基于物聯網技術的智能家用型中藥熏蒸機設計

孫明楊 錢少偉 尹浩 歐陽婷

摘要：在當今社會，生活節奏加快、工作壓力增大，身體亞健康問題越來越困擾著“現代人”，中醫理療越來越受青睞。中藥熏蒸機是一種常用的中醫理療設備。但是傳統的中藥熏蒸機存在體積較大、功能單一、智能化程度較低、普及困難等問題，因此，基于物聯網技術的智能家用型中藥熏蒸機的提出，為中醫藥走進千萬家庭提供了全新的思路。

關鍵字：物聯網;中藥熏蒸;健康理療

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）15-0114-03

中藥熏蒸機是一種常用的中醫理療設備，但傳統的中藥熏蒸機已經不能夠滿足當下的需求，人們更加追求方便快捷的健康理療方式。傳統的中藥熏蒸機存在著許多缺點，如體積較大、功能單一、智能化程度普及較為困難等。因此，改良中藥熏蒸機，使其家用化、智能化勢在必行。將物聯網技術應用到中藥熏蒸機的改良設計中，使中藥熏蒸機更加智能化、體積小、方便操作，成為智能中藥熏蒸機的主要發展方向。

1 物聯網概述

目前，物聯網技術已被廣泛應用于通信、家居、物流、交通等在內的多個行業和領域，醫藥衛生領域也不例外。物聯網技術在現代醫學領域的應用范圍極為廣泛，如健康社會遠程醫療、健康管理教育全程管理、老人健康全程護理等[1]。

醫學物理互聯網的"網"就是通過把"物"有機地直接連成一張"網"，就這樣能夠讓人可以輕松實現實時感知監測，將各種醫療信息產品服務對象與各種醫療信息相關技術數據的無縫交換和信息無縫連接，達到連續實時跟蹤動態健康監測、連續實時跟蹤醫療企業的健康管理，以及精準醫療決策和對醫療信息產品服務行業的健康管理教育。

從定義的提出來到方案的實施，物聯網在各領域展開了全面的技術應用，這也給產業鏈上下游公司帶來了更多的機會和挑戰。隨著物聯網技術的逐漸成熟，其在醫療健康領域的應用也越來越廣泛，為中藥熏蒸機的改進奠定了堅實的理論和應用基礎，并能提供強大的網絡服務。除此之外，物聯網可以與大數據技術相結合，大數據技術的智能數據處理也能為中藥熏蒸機的改造提供理論和技術支持。

2 智能家用型中藥熏蒸機概述

中藥熏蒸治療療法利用中藥熏蒸機將中藥材在鍋中煎煮后所形成的蒸汽，對人體進行熏蒸，以實現提高藥物作用的一種中藥外治療法。熏蒸治療是指藥物通過熱力作用于患處，皮膚機體經過一定的藥物刺激，毛孔張開，微血管擴張，藥物的有效化學成分直接滲入皮膚，甚至到達肌肉深部，或者通過毛細血管的吸收和循環傳播到人體全身，從而可以達到緩解疼痛治療疾病的主要目的。

智能家用型中藥熏蒸機對傳統中藥熏蒸機進行技術改良創新，利用物聯網技術，使中藥熏蒸機實現智能化、小型化，更加方便家用。同時，智能家用型中藥熏蒸機加入了語音交互模塊，通過語音控制，方便中老年人群的操作。利用手機APP不僅可以實現遠程控制，還可以監測機器使用狀態，在一定程度上提高中藥熏蒸機使用的安全性。中藥熏蒸機還會根據個人需求和生活習慣制定相應的理療方案，以此來達到最佳的理療效果。

3 智能家用型中藥熏蒸機設計

3.1整體設計

本款熏蒸機是基于STM32控制模塊改進的智能家用型中藥熏蒸機，通過監測當前環境實時的溫濕度、聲光變化，以及設備是否開啟（開關量）等一系列可檢測的項目設備指標，可以將相關檢測數據反饋給控制器，然后通過控制器進行相關實時操作（查看機器當前狀態、控制熏蒸的溫度等一系列操作），旨在達到智能控制的目的，智能家用型中藥熏蒸機工作流程圖如圖1所示。

3.2硬件模塊

智能家用型中藥熏蒸機的硬件系統（如圖2）主要包括：（1）中央處理模塊（2）通信控制模塊（3）人機交互界面（4）電機驅動模塊（5）溫度檢測模塊（6）電源模塊（7）驅動單元（8）語音控制模塊。硬件模塊工作的主要流程：先由中央處理模塊開始工作，根據需求帶動其他模塊工作，然后采集相關驅動單元的狀態，其中驅動單元包括：（1）LED液晶顯示單元;（2）傳感器單元（3）溫濕度檢測單元;（4）排風扇單元;（5）熏蒸劑加熱單元，將采集的數據反饋給人機交互界面或者net平臺來實現對驅動單元的檢測與控制。

智能家用型中藥熏蒸機的控制系統主要采用STM32F103單片機芯片， STM32采用了當今廣泛應用的 arm 內核，有利于設備的運行穩定及日后芯片技術升級。同時，它還可集成網絡通信模塊等其他功能模塊，后期研究和開發的工具相對齊全，開發資料多，功耗控制較低[2]。

3.3軟件設計

軟件設計的基本原則：采用C++軟件語言進行設備開發，各功能模塊之間進行解耦操作，執行強內聚、弱耦合的核心思想。每個模塊只能實現單一功能，模塊內部的子模塊只為整體的單一功能而存在，模塊之間可以通過約定好的接口進行交互。C++作為一種高級編程語言，功能非常強大，可支持跨平臺操作，具有可移植性，進行軟件設計的過程通常包括編輯、編譯、連接、運行和調試等步驟。利用C++編程環境和ARM架構相結合，可以開發出一系列的外圍驅動程序，極大地提高了ARM嵌入式系統運行的穩定性和效率，對底層硬件系統驅動中的算法進行了大量優化。同時，優化后的軟件程序可直接應用于底層服務，是基于ARM架構的用戶程序與基于硬件底層的系統程序之間相互聯系的重要環節。

在軟件終端系統初始化完成后，通過控制器接收、發送信號[3]，對采集的數據進行處理和分析，通過人機交互界面來實施具體的操作，以實現一系列對應功能。

3.4基于ZigBee技術的通信設計

ZigBee 網絡是一種使用距離短、復雜程度低、自身組織、功耗低、數據速率低的無線溫度傳感器網絡[4]，具有星型、樹形、網狀等多種不同的拓撲管理模式。傳統的樹狀互聯網網絡傳輸路徑基本上都是固定的，如果一個節點被打破，由于網絡傳輸的路徑無法自動調整，將會給后續葉子節點的信息數據傳送帶來嚴重的影響。為了改善和增強控制系統的可靠性與安全程度，該系統選擇了以網狀化的網絡架構作為基礎的網絡拓撲管理架構。

本款機器的內部控制系統采用STM32為主控芯片，借助于ZigBee網絡進行設計，它充分利用了 ZigBee 網絡技術所提供的無線數據傳送功能，具有對功耗的控制良好，實時性強等優勢。ZigBee 網絡主要適用于設備的自動化操作和遠程控制，可以直接嵌入各類設備，同時還能夠連接到大數量組網節點，組網中各個節點的容量也可根據不同的設備需求而靈活地增減。設備內部可安裝多個檢測裝置，用于數據傳輸。同時還可以連接大數量的組網節點，組網節點的數量可以根據設備需求靈活增減。

ZigBee 網絡中的節點可以通過選擇將在一定區域內有信號能力最強的子節點添加到互聯網中，節點的入網操作流程簡單，方便快捷。在設備中選擇一個合適的 id 后，設備上層系統會要求 mac 層適當地設置物理層和 mac 層中的 phycurrentchannel 、 macpanid 和其他 pib 特征。

3.5物聯網功能設計

本機器物聯網主要功能設計有：在原有的控制網絡平臺上添加了一個物聯網數據網關作為設備監測和運行管理的數據中介，利用485通訊控制方式、modbus通訊方式協議，對moplc的內部數據寄存器與外部繼電器等設備進行各種讀/寫和數據操作。流程一般為手機網關直接可以讀取到并得到手機plc的網關數據，先由手機物聯網直接上傳至手機中國移動端的onenet控制平臺，最后由接入互聯網的網關數據在監測控制平臺上后端直接進行一些可視自動化的控制操作。而網關編寫好的數據則一般是在控制平臺上自己直接定義一個網關按鈕的控制路徑，通過在這個控制平臺上自己直接做出一些其他相關的應用控制器和操作，通過利用云端和移動手機端的app來進行開發，亦即是借助云端網關把這個控制器的信號直接將其傳送過來給手機plc[5]，再對其直接執行一些其他相關的控制動作，從而完全直接實現了網關控制的應用功能。

3.6設備調試

前期的所有工作準備以及操作中的內容主要構成包括：檢測各種控制電子系統和各種主電子硬件的完整的連接線、變頻器及相關電機和電壓傳感器等各種電子硬件的相關信號異常響應及相關輸出信號是否正常、plc與各種物聯網設備網關的各個應用程序以及模擬器的系統運行正常、觸摸屏的各個人機交互操作界面的完整設計和相互連接。

測試總結成果：在移動控制系統功能實現方面，觸摸屏以及實時云端移動物聯網app系統可以根據系統的實時反饋信息來實時人工啟動或者手工實時停止，以及自動地通過進入實時運行和自動等候以及待機的自動化循環系統來自動判斷正常任務執行的各個環節，并且還可以能夠自動實時調節內部風力發電機的自動轉速;而且在移動運營商的云端數據實時展示功能方面、在移動觸摸屏實時監控場景和云端物聯網的實時云端數據展示功能方面也表現良好。

4設備子程序設計

4.1控制主機子程序設計

接收協調器發送的數據后，控制主機的串口將顯示數據并設置參數的閾值，判斷每個環境接收的參數是否超過閾值，正常狀態是否超過閾值，超過閾值時給出異常狀態[6]，打開控制模塊調整相應位置點的環境參數。

4.2按鍵子程序檢測

系統的循環利用檢測方法是否有按鍵被按下，用戶信息可以通過鍵盤設置各個參數的報警閾值[7]。設置處理工作全部完成后，控制用戶主機將接收ZigBee控制協調器向每個用戶主機發送的接收信號和發送數據流，對這些接收信號和發送數據中的流分別進行了數據提取、整理、分析、比較。當我們通過檢測數據得到所需要采集的各個室內環境檢測參數已經正常處于安全檢測狀態時，oled報警顯示屏將自動顯示正常的檢測數據[8];如果報警傳感器中通過檢測數據得到的報警信號或者檢測數據量已經超過了我們設定的安全閾值，語音報警模塊就可能會自動發出報警，用戶對此可以及時采取其他進行相應的保護措施。

4.3 OLED顯示子程序設計

系統的主機可以直接通過 i2c 總線進行數據傳輸和指令，首先對顯示功能模塊進行初始化，然后對主機進行清屏處理[9]。為計劃數據顯示器設定了初始值和坐標位，然后通過調用 oled 庫函數實現研究結果顯示。

4.4 Wi-Fi傳輸通信子程序設計

系統主要使用光盤Wi-Fi模塊化并燒錄遲志云的wigjectu等固件。這個新的固件數據庫主要提供了復雜的數據傳輸處理協議和交互。Wi-Fi主機模塊與每個主機用戶單片機的交互只通過一個主機串口埠來進行數據傳輸，只要您需要將主機用戶在移動網絡上網時需要向主機客戶端進行上傳的這些數據進行打包出來并發包傳送到您的云計算平臺，通過主機調用模塊封裝的庫函數將這些數據進行轉發傳輸出來并且傳送到您的云計算平臺上運行即可[10]。

5結語

中藥外治熏蒸治療療法相對于其他中藥治療外科方法，其具有治療疾病效果好、應用領域范圍大、適應范圍人群廣等特點，具有很高的臨床實用性。中醫藥文化與物聯網技術的有機結合，對于促進中醫藥的發展來說具有重大意義。智能家用型中醫藥熏蒸機將軟件與硬件結合，實現了精準理療、高效化理療、便捷化理療的預期功能。

參考文獻：

[1] 鄂旭，侯寶明，畢佳娜，等.基于物聯網的智能農業[J].計算機技術與發展，2014，24（9）：164-167.

[2] 趙傳奇.基于物聯網的農業建筑物變形監測系統設計與實現[D].泰安：山東農業大學，2018.

[3] 陸秀炎.基于無線復合網關的智能照明系統研究[D].深圳：深圳大學，2017.

[4] 劉林陽.具有實時特性的WebSocket家庭智能網關技術研究[D].廈門：廈門理工學院，2016.

[5] 李鵬.基于PLC的生產線自動配料系統設計[D].保定：河北大學，2014.

[6] 吳佳杰.基于LXC的Android系統虛擬化關鍵技術設計與實現[D].杭州：浙江大學，2014.

[7] 楊琳，李媛，馮爽，等.基于ARM的網絡化智能儀表的設計與研究[J].計算技術與自動化，2018，37（4）：15-20.

[8] 戴煒哲.測試系統繼電器電阻值異常的工程學分析及解決[J].電子工程師，2007，33（10）：9-11，23.

[9] 李乾龍，龍馨，龍光利.基于物聯網的中央空調末端溫控器[J].物聯網技術，2020，10（4）：100-102，105.

[10] 陳志棟，翁正國.智能空調無線監控系統的設計[J].物聯網技術，2016，6（3）：24-25，27.

【通聯編輯：光文玲】