智能家用药箱的研究

智能家用药箱的研究

摘要：现在绝大多数家庭都拥有小药箱，而药箱基本只是储藏药品而已，缺少对储藏环境的监测和必要的提醒。况且，有可能使用不当，对有孩子的家庭来说是个隐患。本课题研究了一种智能的家用药箱，可以实现自动关门、定时提醒和对储藏环境的监测等。

关键词:智能药箱；自动关门；定时提醒；环境监测

一、项目进展阶段

1学习阶段

➢利用单片机开发板学习了51和AVR单片机的C语言编程；

➢学习了使用ALTIUM DESIGNER 绘制电路板；

➢学习Solidworks三维实体建模及动画制作；

➢学习使用会声会影进行视频的处理；

2方案设计阶段

2.1确定了传感器的选型：

➢选择DHT11模块进行温湿度采集

➢选择距离感应模块来感应箱门的打开和关闭；

2.2确定了自动关门动作的实现：

由单片机控制舵机旋转一定的角度，并由舵机带动连杆机构，从而带动箱门的关闭。

2.3确定了显示和提醒的方案：

➢采用LCD12864进行时间、温湿度和提醒信息的显示

➢采用蜂鸣器作为报警提示；

3硬件电路设计阶段

➢绘制出药箱电路的原理图；

➢绘制出纽扣电池、蜂鸣器、按键等电子元件的封装；

➢根据已有的封装和自己绘制的封装生成PCB板，并进行电子元器件的合理布局；

➢加工PCB，购置电子元器件，将对应的电子元器件焊接到PCB板上；

4软件编程设计和调试阶段

➢根据预期的设想，写出主程序和各中断程序；

➢将程序下载到单片机中，进行调试，对不满意的地方进行讨论和反复修改；

5三维建模阶段

➢利用Solidworks画出药箱和液晶屏、电池等电子元件的三维模型，并装配

➢做出整个装配体的爆炸视图和关门动作的动画

二、项目研究内容

系统组成

系统主要由单片机、时钟模块、蜂鸣器、液晶显示模块、温湿度模块、距离感应模块、舵机模块和按键构成。

1单片机

本课题选用的单片机是Atmega16，是由ATMEL公司生产的基于增强的AVR RISC结构的8位CMOS微控制器。其具有16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG

接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

相比普通的STC系列的51单片机，选择其作为本课题的主控制器主要原因有：

➢先进的RISE指令结构，处理速度更快；

➢具有44TQFP封装，使得设计出的电路板的体积更小；

➢具有SPI串行接口，可以方便的与系统的时钟模块DS1302通讯

2液晶显示模块

显示模块采用的是为带中文字库的LCD12864，其是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII字符集。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

在正常情况下，液晶屏分四行显示，第一行和第二行分别显示当前日期和时间；第三行和第四行分别显示温度和湿度。而当到达提醒时间后，液晶屏就会显示相应的提示信息。当用户看见信息后，可以按下按键退出显示提醒信息，使液晶屏重新显示时间和温湿度。

3时钟模块

时钟模块采用DS1302模块，DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能采用三线SPI接口与CPU进行同步通信，本课题选用的单片机正好带有SPI接口，于是就能很方便地与DS1302进行通信。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器，可由单片机进行读写操作。

并且其具有主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。这样，当主电源供电电路切断以后，其时间还可以在后备电源的供电下继续向前走，且运行在极低功耗下，经过很长一段时间掉电以后，当恢复供电后，时间不用重新设置。

4温湿度模块

温湿度模块采用DHT11模块，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。其具有超小的体积、极低的功耗，且为4针单排引脚封装，连接方便。

5距离感应模块

距离感应模块主要用来感应箱门的打开，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当箱门关闭时，红外线反射回来被接收管接收，经过处理之后，就能输出输出

低电平信号。一旦箱门打开距离感应器感应到，就能输出一个高电平信号，从而单片机得到信号后，经过一定时间的延时，即可控制舵机完成关门。

6舵机模块

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，可以由单片机控制其运转到特定角度。其广泛应用于飞机模型，潜艇模型遥控机器人中。药箱的关门动作就是由舵机来实现的，由舵机带动连杆机构从而实现箱门关闭。当单片机给舵机一定时间的PWM信号后，舵机运动到相应位置并保持一段时间，完成箱门关闭。

三、项目成果

1实现了对药品贮藏环境的实时监测和显示

2定时吃药提醒

预先设定定时提醒时间，那么当每天到达时间后，就会由液晶屏显示提醒信息，且蜂鸣器报警进行提示。

3药品清理时间提醒

当时间到达药品清理时间后，会在当天的早上9点显示提醒信息并报警。首先先设定当前时间为8点59分，这样方便于演示，因为它会在9点钟提醒。然后我们再药品清理时间设定为今天的日期，那么当时间到达9点时，就会显示提醒信息并报警。

4自动关门

当箱门打开后，经过一定的时间后，自动关闭的功能。就那么起初箱门是关闭的，距离感应器能感受箱门的存在，那么当箱门慢慢打开，距离感应器已经感应到箱门打开，经过一定时间后，舵机就会动作，此时就完成了把箱门的自动关上。

四、项目中的不足

1电池充电比较麻烦

电源模块本来采用的两节干电池，结果由于电量不足，维持时间较短，且经常会带不动舵机的运转。后来就采用了可充电的锂电池，电量充足，但并没有设计一个低电压的报警和提示，给用户充电带来了麻烦。