藥盒控制器中，控制器接受指令以后，根據設定情況分類定時，以聲音和警示燈的方式提醒使用者服藥，在使用者服藥以后單片機通過信息采集模塊將數據及時反饋給APP并記錄于APP后臺，護理人員可以了解使用者的服藥情況。

根據設計要求，該藥盒主要由控制模塊、通信模塊、電源模塊、提示模塊和軟件APP等組成。

控制模塊：負責數據處理及指令發送;

通信模塊：負責單片機與APP間的通信數據傳輸;

電源模塊：為各個模塊供電，保證系統正常運行;

提示模塊：發出提示聲音和警示燈，提醒并引導用戶定時服藥;

檢測模塊：檢測使用者服藥情況，并及時反饋給控制器;

軟件APP：設定服用藥物的類型和時間并及時反饋給控制器。

3 ??單元電路分析與實現

3.1 控制模塊

本設計采用STM32F103單片機作為主控芯片。STM32F103是當前主流控制芯片，該芯片支持在線仿真等多種仿真模式，使用領域廣泛、開發者眾多。在智慧醫療、智慧養老、智能家居控制等領域中都發揮了重要的作用。本設計作為智慧養老的重要一環，后期必須具有強大的擴展能力和組網能力，采用STM32F103作為主控制芯片，可實現后期的潛力開發和通信方式的多樣化。

STM32F103單片機是基于ARM的32位通用增強型微控制器，支持實時仿真和跟蹤。由Cortex-M3內核D-bus、S-bus、DMA1、DMA2和以太網DMA五個驅動單元，內部SRAM、閃爍存儲器和連接所有APB設備的AHB2APBx三個被動單元組成。該控制器實時性能好、功耗低、強大的處理能力和最大程度的集成整合，易于開發。

STM32與其他單片機相比具有以下優勢：

1.與51系列相比，STM32F103采用當前移動端廣泛使用的ARM構架，功耗低，技術成熟;

2.與MSP430相比可進行位操作，接口使用方便簡單，學習難度小;

3.與其它8/16位單片機相比，內存更大、處理速度快，可開發潛力更大;

4.應用廣泛，技術成熟，開發難度小。

主控模塊電路圖的設計如圖1所示。

3.2 通信模塊

通信技術方面可采用藍牙技術。相比于其他通信技術，藍牙可連接多個設備，廣泛應用于計算機、網絡和消費電子領域，具有成本低、穩定性好、技術成熟、開發簡單等特點，數據傳輸可達10米，完全滿足本設計要求，而且其數據傳輸的安全性非常高。

利用通用藍牙模塊作為本設計的無線通信模塊，該模塊支持串口通信，支持SPP串口協議，信號較好，傳輸速率較高。本設計中采用了JDY-30藍牙模塊，其特點是支持 Android 手機 SPP 通信、內置 PCB 天線、支持 UART 接口、功耗低。在與主控芯片連接時，只需要將藍牙模塊中的TXD和RXD分別連接芯片的RXD和TXD端。

3.3 電源模塊

電源作為整個系統的重中之重，是整個系統的能量來源。首先采用常規手機充電器將220V交流電轉成5V直流電以后再進入藥盒內部，但由于在整個系統中存在3.3V和5V兩種直流電需求，需要將5V轉換成3.3V以滿足個單元電路的電源需求。因此本設計選用了AMS1117-3.3芯片作為電源轉換芯片。

AMS1117-3.3是一種低漏失電壓調整器，輸出3.3V，帶保護可靠性極高。體積小，價格低，設計簡單，該芯片屬于穩壓輸出，利用AMS1117-3.3經典電源轉換電路，將輸入的5V直流電轉為3.3V直流電。電源轉換電路圖如圖2所示。

3.4提示模塊

提示模塊作為該設計輸出部分，必須具有可靠的提醒作用。由于老年人本身的身體情況不佳，只采用單一的提示方式可能會存在容易遺漏或容易忽視等特點，因此本設計中采用蜂鳴器+LED的聲光雙重提醒方式，增加提醒的有效性。

蜂鳴器作為有源電子訊響器，采用的是5V直流電壓供電，電路中采用8050三極管來驅動，其最大電流500MA，放大倍數在10-60倍。本模塊采用5V供電，按照放大50倍計算，采用100歐電阻最為合適，通過單片機輸出高電平實現報警，其電路原理圖如圖3所示：

LED燈是一種基于半導體材料的發光管，是一種高亮度低功耗的二極管燈。該燈在節能領域有著很大的作為。本設計采用LED與電阻串聯，降低電路電流，并將單片機引腳端作為流入端。引腳呈現低電壓LED燈發光，反之關閉。由于單片機引腳功率有限，其管腳電流最大不超過25MA，總的電流不超過150MA，為防止電流對單片機引腳的沖擊，和將LED置于合適亮度，因此采用1K電阻，作為限流電阻，其具體電路原理圖如圖4所示。

3.5 開關檢測電路

信號的接收與轉換是通過開關實現的。當撥動開關處于1位置，單片機管腳接收到0，撥動到2位置，單片機管腳接收到1信號。通過這種轉換實現藥盒是否使用的檢測。其電路圖如圖5所示。

3.6 APP程序

由于本APP主要支持Android平臺，因此可采用如Android SDK、JDK、Eclipse+ADT等開發工具，APP編程采用JAVA語言模塊化編程，主要包括：

藍牙接口設計：由于該設計在硬件與軟件通信采用的是藍牙通信模塊，所以本APP在接口設計中需要調用startDiscover（ ）方法使用藍牙，并通過對接實現數據的傳輸，本設計搜索時間設定為13s左右，同時加入了連接失敗報警。

廣播及數據處理：在進行APP與藍牙連接時需要調用blueadapter.startDiscovery （ ）進行廣播搜索對接，在通過一段時間的廣播搜索以后進行配對，配對完成以后實現數據對接。通過APP端的設置窗口實現對時間和藥盒編號的設定并通過藍牙節后寫入芯片內部，進而實現APP端對硬件的間接控制。

定時功能設計：由于APP與主控芯片之間需要通過藍牙實現數據的讀寫，因此APP中需要設計時間控制及接口數據的預處理。在實現通信的之前需要實現設備的必須實現對接，不通過線程獲取輸出和輸出實現數據分享，本設計可采用函數封裝，方便簡單。

4 ??結束語

本文設計了一種基于STM32F103嵌入式技術的智能藥盒，旨在積極引導服藥者按時分類吃藥。該藥盒利用APP程序，方便使用者設定時間和數據記錄，可以作為智慧養老或者智能家居的得力助手。由于該設計采用模塊化設計，技術方案相對簡單，設計的穩定性強、維護簡單。同時，利用STM32F103作為控制芯片，處理速度快，實時性好，開發潛力巨大。

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作者簡介：吳振磊（1981-），男，江蘇蘇州人，碩士，講師，研究方向：電子信息工程技術。