基于物联网技术的智能家用型中药熏蒸机设计

孙明杨 钱少伟 尹浩 欧阳婷

摘要：在当今社会，生活节奏加快、工作压力增大，身体亚健康问题越来越困扰着“现代人”，中医理疗越来越受青睐。中药熏蒸机是一种常用的中医理疗设备。但是传统的中药熏蒸机存在体积较大、功能单一、智能化程度较低、普及困难等问题，因此，基于物联网技术的智能家用型中药熏蒸机的提出，为中医药走进千万家庭提供了全新的思路。

关键字：物联网;中药熏蒸;健康理疗

中图分类号：TP393      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）15-0114-03

中药熏蒸机是一种常用的中医理疗设备，但传统的中药熏蒸机已经不能够满足当下的需求，人们更加追求方便快捷的健康理疗方式。传统的中药熏蒸机存在着许多缺点，如体积较大、功能单一、智能化程度普及较为困难等。因此，改良中药熏蒸机，使其家用化、智能化势在必行。将物联网技术应用到中药熏蒸机的改良设计中，使中药熏蒸机更加智能化、体积小、方便操作，成为智能中药熏蒸机的主要发展方向。

1 物联网概述

目前，物联网技术已被广泛应用于通信、家居、物流、交通等在内的多个行业和领域，医药卫生领域也不例外。物联网技术在现代医学领域的应用范围极为广泛，如健康社会远程医疗、健康管理教育全程管理、老人健康全程护理等[1]。

医学物理互联网的"网"就是通过把"物"有机地直接连成一张"网"，就这样能够让人可以轻松实现实时感知监测，将各种医疗信息产品服务对象与各种医疗信息相关技术数据的无缝交换和信息无缝连接，达到连续实时跟踪动态健康监测、连续实时跟踪医疗企业的健康管理，以及精准医疗决策和对医疗信息产品服务行业的健康管理教育。

从定义的提出来到方案的实施，物联网在各领域展开了全面的技术应用，这也给产业链上下游公司带来了更多的机会和挑战。随着物联网技术的逐渐成熟，其在医疗健康领域的应用也越来越广泛，为中药熏蒸机的改进奠定了坚实的理论和应用基础，并能提供强大的网络服务。除此之外，物联网可以与大数据技术相结合，大数据技术的智能数据处理也能为中药熏蒸机的改造提供理论和技术支持。

2 智能家用型中药熏蒸机概述

中药熏蒸治疗疗法利用中药熏蒸机将中药材在锅中煎煮后所形成的蒸汽，对人体进行熏蒸，以实现提高药物作用的一种中药外治疗法。熏蒸治療是指药物通过热力作用于患处，皮肤机体经过一定的药物刺激，毛孔张开，微血管扩张，药物的有效化学成分直接渗入皮肤，甚至到达肌肉深部，或者通过毛细血管的吸收和循环传播到人体全身，从而可以达到缓解疼痛治疗疾病的主要目的。

智能家用型中药熏蒸机对传统中药熏蒸机进行技术改良创新，利用物联网技术，使中药熏蒸机实现智能化、小型化，更加方便家用。同时，智能家用型中药熏蒸机加入了语音交互模块，通过语音控制，方便中老年人群的操作。利用手机APP不仅可以实现远程控制，还可以监测机器使用状态，在一定程度上提高中药熏蒸机使用的安全性。中药熏蒸机还会根据个人需求和生活习惯制定相应的理疗方案，以此来达到最佳的理疗效果。

3 智能家用型中药熏蒸机设计

3.1整体设计

本款熏蒸机是基于STM32控制模块改进的智能家用型中药熏蒸机，通过监测当前环境实时的温湿度、声光变化，以及设备是否开启（开关量）等一系列可检测的项目设备指标，可以将相关检测数据反馈给控制器，然后通过控制器进行相关实时操作（查看机器当前状态、控制熏蒸的温度等一系列操作），旨在达到智能控制的目的，智能家用型中药熏蒸机工作流程图如图1所示。

3.2硬件模块

智能家用型中药熏蒸机的硬件系统（如图2）主要包括：（1）中央处理模块（2）通信控制模块（3）人机交互界面（4）电机驱动模块（5）温度检测模块（6）电源模块（7）驱动单元（8）语音控制模块。硬件模块工作的主要流程：先由中央处理模块开始工作，根据需求带动其他模块工作，然后采集相关驱动单元的状态，其中驱动单元包括：（1）LED液晶显示单元;（2）传感器单元（3）温湿度检测单元;（4）排风扇单元;（5）熏蒸剂加热单元，将采集的数据反馈给人机交互界面或者net平台来实现对驱动单元的检测与控制。

智能家用型中药熏蒸机的控制系统主要采用STM32F103单片机芯片， STM32采用了当今广泛应用的 arm 内核，有利于设备的运行稳定及日后芯片技术升级。同时，它还可集成网络通信模块等其他功能模块，后期研究和开发的工具相对齐全，开发资料多，功耗控制较低[2]。

3.3软件设计

软件设计的基本原则：采用C++软件语言进行设备开发，各功能模块之间进行解耦操作，执行强内聚、弱耦合的核心思想。每个模块只能实现单一功能，模块内部的子模块只为整体的单一功能而存在，模块之间可以通过约定好的接口进行交互。C++作为一种高级编程语言，功能非常强大，可支持跨平台操作，具有可移植性，进行软件设计的过程通常包括编辑、编译、连接、运行和调试等步骤。利用C++编程环境和ARM架构相结合，可以开发出一系列的外围驱动程序，极大地提高了ARM嵌入式系统运行的稳定性和效率，对底层硬件系统驱动中的算法进行了大量优化。同时，优化后的软件程序可直接应用于底层服务，是基于ARM架构的用户程序与基于硬件底层的系统程序之间相互联系的重要环节。

在软件终端系统初始化完成后，通过控制器接收、发送信号[3]，对采集的数据进行处理和分析，通过人机交互界面来实施具体的操作，以实现一系列对应功能。

3.4基于ZigBee技术的通信设计

ZigBee 网络是一种使用距离短、复杂程度低、自身组织、功耗低、数据速率低的无线温度传感器网络[4]，具有星型、树形、网状等多种不同的拓扑管理模式。传统的树状互联网网络传输路径基本上都是固定的，如果一个节点被打破，由于网络传输的路径无法自动调整，将会给后续叶子节点的信息数据传送带来严重的影响。为了改善和增强控制系统的可靠性与安全程度，该系统选择了以网状化的网络架构作为基础的网络拓扑管理架构。

本款机器的内部控制系统采用STM32为主控芯片，借助于ZigBee网络进行设计，它充分利用了 ZigBee 网络技术所提供的无线数据传送功能，具有对功耗的控制良好，实时性强等优势。ZigBee 网络主要适用于设备的自动化操作和远程控制，可以直接嵌入各类设备，同时还能够连接到大数量组网节点，组网中各个节点的容量也可根据不同的设备需求而灵活地增减。设备内部可安装多个检测装置，用于数据传输。同时还可以连接大数量的组网节点，组网节点的数量可以根据设备需求灵活增减。

ZigBee 网络中的节点可以通过选择将在一定区域内有信号能力最强的子节点添加到互联网中，节点的入网操作流程简单，方便快捷。在设备中选择一个合适的 id 后，设备上层系统会要求 mac 层适当地设置物理层和 mac 层中的 phycurrentchannel 、 macpanid 和其他 pib 特征。

3.5物联网功能设计

本机器物联网主要功能设计有：在原有的控制网络平台上添加了一个物联网数据网关作为设备监测和运行管理的数据中介，利用485通讯控制方式、modbus通讯方式协议，对moplc的内部数据寄存器与外部继电器等设备进行各种读/写和数据操作。流程一般为手机网关直接可以读取到并得到手机plc的网关数据，先由手机物联网直接上传至手机中国移动端的onenet控制平台，最后由接入互联网的网关数据在监测控制平台上后端直接进行一些可视自动化的控制操作。而网关编写好的数据则一般是在控制平台上自己直接定义一个网关按钮的控制路径，通过在这个控制平台上自己直接做出一些其他相关的应用控制器和操作，通过利用云端和移动手机端的app来进行开发，亦即是借助云端网关把这个控制器的信号直接将其传送过来给手机plc[5]，再对其直接执行一些其他相关的控制动作，从而完全直接实现了网关控制的应用功能。

3.6设备调试

前期的所有工作准备以及操作中的内容主要构成包括：检测各种控制电子系统和各种主电子硬件的完整的连接线、变频器及相关电机和电压传感器等各种电子硬件的相关信号异常响应及相关输出信号是否正常、plc与各种物联网设备网关的各个应用程序以及模拟器的系统运行正常、触摸屏的各个人机交互操作界面的完整设计和相互连接。

测试总结成果：在移动控制系统功能实现方面，触摸屏以及实时云端移动物联网app系统可以根据系统的实时反馈信息来实时人工启动或者手工实时停止，以及自动地通过进入实时运行和自动等候以及待机的自动化循环系统来自动判断正常任务执行的各个环节，并且还可以能够自动实时调节内部风力发电机的自动转速;而且在移动运营商的云端数据实时展示功能方面、在移动触摸屏实时监控场景和云端物联网的实时云端数据展示功能方面也表现良好。

4设备子程序设计

4.1控制主机子程序设计

接收协调器发送的数据后，控制主机的串口将显示数据并设置参数的阈值，判断每个环境接收的参数是否超过阈值，正常状态是否超过阈值，超过阈值时给出异常状态[6]，打开控制模块调整相应位置点的环境参数。

4.2按键子程序检测

系统的循环利用检测方法是否有按键被按下，用户信息可以通过键盘设置各个参数的报警阈值[7]。设置处理工作全部完成后，控制用户主机将接收ZigBee控制协调器向每个用户主机发送的接收信号和发送数据流，对这些接收信号和发送数据中的流分别进行了数据提取、整理、分析、比较。当我们通过检测数据得到所需要采集的各个室内环境检测参数已经正常处于安全检测状态时，oled报警显示屏将自动显示正常的检测数据[8];如果报警传感器中通过检测数据得到的报警信号或者检测数据量已经超过了我们设定的安全阈值，语音报警模块就可能会自动发出报警，用户对此可以及时采取其他进行相应的保护措施。

4.3 OLED显示子程序设计

系统的主机可以直接通过 i2c 总线进行数据传输和指令，首先对显示功能模块进行初始化，然后对主机进行清屏处理[9]。为计划数据显示器设定了初始值和坐标位，然后通过调用 oled 库函数实现研究结果显示。

4.4 Wi-Fi传输通信子程序设计

系统主要使用光盘Wi-Fi模块化并烧录迟志云的wigjectu等固件。这个新的固件数据库主要提供了复杂的数据传输处理协议和交互。Wi-Fi主机模块与每个主机用户单片机的交互只通过一个主机串口埠来进行数据传输，只要您需要将主机用户在移动网络上网时需要向主机客户端进行上传的这些数据进行打包出来并发包传送到您的云计算平台，通过主机调用模块封装的库函数将这些数据进行转发传输出来并且传送到您的云计算平台上运行即可[10]。

5结语

中药外治熏蒸治疗疗法相对于其他中药治疗外科方法，其具有治疗疾病效果好、应用领域范围大、适应范围人群广等特点，具有很高的临床实用性。中医药文化与物联网技术的有机结合，对于促进中医药的发展来说具有重大意义。智能家用型中医药熏蒸机将软件与硬件结合，实现了精准理疗、高效化理疗、便捷化理疗的预期功能。

参考文献：

[1] 鄂旭，侯宝明，毕佳娜，等.基于物联网的智能农业[J].计算机技术与发展，2014，24（9）：164-167.

[2] 赵传奇.基于物联网的农业建筑物变形监测系统设计与实现[D].泰安：山东农业大学，2018.

[3] 陆秀炎.基于无线复合网关的智能照明系统研究[D].深圳：深圳大学，2017.

[4] 刘林阳.具有实时特性的WebSocket家庭智能网关技术研究[D].厦门：厦门理工学院，2016.

[5] 李鹏.基于PLC的生产线自动配料系统设计[D].保定：河北大学，2014.

[6] 吴佳杰.基于LXC的Android系统虚拟化关键技术设计与实现[D].杭州：浙江大学，2014.

[7] 杨琳，李媛，冯爽，等.基于ARM的网络化智能仪表的设计与研究[J].计算技术与自动化，2018，37（4）：15-20.

[8] 戴炜哲.测试系统继电器电阻值异常的工程学分析及解决[J].电子工程师，2007，33（10）：9-11，23.

[9] 李乾龍，龙馨，龙光利.基于物联网的中央空调末端温控器[J].物联网技术，2020，10（4）：100-102，105.

[10] 陈志栋，翁正国.智能空调无线监控系统的设计[J].物联网技术，2016，6（3）：24-25，27.

【通联编辑：光文玲】