基于單片機控制的新型智能電子藥箱的設計

于麗麗，雷聲媛

(榆林職業技術學院機電工程系，陜西榆林，719000)

0 引言

本文提出了一種基于單片機控制新型智能電子藥箱，能很好的幫助需長期服用較多種類藥物的老年人，解決他們容易出現的漏服或者錯服藥物的問題，并且簡單易操作，具有一定的推廣價值。

1 電子藥箱的結構與功能

1.1 結構

電子藥箱實物模型如圖1 所示。藥箱為長方體，整體尺寸為400mm×320mm×320mm。藥箱共有21 格藥盒，每個藥盒內設隔板，用來存放不同種類的藥，隔板可以移動，方便根據藥物形狀調整藥盒大小，每個藥盒都有一個單獨的門，每個藥盒后面安裝了扭簧，當藥盒門打開時彈出藥盒。藥箱共有21 個電磁鎖，設置在藥盒的旁邊，用來吸住藥盒門。藥盒的右側是儲藥盒，最下層是干燥劑夾層，頂面板是由按鈕、鍵盤、LCD 顯示屏組成的控制面板，藥箱后側是電路板隔層，用來放置電路板。

圖1 電子藥箱模型圖

1.2 功能

整個電子藥箱的主要功能有以下幾個方面。

(1)分類收納

電子藥箱共有21 格藥盒，采用3×7 的分布形式，監護人可以將藥物按一周七天，一天三次所吃藥物放入對應藥盒，藥盒可以調整內部大小，適用不同形狀大小藥品的放置；另外右側儲藥盒用于儲存剩余藥物。

(2)參數配置

通過控制面板可以設置系統時間，每周吃藥時間、每天吃藥時間等參數。設置完參數保存，且帶有備用電池保證掉電不丟失數據，正常運行。

(3)用藥提醒

電子藥箱可以通過家人或醫護人員設置用藥時間，用藥時間到，蜂鳴器播放音樂，LED 燈閃爍，當用藥人收到提醒，按下頂層面板一鍵打開按鈕后，蜂鳴器停止播放，LED 燈熄滅，同時對應藥盒的門自動彈開，扭簧推動藥盒彈出，保證按時用藥和用藥的準確性。

(4)藥盒便攜

每個藥盒是獨立的，短期外出時可以根據需要拿出對應藥盒，另外藥箱的兩側裝有把手，方便藥箱的移動與攜帶。

(5)防潮防腐

藥箱下方設有干燥劑夾層，干燥劑袋可以隨時更換，保證藥物儲存的干燥條件，使藥物藥性藥質不變。

2 電子藥箱的硬件設計

電子藥箱硬件電路主要由電源、STM32 單片機為核心的電磁鎖驅動板、電磁鎖、STC8 單片機為核心的控制板、LCD顯示屏、鍵盤、蜂鳴器、按鈕、報警燈LED 等模塊組成。電路框圖如圖2 所示。

圖2 電子藥箱電路框圖

2.1 主控模塊

主控模塊在電子藥箱系統中起信息處理和控制的作用。主控模塊處理器選用STC8A8K64S4A12 芯片，電路包括振蕩電路、復位電路、電源電路、串口電路。電源使用5V 直流電源輸入。通過串口RS232 連接電子鎖驅動模塊，并連接鍵盤與LCD、報警模塊的LED 燈與蜂鳴器。

2.2 電磁鎖驅動模塊

電磁鎖驅動板驅動21 個藥盒對應的電磁鎖，實現藥盒門的自動彈開，以及不工作時的鎖定狀態。電磁鎖驅動模塊微控制器采用STM32F107 芯片,STM32F107 通過RS232 串口通信線接收主控板控制信號進行電磁鎖控制。STM32F107 產生的信號不具有直接驅動電磁鎖的能力，因此通過74HTC245和ULN2803 增強驅動能力，驅動電磁鎖。74HTC245 用來驅動LED 或者其他的設備。ULN2803 是8 路NPN 達林頓晶體管，可用于驅動大電流負載，可直接驅動繼電器。ULN2803 的輸入信號為低電壓電平時，輸出負載端才能導通工作。當驅動板未接收到驅動信號時，I/O 口輸出低電平，通過74HTC245 給ULN2803，ULN2803 接收到低電平信號時，電磁鎖接通工作，吸住藥箱門；當驅動板通過RXD 接收到用藥時間到信號，并且檢測到用藥人已收到用藥提醒（按下按鈕）信號時，對應I/O 口輸出高電平給74HTC245，再通過ULN2803 輸出高電平，對應電磁鎖斷電不工作，無法吸住藥箱門，所以藥箱門自動打開。

2.3 鍵盤與液晶顯示模塊

藥箱采用4×4 矩陣鍵盤， LCD 顯示屏，通過接口連接于主控模塊，用于配置系統參數，包括設置系統時間、每天吃藥時間。

2.4 電源模塊

電源模塊包括電源供電和電池供電，均有5V 電源和12V電源組成。5V 電源為電磁鎖驅動模塊、STC 主控模塊、液晶顯示模塊等供電，最大電流10A。12V 電源連接在主控模塊，為聲光報警模塊中的蜂鳴器和LED 報警燈供電。

2.5 聲光報警模塊

報警模塊的報警由LED 燈和蜂鳴器產生，采用高耐壓、大電流復合晶體管ULN2003，通過串口電路與主控模塊連接，當設置用藥時間到時，主控板發出信號，通過ULN2003 驅動LED燈閃爍、蜂鳴器播放音樂，當檢測到按鈕信號時，關閉蜂鳴器與LED 燈。報警模塊電源是12V。

2.6 信息存儲模塊

為了實現掉電后，已設置的用藥信息不丟失，增加了掉電存儲數據的功能。選用25LC1024 作為數據存儲單元，其無論在工作還是待機狀態下，電流均很低，從而大大降低了功耗。

2.7 時鐘模塊

本設計時鐘電路使用低功耗實時時鐘芯片DS1302，DS1302 時鐘電路具有高性能、低功耗的特性、并帶有RAM，可以用來進行定時報警，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，直至2100 年，還具有閏年補償功能，采用32.768kHz 外部晶振做時鐘源，采用3 線接口與STC8A8K64S4A12 相連，實現準確計時操作，保證用藥提醒的準確性。

圖3 藥箱系統程序流程圖

3 電子藥箱的軟件設計

軟件系統包括服藥信息設定、用藥提醒、服藥信息掉電存儲功能設計。

當用藥時間設定完畢后，系統進入服藥監控狀態，時刻比較設定的時間與當前系統時間是否一致，如果一致，表明服藥時間到，此時蜂鳴器和LED 燈發出聲光報警。當服藥人接收到提醒信息，按下按鈕時，蜂鳴器和LED 燈關閉，并進入驅動子程序，驅動子程序用來實現對應藥盒門打開功能，并且計時2s，服藥人拿走藥物，關閉藥盒門，表示已服藥，子程序將完成信息傳輸給主程序，再次進入服藥監控狀態。藥箱系統主程序和驅動子程序流程如圖3 所示。

4 結語

本電子藥箱（圖4 為智能電子藥箱實物圖），運用單片機技術，可以實現智能管理用藥時間、聲光報警提醒吃藥、自動彈開相應藥盒等功能。并且根據老年人生理和心理特征，注重實踐使用，簡單易操作，使獨自在家的老年人能方便安全服藥，提高其生活質量。此電子藥箱可以在家庭和養老院等場所進推廣應用，具有廣闊的應用前景，后期可以設計APP 幫助監護人隨時監控老人吃藥情況。