【《基于STM32F103的智能药盒设计》7600字（论文）】

基于STM32F103的智能药盒设计目录TOC\o"1-3"\h\u14662引言 14873第1章绪论 390381.1智能药盒国内外发展现状及远景 3236211.2智能药盒的研究意义 3278361.3本章小结 324370第2章系统方案设计 4231552.1系统设计要求 4302632.2系统设计思路 4107562.3系统结构设计 5108222.4本章小结 5945第3章硬件电路的设计 785193.1微处理器模块 7250123.2显示模块电路设计 10206893.3键盘模块电路设计 11159943.4SIM800C短信模块电路设计 1281763.4.1SIM800C模块主要特性 13107353.4.2SIM800C模块接口电路 13142703.5DS1302闹钟电路设计 1497563.5.1DS1302的特性介绍· 145353.5.2DS1302的引脚介绍 14280533.5.3DS1302电路设计 1537723.6蜂鸣器报警模块电路设计 1568053.7红外避障检测模块电路设计 1668013.8本章小结 167095第4章系统软件的设计 1745824.1系统软件总程序设计 1729844.2系统软件子程序设计 19281344.2.1按键功能设计 19274704.2.2中断子函数设计 2037464.3本章小结 2031280第五章系统的调试与分析 21323405.1软件调试 2118365.2硬件调试 22122335.3调试结果 2391415.4本章小结 256423结论 26引言如今，科学技术发展迅速，人们经济生活发展蒸蒸日上，我国人口老龄化明显上升。老年病不仅治愈率低，而且病程长。随着年龄的增长，记忆力和身体机能开始老化，自我保健能力差，不能及时听从医生的建议服药会有服用错误药物的风险，导致病情恶化以及危急情况发生。不仅如此，如今大多年轻人因为工作及生活方面的各种压力而忽略自身健康的问题，在生病之后总会忘记按时服药。本文就是对于上述所面临的问题，设计出此款设计智能药盒，该药盒可以很好的解决这些问题并且可以根据我们自己的要求选择设定服药时间，然后对我们每天进行定时提醒，帮助我们按时服药，缓解病状。第1章绪论1.1智能药盒国内外发展现状及远景目前我国智能医疗药盒的产品设计技术才刚开始起步,主要面对的是中老年人和孩子,但随着对医学领域长期消费需求的进一步明了的认识,市场将迎来旺盛。由于它的造型简单,容量小,无法充分满足生活中的需要。因此,随着技术的不断升级和完善,一个功能设计新颖、功能更加人性化的智能家居在发展中国家应运而生，如方便的电子书、医疗智能药盒等，操作方便，能够轻松做到定时,更简洁。智能药盒不只广泛用来存储药片,而且作为一种被广泛认可的一种医疗保健品,逐渐扩大了各种电子产品药盒的主要消费和应用范围,扩大了其主要消费目标人群,提升了各种电子产品药盒的实际经济使用价值。以往的家用电子医疗药盒大多数是采用离散数字电路，由于性能单调，而且体重偏大，尤其是电路功率消耗很高,增加了它的应用维护成本。因此,智能化的药盒装置已经变为如今的市场须要。智能电子医疗药盒的相关产品设计解决方案等都具有广阔的医疗行业实际应用发展前景。所有的技术都是为人们的生活服务的，由于许多老年人在合理管理和正常用药方面存在问题，智能化的服药监督产品也是公众所须要的REF_Ref30681\w\h[1]。1.2智能药盒的研究意义在这一个现代化的经济社会，随着人们日常生活节奏的逐步明显加快和现代人们基本物质精神生活保障水平的不断改善，我们越来越重视自己的健康。我们希望拥有一个性能具有实际使用价值并且使用便利轻松携带的智能药盒。本文的设计就是对于这种特殊情况而形成的，它不但可以很好地解决年轻人因为一些问题造成的忘记服药的问题,而且也能更好地提醒老年人服药的最佳时间，从而是我们可以做到更好地帮助更多的人们按时进行服药。1.3本章小结本章主要讨论了智能药盒的国内外发展现状以及发展趋势，针对如今生活中老龄人因为疾病而导致不能按时服药等问题展开一系列讨论，提出本论文设计的研究意义。第2章系统方案设计2.1系统设计要求利用芯片STM32F103、DS1302、SIM800C、蜂鸣器、LCD1602等模块完成该智能药盒。该监控系统主要硬件系统设计方面由微处理器控制模块、键盘控制电路、LCD显示模块电路、通信电路和蜂鸣器报警控制电路构成，系统硬件可以完成时间的实时显示、每天3次定时、吃药前30分钟发送短信到手机提示病人服药等性能REF_Ref10531\w\h[2]。本设计有以下几个功能：采取LCD呈现实时时间，然后可以完成设置时间讯息的显示。系统必须完成一天3次的定时操作，用3个按键实现。可以用三个功能键来对实时时间进行手动调节，其中第一个按键为实时功能键，另外两个键为调节时间键。吃药前30分钟发送短信提醒用户吃药。（5）当到系统规定的时间时，提醒语在LCD上呈现，蜂鸣器报警响起，当药盒被打开后，红外模块感应到后蜂鸣器便停止报警。2.2系统设计思路本次设计主要微处理器模块选择STM32F103单片机模块，实现了一种更加智能的药盒。本系统把嵌入式控制器作为主控芯片，是整个系统的中枢。电源控制电路为整个系统供应充足平稳的恒流电。系统单片机中带有基本的上电复位电路和晶振电路，可以直接选择低功耗实时时钟芯片控制内部时钟，液晶显示器模块担任系统时间及其余相关数据的的成功呈现。当时间到达规定时间的前三十分钟时，SIM800模块发送短信给手机。从单片机系统接收到的信息被语音提醒模块所接收后，实现语音信号的提示。最后红外避障模块测验药盒有没有打开REF_Ref10721\w\h[3]。系统基本原理图如图2.1所示：图2.1系统原理图2.3系统结构设计本次设计包括硬件系统设计和软件编译系统设计两部分。本文所要介绍的设计是以STM32F103单片机为核心的智能药盒设计。主要功能有定时语音提醒功能、短信提醒功能等。系统结构设计如图2.2所示：图2.2系统结构设计图2.4本章小结本章主要展示了智能药盒装置的基本模块，全面阐述了各个模块在系统中所起到的影响。

第3章硬件电路的设计3.1微处理器模块如果想要实现系统的功能我们需要将单片机与外部电路连接起来进行信息交流，这就要求我们将外围电路与单片机的引脚相连达到通连的效果，这样可以很好的将单片机引脚的特性变现出来。大多数智能设备中也存在单片机的身影，对设备起到了核心的作用。STM32F103是STM32F101的增强型单片机，是STC公司早期专门用于工业控制所设计生产的一种单片机，它在32位的MCU中时性能最强的，具有良好的控制和数据传输功能，是目前同类产品中性能最高的产品。它在智能医疗、智能家居、智能养老等领域发挥着重要作用。STM32系列的芯片起振晶振部分大多采用的是集成电路，低负载。本设计后期必须具有较强的扩展性和组网能力，以STM32F103为主控芯片，才可以实现后续通信模式的多样性和潜在发展REF_Ref11064\w\h[4]。STM32实物图如图3.1所示：图3.1STM32实物图采用STM32F103单片机作为主控核心，它的内核为32位高性能处理器，并且时钟的控制频率可以达到达72MHzREF_Ref11469\w\h[5]，内部还分别集成了时钟、通讯控制接口、定时器、3个12位的ADC、2个12位的DAC、I/O口等资源，能快速、高效地读取、计算和传输数据，单片机最小系统如图3.2所示：图3.2单片机最小系统电路图本设计原理图如图3.3所示：

图3.3系统原理图3.2显示模块电路设计本系统显示电路采用带背光源液晶显示器LCD1602，它选取的是点阵型液晶，使用起来容易，显示屏质量较高且内容多样，是如今被使用最多的液晶显示屏。电路连接如图3.4所示：图3.4LCD1602连接图本设计所采用的液晶显示器含有16个引脚，它的引脚功能介绍如表3-1所示：表3-1LCD1602引脚介绍引脚号引脚名称引脚功能1VSS电源接地端2VCC5V电源正极3VL调节显示器对比度4RS寄存器选择端5RW读写信号线6E使能端口7~14D0~D7双向数据端口15BL+背光正极16BL-背光负极LCD1602的具体工作状态如下表：表3-2LCD1602工作状态介绍RSRW操作命令00写入指令寄存器（清清屏等）01读busy(DB7)，以及读取位址计数器（DB0—DB6）的值10写入数据寄存器（显示各字符等）11从数据寄存器读取数据LCD1602液晶显示模块在开始执行一个程序命令之前首先我们需要完成模块标志位的忙信号，然后在忙信号标志为低电平时，才可以执行程序的指令REF_Ref11570\w\h[6]。3.3键盘模块电路设计本次设计按键主要是用来进行功能设置。首先按下K1按键时，会进入到设置页面，按下K2时，会进入开始选择哪个参数进行加REF_Ref11668\w\h[7]。K3进行参数假设检验，其实对于按键高低电平的参数假设检验就是单片微控制器的按键检测电路。一个按键按下时，系统单片机的IO会变为低电平，此时将要实行的命令就由单片机决定。按键和电路连接引脚如图3.5所示。图3.5系统按键电路连接图备注：按键被按下时会发生抖动，需要编写去抖函数并且带有片刻的延迟。3.4SIM800C短信模块电路设计本次系统设计主要采用的是SIM800C短信发送模块。它主要的特点是硬件工作效率高，精巧方便，可以很好地直接完成各类企业用户的多种硬件设计功能要求，工作频率一般为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz具有蓝牙功能，可以用蓝牙来实现远程遥控REF_Ref11913\w\h[8]。

3.4.1SIM800C模块主要特性表3-3SIM800C模块特性特性说明供电电压范围：3.4V~4.4V省电SLEEP模式下的耗流为0.6毫安GSM类型小型移动台发射功率Class4(2W)：GSM850、EGSM900Class1(1W)：DSC1800、PCS1900SIM卡接口支持的SIM卡：1.8V，3V3.4.2SIM800C模块接口电路本设计总体方案中的无线通讯电路选取SIM800C作为短信传送模块。SIM800C模块是一款四频的GSM/GPRS模块，工作电压的范围是5-18VREF_Ref11988\w\h[9]。单片机提供的5V电压已经完全可以实现它的工作电压条件。在本次系统设计中用于发送提醒短信。将模块的1号和5号引脚接地，8号引脚接电源。为了预防在传送完短信后过大的反向电流导致芯片短路，所以在外面接入二极管，然后分别将单片机的TX、RX引脚与模块的2号引脚与3号引脚连接REF_Ref12082\w\h[10]。SIM800C短信模块的基本电路如图3.6所示:图3.6SIM短信电路设计图3.5DS1302闹钟电路设计3.5.1DS1302的特性介绍·1、由美国DALLAS公司推出。2、DS1302的工作电压范围为2.5～5.5V。同时还提供了对后备电源的引脚REF_Ref12177\w\h[11]。3、多个字节的时钟控制信号可以被DS1302同时传送。4、DS1302使用方便，接线简单，适合此电子时钟的设计制作。5、内部设有存储功能的RAM寄存器。3.5.2DS1302的引脚介绍图3.7DS1302简略图各引脚的功能如表3-4所示：表3-4DS1302引脚介绍REF_Ref31494\w\h[12]引脚号引脚名称引脚功能1VCC2主电源引脚2~3X1、X2外接晶振（外接32.768kHz晶振)4GND接地引脚5CE/RST复位/片选线6I/O数据输入输出口7SCLK串行时钟8VCC1备用电源引脚备注：在VCC1或VCC2中选取偏大的使用。此设计未引用备用电源，只引用了1引脚，主电源引脚REF_Ref2482\w\h[13]。3.5.3DS1302电路设计图3.8DS1302与单片机连接图3.6蜂鸣器报警模块电路设计本设计选择蜂鸣器报警电路为报警模块。一般情况下满足蜂鸣器工作的电流会比偏大。当蜂鸣器无法被电路上的晶体管逻辑电路反馈驱动，就需要在其中增加三极管放大电路REF_Ref2707\w\h[14]。也就是说，这个引脚让蜂鸣器发出声音不太容易，于是需要再选择连接一个三极管来扩大通过蜂鸣器的电流。通常当接收到微处理器所输出的低电平信号时，流过蜂鸣器的电流可以形成通路并实现报警提醒。反之则蜂鸣器则报警失败。蜂鸣器报警电路如图3.9所示。图3.9蜂鸣器报警电路原理图3.7红外避障检测模块电路设计本次设计采用的是红外避障模块来检测药盒是否被打开。当系统的设定的服药时间到达时，蜂鸣器报警电路启动，此模块提示灯亮起。在药盒被打开之后模块提示灯熄灭，蜂鸣器停止报警REF_Ref2789\w\h[15]。模块电路如图3.10所示：图3.10红外避障模块电路图3.8本章小结本章介绍了智能药盒装置系统各个硬件模块的电路，并详细说明了各个模块实现功能的过程。

第4章系统软件的设计4.1系统软件总程序设计该软件可实现的功能是：系统单片机检验到按键输入的讯息，然后准确地呈现于LCD显示屏。在设置好时钟后，设定三次服药时间，系统开始工作。在工作进程中，蜂鸣器进行报警提醒吃药，并且鉴定红外避障模块是否到了遮挡，若是遮挡表明有病人拿了药盒里的药，则报警停止。系统各模块进行的流程图如图4.1所示：图4.1总程序流程图

4.2系统软件子程序设计系统软件中的子程序种类较多，核心的程序有延时子函数、按键扫描子函数、中断子函数等。以下简单介绍按键扫描子函数和中断子函数REF_Ref2880\w\h[16]。4.2.1按键功能设计按键扫描子函数能检测三个键的输入，一个是时间设置键，其中一个是功能键，另一个是设置键，当按下功能键时，设置功能激活，根据按下功能键的次数设置时间和分钟；二是调整用药时间和剂量的设置键REF_Ref3912\w\h[17]。程序流程如图4.2所示：图4.2按键功能程序流程图4.2.2中断子函数设计TH0和TL0都是微型处理器中的8位定时器，当存储代码的寄存器溢出时，溢出标志位TF0被置位并发生定时器中断。当微型处理器开始执行定时器中断时，硬件清除定时器溢出标志位TF0REF_Ref12481\w\h[18]。下图为系统的中断子程序流程图：图4.3中断子程序流程图4.3本章小结本章主要分析了各个模块的程序设计流程，选择主要子函数进行简单介绍确保程序正常运行。

第五章系统的调试与分析5.1软件调试采用逐步完成各个模块软件功能应用接口程序是软件功能调试使用过程中最常用的方法REF_Ref12481\w\h[18]。将各软件功能模块的应用程序一步步添加到测试系统中，再逐步进行修改进行完善。由于初步设计的系统软件程序的功能是仅仅用来显示实时的时间和完成时钟的显示。随着系统的逐步完善，后开始对系统添加位的定义，实现与外界的人机交互，完成所有与按键输入功能有关的系统程序接口，通过接口程序，实现了对系统中各个参数接口的自动调用REF_Ref12543\w\h[19]。之后再添加通过读入的方式提取数据的系统软件子程序模块，该模块是通过LCD1602来进行读取的。LCD1602软件子程序被系统调用之后，控制台上就会出现被调用过程中所执行的各个参数的数据记录，就实现了系统时间定时的这个功能。最后再就是完成系统自动报警的功能了，这个功能的实现则是靠时间报警提醒的软件子程序接口完成。本设计软件编码的过程可以将它详细分为到以下的这几个步骤：1.首先通过查阅信息写出满足设计需求的时钟运行程序，然后在软件上进行编译调试直到成功完成各个时钟能够正常的工作起来。2.在简单的时钟驱动基础上，添加三个按键，一个功能键和两个调节键。在这个功能按键上添加驱动程序实现系统的输入功能。假如这个键被按下一次，就会触发调节键对分钟进行调节，然后通过这两个调节键对分钟进行加减的调节；当被按下两次之后，就会对小时进行调节，另外两个调节键设置方式与分钟一致。依此类推在完成三次定时调节之后，最后一次按下功能键后系统自动推出驱动程序。时钟再一次的运行是通过功能键键的调节开始的。本次软件测试中所使用的测试工具是KEIL，电子信息科技技术人员一般使用该测试软件应用到程序调试当中。KeliuVersion-4英文版是测试人员在测试过程中采用的KELI版本。该版本对应的测试软件提供给测试人员高性能的应用扩展程序且最新的ARM芯片也被应用在其上。以下为KEIL测试软件的优点：KEIL所使用的keiluVision4该版本所生成的目标代码有很大的优势，能够使得该汇编语句容易被人们所理解。因此大多数软件开发的工作人员都用这款软件。2、与其余的汇编程序语言相比（比如C++，jaja等），因为C语言在各种编码器具有以下明显的技术优势：功能性强、结构性高并且容易学习所以C语言值得我们去深刻研读。

图5.1为KEIL软件调试界面：图5.3KEIL软件调试界面图5.2硬件调试单片机在软件应用调试进程中具有重要作用，因为在软件应用调试时，单片机开发板是这个过程中所用到的硬件支撑。但是在这个过程之前，单片机上的常用调试块已经在这个开发板上被集成完成了。怎么将这个调试块接入到调试系统中被调用呢？就是通过线路线或者拔插相对于的短路帽对该调试块进行启动，并且之后调用REF_Ref12595\w\h[20]。刚开始软件程序系统设计的作用是把定时的实时控制模块添加进去，且实现单片机对它的自动控制功能。同时也将显示器的时钟显示出来。后面程序设计时，后面将程序设计成计时程序,当程序的功能越来越趋于完善的时候,先把按键的输入功能与提醒病人所用药量的设计功能设计进去，这个功能完成之后，再将提醒病人按时吃药的定时时间功能添加进去。最后就是将提醒病人按时吃药的定时时间功能显示出来。显示的功能则是在进一步的基础上通过蜂鸣器来进行声音报警。智能药盒装置硬件的调试可化为以下几个步骤：1、将LCD与微处理器模块相连，然后将程序输入单片机，测试显示屏是否可以显示成功。若不能完成正常显示，就对软件进行改正直到实现屏幕成功呈现出信息。2、将三个按键模块接入系统，对系统软件进行改正强化后逐步使用三个按键。3、将蜂鸣器和红外避障模块接入电路中，检验定时、报警以及中断报警功能是否可以成功实现。4、将通讯模块SIM800C接入系统，然后在处理器中加上对应的驱动程序，检验系统能否按时发出短信。系统的硬件实物图如图5.4所示：图5.4硬件实物图5.3调试结果电路板的整体焊接安装工作准备完成之后，首先经过简单的调试后，系统根据按键的输入信息系统可以正常的调节实时时间，然后当定时键被按下时，观察当前LCD显示屏上的显示内容是否符合自己要求。在我们在调节好系统的时钟之后，接着按下系统时钟调节功能键，选择合适的一日三次喝药的最佳时间设定，定时系统在到定时时间后可以完成声音报警，并且在LCD显示屏上会出现提示语提醒，同时满足之后的每一天在到达设定的时间时系统都会启用报警程序并且通信模块经过微型处理器模块程序运行会在服药前三十分钟时发送短信提醒。最后在病人打开药盒后，红外避障检测模块接收到信号后指示灯熄灭，蜂鸣器报警结束，病人服药完成。通过按键设置好当日的实时时间，然后切换至定时功能开始定时为12：26。LCD1602时间显示界面如图5.5所示：图5.5LCD1602定时显示界面在到达设定的服药时间12：26后，蜂鸣器响起，显示屏呈现提示语且红外避障指示灯亮起，触碰红外避障之后指示灯熄灭，报警结束。LCD1602服药提醒语显示界面如图5.6所示：图5.6LCD1602提示语显示界面服药前三十分钟11：54的短信通知如图5.7所示：图5.7