基于stm32嵌入式技术的智能药盒设计

吴振磊 顾楚楚

摘要：科技让我们的生活更加美好，近些年来，伴随着微电子技术、微机械控制技术、大型集成电路技术的发展，嵌入式技术在人们的学习、生活、工作中得到了广泛的应用。本文介绍了一款基于STM32技术的智能型药盒，可以实现监督老年人按时吃药并通过通信系统及时将信息反馈到APP端。本设计采用模块化设计，设计难度适中，成本较低，易于维护，使用方便，满足日常需求，可为智慧养老医疗系统提供良好的支撑。

关键词：智能药盒;STM32芯片;嵌入式技术;

1   引言

国民经济的发展不断提高人民的生活水平，人们越来越注意生活的品质。随着生育率逐渐降低，社会人口老龄化问题逐渐凸显出来，如何赡养好老年人成为社会关注和亟需解决的问题。而随着通信和计算机等高科技的快速发展，计算机智能辅助技术在日常生活中对老年人医疗保健领域的应用一直备受关注。将智能辅助技术应用到老年人的医疗中是当下技术应用的一个典范，随着产品的不断更新换代，智能化的药盒将具有更加丰富的功能，通过药盒的数据记录老年人服药数据，可以提供良好的药疗分析数据，可以让医生更好的了解患者情况并对症下药。

因此针对这种现状，本文设计了一种家用智能药盒，具有较高的应用价值和现实意义。本设计是一款基于STM32嵌入式技术智能药盒。该药盒可根据实际情况设定药物的种类和服药时间，实现对老年人每天定时提醒，提醒使用者服用多种药物中的一种或多种，以帮助服药者按时服药，缓解病状。

2   基本控制要求

为满足使用者越来越复杂多样的要求，本设计通过对APP端设定时间和药物种类后，经由通信模块发送至药盒控制器中，控制器接受指令以后，根据设定情况分类定时，以声音和警示灯的方式提醒使用者服药，在使用者服药以后单片机通过信息采集模块将数据及时反馈给APP并记录于APP后台，护理人员可以了解使用者的服药情况。

根据设计要求，该药盒主要由控制模块、通信模块、电源模块、提示模块和软件APP等组成。

控制模块：负责数据处理及指令发送;

通信模块：负责单片机与APP间的通信数据传输;

电源模块：为各个模块供电，保证系统正常运行;

提示模块：发出提示声音和警示灯，提醒并引导用户定时服药;

检测模块：检测使用者服药情况，并及时反馈给控制器;

软件APP：设定服用药物的类型和时间并及时反馈给控制器。

3   单元电路分析与实现

3.1 控制模块

本设计采用STM32F103单片机作为主控芯片。STM32F103是当前主流控制芯片，该芯片支持在线仿真等多种仿真模式，使用领域广泛、开发者众多。在智慧医疗、智慧养老、智能家居控制等领域中都发挥了重要的作用。本设计作为智慧养老的重要一环，后期必须具有强大的扩展能力和组网能力，采用STM32F103作为主控制芯片，可实现后期的潜力开发和通信方式的多样化。

STM32F103单片机是基于ARM的32位通用增强型微控制器，支持实时仿真和跟踪。由Cortex-M3内核D-bus、S-bus、DMA1、DMA2和以太网DMA五个驱动单元，内部SRAM、闪烁存储器和连接所有APB设备的AHB2APBx三个被动单元组成。该控制器实时性能好、功耗低、强大的处理能力和最大程度的集成整合，易于开发。

STM32与其他单片机相比具有以下优势：

1.与51系列相比，STM32F103采用当前移动端广泛使用的ARM构架，功耗低，技术成熟;

2.与MSP430相比可进行位操作，接口使用方便简单，学习难度小;

3.与其它8/16位单片机相比，内存更大、处理速度快，可开发潜力更大;

4.应用广泛，技術成熟，开发难度小。

主控模块电路图的设计如图1所示。

3.2 通信模块

通信技术方面可采用蓝牙技术。相比于其他通信技术，蓝牙可连接多个设备，广泛应用于计算机、网络和消费电子领域，具有成本低、稳定性好、技术成熟、开发简单等特点，数据传输可达10米，完全满足本设计要求，而且其数据传输的安全性非常高。

利用通用蓝牙模块作为本设计的无线通信模块，该模块支持串口通信，支持SPP串口协议，信号较好，传输速率较高。本设计中采用了JDY-30蓝牙模块，其特点是支持 Android 手机 SPP 通信、内置 PCB 天线、支持 UART 接口、功耗低。在与主控芯片连接时，只需要将蓝牙模块中的TXD和RXD分别连接芯片的RXD和TXD端。

3.3 电源模块

电源作为整个系统的重中之重，是整个系统的能量来源。首先采用常规手机充电器将220V交流电转成5V直流电以后再进入药盒内部，但由于在整个系统中存在3.3V和5V两种直流电需求，需要将5V转换成3.3V以满足个单元电路的电源需求。因此本设计选用了AMS1117-3.3芯片作为电源转换芯片。

AMS1117-3.3是一种低漏失电压调整器，输出3.3V，带保护可靠性极高。体积小，价格低，设计简单，该芯片属于稳压输出，利用AMS1117-3.3经典电源转换电路，将输入的5V直流电转为3.3V直流电。电源转换电路图如图2所示。

3.4提示模块

提示模块作为该设计输出部分，必须具有可靠的提醒作用。由于老年人本身的身体情况不佳，只采用单一的提示方式可能会存在容易遗漏或容易忽视等特点，因此本设计中采用蜂鸣器+LED的声光双重提醒方式，增加提醒的有效性。

蜂鸣器作为有源电子讯响器，采用的是5V直流电压供电，电路中采用8050三极管来驱动，其最大电流500MA，放大倍数在10-60倍。本模块采用5V供电，按照放大50倍计算，采用100欧电阻最为合适，通过单片机输出高电平实现报警，其电路原理图如图3所示：

LED灯是一种基于半导体材料的发光管，是一种高亮度低功耗的二极管灯。该灯在节能领域有着很大的作为。本设计采用LED与电阻串联，降低电路电流，并将单片机引脚端作为流入端。引脚呈现低电压LED灯发光，反之关闭。由于单片机引脚功率有限，其管脚电流最大不超过25MA，总的电流不超过150MA，为防止电流对单片机引脚的冲击，和将LED置于合适亮度，因此采用1K电阻，作为限流电阻，其具体电路原理图如图4所示。

3.5 开关检测电路

信号的接收与转换是通过开关实现的。当拨动开关处于1位置，单片机管脚接收到0，拨动到2位置，单片机管脚接收到1信号。通过这种转换实现药盒是否使用的检测。其电路图如图5所示。

3.6 APP程序

由于本APP主要支持Android平台，因此可采用如Android SDK、JDK、Eclipse+ADT等开发工具，APP编程采用JAVA语言模块化编程，主要包括：

蓝牙接口设计：由于该设计在硬件与软件通信采用的是藍牙通信模块，所以本APP在接口设计中需要调用startDiscover（ ）方法使用蓝牙，并通过对接实现数据的传输，本设计搜索时间设定为13s左右，同时加入了连接失败报警。

广播及数据处理：在进行APP与蓝牙连接时需要调用blueadapter.startDiscovery （ ）进行广播搜索对接，在通过一段时间的广播搜索以后进行配对，配对完成以后实现数据对接。通过APP端的设置窗口实现对时间和药盒编号的设定并通过蓝牙节后写入芯片内部，进而实现APP端对硬件的间接控制。

定时功能设计：由于APP与主控芯片之间需要通过蓝牙实现数据的读写，因此APP中需要设计时间控制及接口数据的预处理。在实现通信的之前需要实现设备的必须实现对接，不通过线程获取输出和输出实现数据分享，本设计可采用函数封装，方便简单。

4   结束语

本文设计了一种基于STM32F103嵌入式技术的智能药盒，旨在积极引导服药者按时分类吃药。该药盒利用APP程序，方便使用者设定时间和数据记录，可以作为智慧养老或者智能家居的得力助手。由于该设计采用模块化设计，技术方案相对简单，设计的稳定性强、维护简单。同时，利用STM32F103作为控制芯片，处理速度快，实时性好，开发潜力巨大。

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作者简介：吴振磊（1981-），男，江苏苏州人，硕士，讲师，研究方向：电子信息工程技术。