摘要 设计一种由stm32单片机控制的自助取药装置，由ZigBee模块实现远程检测，通过对不同时间段的设置，以及蜂鸣器的协调下，实现提醒用户用药以及控制门有顺序性打开的功能。设计完成的取药器主要由STM32F103最小系统、串口屏、ZigBee模块、报警模块、智能手环模块组成。而且这个自取取药器最多可以实现同时吃6种药的功能。
关键字 STM32F103最小系统 串口屏 ZigBee模块 报警模块 智能手环
1、主要内容
随着中国社会人口老龄化的转变，老人越来越多，健康问题成为一个回避不了的问题，由于中国特殊的国情，老年人吃药会出现服错药，不按时服药等问题，这些“吃药难”的问题都是当今社会现实存在且难以解决的，甚至会造成恶劣的医患纠纷，从而打击到整个医药行业。而本产品就是致力于解决这一重大问题的。我们将针对病人的患病情况，设计出优良的服药方案，帮助和提醒使用者正确的，按时按点的服药，同时还会通过微信实时监测使用者的用药用量及健康状况。各部分的主要研究内容如下：
1. 智能药箱端选用性价比高、体积小的 STM32芯片作为核心处理器，完成了各模块的模块驱动程序设计。通过程序控制电磁锁的开关，实现本装置门顺序性的自动打开。本系统采用液晶屏显示吃药信息，利用串行方式把吃药信息显示在TJC4024T032-011R串口屏上。
2. 利用微信实现了对智能药箱端进行远程监控。服务器端的数据库可以存储药物信息，取药状态，闹钟，用户信息等，药箱端可以通过网络从数据库中获取吃药信息，实时进行数据交换。功能包括：从服务器端的数据库中实时获取药物信息，闹钟信息等并存储。播放音频文件提醒老人用药，在串口屏上提示吃药信息，老人可以根据显示信息正确用药。智能药箱端通过程序界面方便的配置智能药箱内部的网络信息，包括服务器地址、端口、网关等。
2、总体设计方案
基于stm32芯片的一种智能自助取药器是老年人生活中的重要助手，它是以单片机为核心，再配合外围一系列电子电路以及ZigBee模块构成，其中，智能药箱的结构图如图2.1。
该产品主要由STM32，串口屏，zigbee模块，提示音模块，智能手环以及手机微信端六部分组成。其中STM32，串口屏，提示音模块以及zigbee的终端模块位于药箱主体，分别用于药箱端的门锁控制，药量与时间的设定及显示，超时提醒以及数据的发送与接收。Zigbee的协调端安插在路由器上，与Arduino+以太网模块共同组成协调模块，用以中转信息。终端模块将信息发送给协调模块，再由以太网模块上传到微信服务器端，最后由手机微信端读取信息。智能手环则使用蓝牙与手机端相连，再通过手机自带应用将数据上传至微信端，用以综合管理信息。
3、硬件设计
3.1. STM32F103最小系统设计
STM32F103最小系统由电源，晶振，复位三部分电路构成。其中晶振电路由两部分构成，分别为时钟电路和驱动电路。在STM32中有五个时钟源分别为HSI、HSE、LSI、LSE和PLL，这里采用的是HSE即高速外部时钟源，并外接频率为8M的石英晶体谐振器。电源电路中考虑到产品的实用性以及使用场景，首先使用电源转换器将220伏的交变电转换为5伏的直流电，然后采用稳压芯片将电压稳定在3.3伏，从而给芯片供电。在实际应用中还将考虑芯片的启动模式，芯片由boot0,boot1两个管脚设定启动模式，这里将两个管脚全部接地设置为闪存启动。
3.2.串口屏
在时间显示，吃药药量显示方面，这里采用串口屏加以实现并可实现简单的人机交互。我们采用了一块3.2寸的串口屏，并且带有标准字库，其中的四个GT引脚与STM32的I/O口相连并且采用模拟SPI模式进行通信。由于STM32的I/O管脚的输出电流不足以驱动串口屏正常运行，这里采用由外部三极管搭建的电流放大电路来驱动串口屏正常显示。
3.3.ZigBee模块
该模块负责药箱端与手机端之间的信息传输。由于自行开发zigbee芯片过于复杂，这里采用固化版本的QAZ2000/QAZ2000X透传模块，内置现成的zigbee协议栈。天线采用内置PCB天线，覆盖范围空旷时为400m，足以满足需求。协调器模块的节点类型配置为协调器并将其安插在路由器上，在终端以及路由器间进行协调。终端模块安插在药箱中，通过串口与主控STM32相连接用以采集药量以及设定时间等信息。
3.4.报警模块
报警模块主要由两部分组成，一部分为药箱上带有的蜂鸣器，另一部分则为由zigbee模块搭建起的网络平台在手机微信端的模块。这里的蜂鸣器主要负责定时报警，如果在设定的临界时间没有触发开关，则触发报警。蜂鸣器电路由一个3.3伏的有源蜂鸣器构成，其驱动同样需要由外部搭建的三极管来进行驱动。而微信端则主要负责服药时间以及心率血压等信息的显示，这些信息由药箱端以及手环采集，然后分别通过zigbee以及蓝牙将数据传送到手机微信端用于提醒用户。
3.5.智能手环
这里的智能手环为市场上直接购买的成品，由于本人使用的是小米手机，所以就配套使用了小米手环来进行心率以及血压信息的采集，然后通过蓝牙上传到手机终端，绑定微信后即可通过微信公众平台显示信息。
4、创新点
1、本产品通过实体取药盒，实时提醒病人服药，可通过内置单片机线下控制，也可通过蓝牙传输实现线上控制，降低使用者服药出错率。2、通过无线连接的方式，如BlueTooth，ZigBee等无线通信方式，与智能手机等智能型终端设备相连，实现物联网，方便用户亲友进行监督。3、通过多种提醒方式，如LED灯，手环震动、闹铃实现及时对用户进行提醒，保障用户的按时使用。4、智能控制相应的药物存放柜，在规定时间内，用户只能打开一个存放柜，保障了用户不会取错药物。5、内置数据存储芯片，停电数据不会丢失方便用户一次性设置，并且保障了停电后数据的安全。
5、结语
本设计主要研究的是智能自助取药器的设计，主要研究怎么样去控制设计，从而实现能有序性的开关门并能反馈健康状态取药器的设计。随着我调查和查阅资料得，现在的需求如下：人机交互性强、操作简单、使用方便、能准确反馈信息。根据我的调查和研究，在我的能力之下，设计了一套取药的自动控制，希望在以后的生活中能帮助那些老人正常服药。
参考文献
[1]STM32时钟配置方法详解http://blog.csdn.net/kevinhg/article/details/17517117.2013-12-24
[2]江巧. 基于STM32的智能药箱系统设计与实现.百度学术.2015-3.
[3]串口工作原. https://wenku.baidu.com/view/65582fe64b35eefdc9d33349.html 2016-04-16
论文作者:（杨雁飞 刘博 张衡,常欣,盛建诚）
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/11/1
标签：模块论文; 药箱论文; 串口论文; 信息论文; 智能论文; 取药论文; 蜂鸣器论文; 《科技中国》2017年7期论文;