基于单片机控制的新型智能电子药箱的设计

于丽丽，雷声媛

(榆林职业技术学院机电工程系，陕西榆林，719000)

0 引言

本文提出了一种基于单片机控制新型智能电子药箱，能很好的帮助需长期服用较多种类药物的老年人，解决他们容易出现的漏服或者错服药物的问题，并且简单易操作，具有一定的推广价值。

1 电子药箱的结构与功能

1.1 结构

电子药箱实物模型如图1 所示。药箱为长方体，整体尺寸为400mm×320mm×320mm。药箱共有21 格药盒，每个药盒内设隔板，用来存放不同种类的药，隔板可以移动，方便根据药物形状调整药盒大小，每个药盒都有一个单独的门，每个药盒后面安装了扭簧，当药盒门打开时弹出药盒。药箱共有21 个电磁锁，设置在药盒的旁边，用来吸住药盒门。药盒的右侧是储药盒，最下层是干燥剂夹层，顶面板是由按钮、键盘、LCD 显示屏组成的控制面板，药箱后侧是电路板隔层，用来放置电路板。

图1 电子药箱模型图

1.2 功能

整个电子药箱的主要功能有以下几个方面。

(1)分类收纳

电子药箱共有21 格药盒，采用3×7 的分布形式，监护人可以将药物按一周七天，一天三次所吃药物放入对应药盒，药盒可以调整内部大小，适用不同形状大小药品的放置；另外右侧储药盒用于储存剩余药物。

(2)参数配置

通过控制面板可以设置系统时间，每周吃药时间、每天吃药时间等参数。设置完参数保存，且带有备用电池保证掉电不丢失数据，正常运行。

(3)用药提醒

电子药箱可以通过家人或医护人员设置用药时间，用药时间到，蜂鸣器播放音乐，LED 灯闪烁，当用药人收到提醒，按下顶层面板一键打开按钮后，蜂鸣器停止播放，LED 灯熄灭，同时对应药盒的门自动弹开，扭簧推动药盒弹出，保证按时用药和用药的准确性。

(4)药盒便携

每个药盒是独立的，短期外出时可以根据需要拿出对应药盒，另外药箱的两侧装有把手，方便药箱的移动与携带。

(5)防潮防腐

药箱下方设有干燥剂夹层，干燥剂袋可以随时更换，保证药物储存的干燥条件，使药物药性药质不变。

2 电子药箱的硬件设计

电子药箱硬件电路主要由电源、STM32 单片机为核心的电磁锁驱动板、电磁锁、STC8 单片机为核心的控制板、LCD显示屏、键盘、蜂鸣器、按钮、报警灯LED 等模块组成。电路框图如图2 所示。

图2 电子药箱电路框图

2.1 主控模块

主控模块在电子药箱系统中起信息处理和控制的作用。主控模块处理器选用STC8A8K64S4A12 芯片，电路包括振荡电路、复位电路、电源电路、串口电路。电源使用5V 直流电源输入。通过串口RS232 连接电子锁驱动模块，并连接键盘与LCD、报警模块的LED 灯与蜂鸣器。

2.2 电磁锁驱动模块

电磁锁驱动板驱动21 个药盒对应的电磁锁，实现药盒门的自动弹开，以及不工作时的锁定状态。电磁锁驱动模块微控制器采用STM32F107 芯片,STM32F107 通过RS232 串口通信线接收主控板控制信号进行电磁锁控制。STM32F107 产生的信号不具有直接驱动电磁锁的能力，因此通过74HTC245和ULN2803 增强驱动能力，驱动电磁锁。74HTC245 用来驱动LED 或者其他的设备。ULN2803 是8 路NPN 达林顿晶体管，可用于驱动大电流负载，可直接驱动继电器。ULN2803 的输入信号为低电压电平时，输出负载端才能导通工作。当驱动板未接收到驱动信号时，I/O 口输出低电平，通过74HTC245 给ULN2803，ULN2803 接收到低电平信号时，电磁锁接通工作，吸住药箱门；当驱动板通过RXD 接收到用药时间到信号，并且检测到用药人已收到用药提醒（按下按钮）信号时，对应I/O 口输出高电平给74HTC245，再通过ULN2803 输出高电平，对应电磁锁断电不工作，无法吸住药箱门，所以药箱门自动打开。

2.3 键盘与液晶显示模块

药箱采用4×4 矩阵键盘， LCD 显示屏，通过接口连接于主控模块，用于配置系统参数，包括设置系统时间、每天吃药时间。

2.4 电源模块

电源模块包括电源供电和电池供电，均有5V 电源和12V电源组成。5V 电源为电磁锁驱动模块、STC 主控模块、液晶显示模块等供电，最大电流10A。12V 电源连接在主控模块，为声光报警模块中的蜂鸣器和LED 报警灯供电。

2.5 声光报警模块

报警模块的报警由LED 灯和蜂鸣器产生，采用高耐压、大电流复合晶体管ULN2003，通过串口电路与主控模块连接，当设置用药时间到时，主控板发出信号，通过ULN2003 驱动LED灯闪烁、蜂鸣器播放音乐，当检测到按钮信号时，关闭蜂鸣器与LED 灯。报警模块电源是12V。

2.6 信息存储模块

为了实现掉电后，已设置的用药信息不丢失，增加了掉电存储数据的功能。选用25LC1024 作为数据存储单元，其无论在工作还是待机状态下，电流均很低，从而大大降低了功耗。

2.7 时钟模块

本设计时钟电路使用低功耗实时时钟芯片DS1302，DS1302 时钟电路具有高性能、低功耗的特性、并带有RAM，可以用来进行定时报警，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，直至2100 年，还具有闰年补偿功能，采用32.768kHz 外部晶振做时钟源，采用3 线接口与STC8A8K64S4A12 相连，实现准确计时操作，保证用药提醒的准确性。

图3 药箱系统程序流程图

3 电子药箱的软件设计

软件系统包括服药信息设定、用药提醒、服药信息掉电存储功能设计。

当用药时间设定完毕后，系统进入服药监控状态，时刻比较设定的时间与当前系统时间是否一致，如果一致，表明服药时间到，此时蜂鸣器和LED 灯发出声光报警。当服药人接收到提醒信息，按下按钮时，蜂鸣器和LED 灯关闭，并进入驱动子程序，驱动子程序用来实现对应药盒门打开功能，并且计时2s，服药人拿走药物，关闭药盒门，表示已服药，子程序将完成信息传输给主程序，再次进入服药监控状态。药箱系统主程序和驱动子程序流程如图3 所示。

4 结语

本电子药箱（图4 为智能电子药箱实物图），运用单片机技术，可以实现智能管理用药时间、声光报警提醒吃药、自动弹开相应药盒等功能。并且根据老年人生理和心理特征，注重实践使用，简单易操作，使独自在家的老年人能方便安全服药，提高其生活质量。此电子药箱可以在家庭和养老院等场所进推广应用，具有广阔的应用前景，后期可以设计APP 帮助监护人随时监控老人吃药情况。