應(yīng)用筆記|基于云服務(wù)平臺(tái)的智能藥箱

1功能實(shí)現(xiàn)

2硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 總結(jié)

1. 總體功能實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)一款智能藥箱，分成不同的收納格，每個(gè)格子配固定編號(hào)，服藥者把藥物根據(jù)服用時(shí)間放在收納格中，并在手機(jī)APP設(shè)置定時(shí)提醒服務(wù)，到設(shè)定時(shí)間藥箱收納格指示燈報(bào)警提醒服藥；配傳感器感知收納格被打開(kāi)和關(guān)閉的過(guò)程，視為一次服藥成功，并上傳云端做服藥記錄；做分組采集，藥箱配RFID讀卡器會(huì)對(duì)服藥者進(jìn)行分組，暫定兩組。

2.總體硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 以STM32單片機(jī)為主控MCU實(shí)現(xiàn)藥箱控制部分

以STM32單片機(jī)為主控MCU實(shí)現(xiàn)的藥箱控制部分包括LED顯示，提示服藥種類和服用計(jì)量；收納格聲光報(bào)警，起到定時(shí)提醒作用；傳感器采集模塊，記錄收納格開(kāi)關(guān)情況；電機(jī)控制模塊，利用步進(jìn)電機(jī)或者舵機(jī)控制收納格運(yùn)動(dòng)，從而控制藥品輸出；RFID人員采集模塊，識(shí)別服藥人，避免誤服。

2.2 STM32最小系統(tǒng)

STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)包括主芯片、上電復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源供電電路。同時(shí)，如果滿足STM32單片機(jī)基本功能，還應(yīng)包括下載模塊和人機(jī)交互模塊。本次選用STM32F103RCT6作為中心控制芯片。STM32F103RCT6基于ARM Cortex-M內(nèi)核，具有高性能、低成本、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，片上資源包括48KB SRAM、256KB Flash、11個(gè)定時(shí)器、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、3個(gè)SPI、3個(gè)12位ADC、2個(gè)12位DAC及51個(gè)通用IO口。

2.3Esp8266模塊

利用ESP8266模塊把藥箱采集的服藥情況通過(guò)WiFi上傳到機(jī)智云平臺(tái)，對(duì)藥物服用者的服藥情況做全過(guò)程跟蹤記錄。ESP8266模塊是現(xiàn)如今非常流行的WiFi模塊，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)中傳輸層的近距離主流模塊，它的體積較小，非常方便布局在硬件主控板上，而不影響智能藥箱的美觀性；

超低的功耗也是ESP8266的主要特點(diǎn)，在不需要傳輸數(shù)據(jù)的情況下，ESP8266為深度睡眠狀態(tài)，工作電流約為20μA；當(dāng)有傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，工作電流約為70mA，節(jié)能性優(yōu)良(圖3)。與藍(lán)牙模塊做比較，WiFi模塊具有更遠(yuǎn)的傳輸距離和更高的傳輸速度。

2.4 RFID人員采集模塊

RFID在本設(shè)計(jì)中，起到用來(lái)區(qū)別老人身份的作用，可以一家人同時(shí)使用，藥箱的固定位置布有電磁感應(yīng)線圈，該線圈引出端連到主控板的RFID模塊上，控制器通過(guò)感應(yīng)線圈發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)有同頻率電子標(biāo)簽接近感應(yīng)線圈時(shí)，通過(guò)電感耦合使電子標(biāo)簽儲(chǔ)存能量，當(dāng)能量達(dá)到一定值，就會(huì)將將電子標(biāo)簽中的編碼信息發(fā)送到藥箱控制器中進(jìn)行解碼處理。

電子標(biāo)簽采用NXP MIFARE系列S50芯片，存儲(chǔ)容量1K。因?yàn)槭菬o(wú)源電子標(biāo)簽，所以外觀結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成多種形式，可以以手環(huán)的形式佩戴在老人身上，也可以以卡片的形式隨身攜帶。與電子標(biāo)簽相匹配的RFID讀卡部分采用NXP MIFARE RC500基站芯片，RC500支持ISO14443A協(xié)議，發(fā)送和接收都可在無(wú)源條件下進(jìn)行，通信距離在理想條件下可達(dá)到100mm。接收器部分包含解調(diào)和解碼電路，穩(wěn)定有效。數(shù)字部分負(fù)責(zé)處理幀和奇偶校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)。

2.5 舵機(jī)模塊

舵機(jī)旋轉(zhuǎn)范圍0～180°，單片機(jī)向舵機(jī)發(fā)出PWM信號(hào)就可以控制角度，信號(hào)需要連續(xù)發(fā)送才能讓多級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)直到達(dá)到角度。0.5～20ms高電平對(duì)應(yīng)0～180°轉(zhuǎn)角。

2.6 傳感器模塊

使用紅外傳感器模塊識(shí)別藥箱所選抽屜的一次開(kāi)啟和閉合，來(lái)作為一次服藥周期記錄。該傳感器模塊上主要元器件為L(zhǎng)M393比較器，此外還有一對(duì)紅外發(fā)射管與接收管，當(dāng)模塊前方無(wú)障礙物時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)射的光線發(fā)射到遠(yuǎn)處，指示燈滅，當(dāng)不透明障礙物接近紅外管時(shí)，發(fā)射管發(fā)出的紅外光線遇到障礙物返回之后被接收管接收，這時(shí)比較器輸出端給出低電平，有障礙指示燈亮起。

將在無(wú)障礙和有障礙循環(huán)一次的周期作為服藥操作流程的一次記錄。模塊上電位器可調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效感應(yīng)距離在2～30cm之間，工作電壓為3.3～5V。

2.7 機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

利用機(jī)智云平臺(tái)首先對(duì)通過(guò)平臺(tái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定，即對(duì)服藥者進(jìn)行初始化設(shè)定，包括服藥名稱、服藥時(shí)間、服藥劑量等，并設(shè)置定時(shí)提醒功能；待服藥后自動(dòng)采集完成信息，保存為服藥成功一次，并做數(shù)據(jù)保存。

4.總結(jié)

本文介紹對(duì)老人身份的識(shí)別、用藥的提醒、用藥量的顯示、對(duì)服藥后上傳云服務(wù)器、用藥數(shù)據(jù)的記錄等功能于一體，使老年人以及常年服藥者能夠把每日定量服藥這個(gè)操作過(guò)程實(shí)現(xiàn)得簡(jiǎn)單便捷。