物联网智能药盒与健康关怀系统设计与实现

物联网智能药盒与健康关怀系统设计与实现目录TOC\o"1-9"\h\u1绪论 11.1研究背景 11.2研究意义 11.3国内外发展现状 22设计方案 42.1系统方案的总体框图与概述 42.2系统方案核心部件的选择 52.2.1系统核心板的选择 52.2.2语音功能的选择 52.2.3WIFI功能的选择 62.2.4短信报警模块选择 62.2.5温湿度模块选择 72.2.6称重模块选型分析 83系统硬件设计 103.1智能药盒控制功能的设计 103.2智能药盒显示功能的设计 123.3智能药盒无线通讯功能的设计 123.4智能药盒语音播报功能的设计 133.5智能药盒短信报警功能的设计 143.6智能药盒定时功能的设计 153.7智能药盒按键功能的设计 163.8智能药盒温湿度检测功能的设计 173.9智能药盒药物称重功能的设计 184软件设计 204.1系统总流程 204.2智能药盒的按键子流程介绍 214.3智能药盒的处理子程序介绍 224.4各模块程序的设计 244.4.1实时时钟模块程序设计 244.4.2显示模块程序设计 244.4.3称重模块程序设计 264.4.4温湿度检测模块程序设计 284.4.5WiFi通信模块程序设计 294.5系统任务调度与中断设计 305系统测试与优化 315.1系统调试方案 315.2系统软硬件调试 325.2.1电源模块调试 325.2.2最小系统调试 325.2.3继电器驱动电路调试 325.2.4称重模块调试 325.2.5温湿度模块调试 325.2.6WiFi模块调试 335.3软件调试 335.3.1驱动层调试 335.3.2应用层调试 335.4系统功能调试 345.4.1时间显示与设置功能调试 345.4.2闹钟定时提醒功能测试 355.4.3取药行为判定功能测试 355.4.4温湿度检测功能测试 365.4.5短信报警功能测试 375.4.6系统连续运行稳定性测试 375.4.7手机APP远程交互功能测试 375.5测试结论 376总结与展望 386.1研究成果总结 38参考文献 39致谢 40独撰声明 41附录 42附录1电路原理图 42附录2PCB图 43附录3主程序 44摘要：本文设计了一套基于STM32F103单片机的智能药盒控制系统，用于解决记忆力减退患者的用药管理问题。该系统运用模块化设计思想，集成了语音提示、WiFi通信、OLED液晶显示、实时时钟、继电器控制等关键部件，实现了定时服药提醒、取药行为判定和远程状态上报等功能。在硬件架构上，系统依靠设计完善的电路驱动各功能模块协同工作。软件上采用结构化编程方法，保证了系统运行的稳定性。系统将语音提示与无线远程监控相结合，能够有效提醒患者按时服药，并方便家属通过云端平台远程查看用药情况。OLED显示屏和高精度时钟模块的配置，显著提升了人机交互的便捷性，使服药时间的设置与查询更为直观。实际应用说明，推广使用该系统可以改善患者用药依从性，并且减轻照护者负担。家属可通过手机APP远程查看老人的服药记录与环境温湿度，实现“用药数据上云、家人实时知晓”的健康关怀目标，对优化医疗资源配置有积极作用。关键词：智能药盒；STM32；ESP8266WiFi模块；DS1302实时时钟；DHT11温湿度传感器

DesignandimplementationofIoTintelligentmedicineboxandhealthcaresystemAbstract:Abstract:ThispaperpresentsasmartmedicineboxcontrolsystembasedontheSTM32F103microcontrollertoaddressmedicationmanagementissuesforpatientswithmemorydecline.Adoptingamodulardesignconcept,thesystemintegrateskeycomponentssuchasvoiceprompts,WiFicommunication,anOLEDdisplay,areal‑timeclock,andrelaycontrol,enablingfunctionsliketimedmedicationreminders,pill‑takingbehaviordetection,andremotestatusreporting.Intermsofhardwarearchitecture,thesystemreliesonwell‑designedcircuitstodriveeachfunctionalmoduletoworkcooperatively.Structuredprogrammingmethodsareadoptedinthesoftwaretoensurestablesystemoperation.Bycombiningvoicepromptswithwirelessremotemonitoring,thesystemeffectivelyremindspatientstotaketheirmedicationontimeandallowsfamilymemberstoconvenientlycheckmedicationadherenceviaacloudplatform.TheconfigurationoftheOLEDdisplayandthehigh‑precisionclockmodulesignificantlyimprovestheconvenienceofhuman‑computerinteraction,makingmedicationtimesettingandinquirymoreintuitive.Practicalapplicationshowsthatpromotingthissystemcanimprovepatientmedicationadherenceandreducetheburdenoncaregivers.Familymemberscanremotelyviewtheelderly’smedicationrecordsandambienttemperature/humiditythroughamobileapp,achievingthehealth‑caregoalof“medicationdatauploadedtothecloud,familymembersinformedinrealtime”,whichplaysapositiveroleinoptimizingtheallocationofmedicalresources.Keywords:intelligentmedicinebox;STM32;ESP8266WiFiModule;DS1302RTC;DHT11Sensor1绪论1.1研究背景当前，我国正经历全球规模最大、速度最快的人口老龄化进程，截至2023年底，全国60岁及以上老年人口达2.97亿，占总人口的21.1%，预计到2035年这一比例将突破30%，深度老龄化社会的特征日益凸显[1]。老龄化进程的加速直接推动了慢性病患病群体的持续扩张，国家卫健委数据显示，我国现有老年慢性病患者已超1.8亿，其中患有一种及以上慢性病比例高达75%[2]，高血压、糖尿病、心脑血管疾病等需要长期规律用药的慢性病管理，已成为当前老年健康保障的核心挑战。传统的用药管理模式高度依赖人工记忆，然而老年群体普遍存在记忆力衰退、视听觉功能退化等生理特征，同时多重用药现象普遍，老年慢性病患者人均同时服用5种及以上药物[3]，复杂的用药方案进一步加剧了管理难度。在此背景下，漏服、误服、重复服药等用药差错问题频发，据统计，我国老年人长期用药依从性约为50%，且随时间推移呈现下降的趋势[4]，由此引发的病情反复、药物不良反应不仅严重威胁老年患者的生命健康，也造成了大量的医疗资源浪费。在此背景下，国家层面也出台了一系列政策推动智慧健康养老产业的发展，《“健康中国2030”规划纲要》明确提出要“推动医疗与养老融合发展”，《“十四五”健康老龄化规划》进一步要求“推进智慧健康养老产品和服务研发应用”，将智能化健康管理设备作为提升康养服务质量的关键抓手。同时，物联网、传感器、人工智能等技术的快速成熟与成本下降，也为智能用药管理设备的普及奠定了技术基础，推动智能药盒从单一的提醒工具，向连接用户、家庭、医疗机构的综合健康关怀终端演进。1.2研究意义对于老年用户个体而言，该系统能够通过定时声光提醒、语音播报、多格分类存储等功能，直接解决老年人“忘服、错服”的核心问题。智能化用药管理工具能够切实提升老年人的用药安全与健康水平。同时，系统的异常短信通报功能，也能够为老人提供安全保障，显著提升其居家养老的安全感[5]。对于家庭成员而言，该系统通过物联网技术实现了用药数据的远程同步，子女可通过移动端应用实时查看父母的用药情况，在发生忘服、未服情况时及时接收预警信息，还可通过系统实现设置吃药时间，查看药物储存温湿度等，大幅减轻了家庭照护的心理与精力负担[6]。该系统的研发与推广还能够带动智慧养老产业链的发展，推动上游传感器、芯片等硬件制造，中游算法、数据平台等软件开发，下游远程医疗、健康管理等服务的协同升级，为康养产业的数字化转型提供支撑，助力构建老年友好型社会。对于家庭成员而言，该系统通过ESP8266WiFi模块将老人的服药状态（是否按时取药）、药盒内温湿度等数据实时上传至阿里云物联网平台[7]。家属只需在手机上下载相应的APP，即可随时查看父母的用药情况和环境信息。这一设计有效破解了异地照护的信息壁垒，让子女即使不在身边也能及时了解父母的用药依从性，大幅减轻了家庭照护的心理负担，真正体现了物联网技术赋能健康关怀的价值[8]。1.3国内外发展现状智能用药管理设备的研发与应用，在全球范围内都受到了广泛关注，国内外的研究与产业发展呈现出不同的特征。国外的智能药盒研究起步较早，技术与产品相对成熟，欧美、日韩等发达国家依托先进的嵌入式与物联网技术，已经推出了多款商业化的成熟产品[9]。美国MedMinder公司研发的智能药盒，集成了定时提醒、用药记录、远程监控等功能，能够将用户的用药数据实时同步给家属与医护人员，实现远程用药管理；日本欧姆龙的智能药盒则聚焦于老年用户的操作便捷性，通过高精度定时模块与语音提醒功能，简化了操作流程，适配老年用户的使用需求；德国Medtronic推出的产品则采用了“边缘-云”协同架构，在保障用户数据隐私的同时实现了智能化的数据分析；飞利浦的MedicaLink系统则侧重于与现有医疗系统的集成，通过云端数据分析提升医疗机构的患者依从性管理效率。总体而言，国外产品的智能化程度较高，功能丰富，但普遍存在价格高昂、部分功能冗余、适配发展中国家用户需求不足等问题，难以在国内普通家庭中大规模普及[10]。国内的智能药盒研究虽然起步相对较晚，但近年来随着老龄化需求的激增与政策的推动，发展十分迅速，越来越多的科研机构与企业投入到相关产品的研发中。早期的国内产品以简单的电子提醒药盒为主，仅具备基础的定时声光提醒功能，随着技术的发展，当前国内产品已经逐步向联网化、智能化演进，小米生态链、华为等科技企业，以及麦维康、万孚健康等专业养老设备厂商，都推出了具备蓝牙通信、APP数据同步、远程监控等功能的智能药盒产品，清华大学、浙江大学等高校的科研团队也开展了相关的技术研究，探索了多传感器融合、温湿度监测等功能的集成[11]。在此背景下，设计一款低成本、适老化、集成用药管理与健康关怀功能的物联网智能药盒系统，能够有效弥补当前国内产品的不足，满足国内老年群体的实际需求，具备重要的研究与应用价值。

2设计方案2.1系统方案的总体框图与概述图2-1说明了系统整体架构的设计，该方案运用模块化控制策略，主控单元使用搭载ARMCortex-M3内核的STM32嵌入式处理器。该芯片拥有32位的高速处理能力，并且集成了语音输出、传感器接口等多种功能。在硬件架构上，系统利用主控板来协调各个功能模块的工作：分辨率为128乘以64的OLED显示屏主要负责参数设置和状态显示。HX711称重传感器结合DS1302实时时钟芯片和DY-SV17F语音模块，进行服药时间管理、语音提示和药盒控制。系统把ML307R物联网模组和ESP8266WiFi模块进行了整合，它支持将数据上传到云端，并且可以向监护人发送未响应事件的短信提醒。本文在Keil5开发环境中完成实现，利用流程图设计进行了硬件初始化配置、时钟同步校准和多任务优先级动态调度功能。系统为提高响应速度，设定了多种中断方式。面对药盒没有按时开启的情况，系统集成了语音提示和短信报警这两种预警方式，通过单片机接口对继电器进行控制，从而实现自动开盒的操作。图1系统整体框图2.2系统方案核心部件的选择2.2.1系统核心板的选择主控芯片是系统的主要部件，其性能会直接决定药盒系统的运行效率、可靠性。本文对比分析了STC89C52和STM32F103两种控制方案，来评估它们在长期稳定运行上的可行性。方案一选用STC89C52单片机作为控制中心。该器件是51单片机家族的主要代表，拥有成熟的技术结构和稳定的运行性能。但是，该硬件配置有明显的局限：8位数据宽度、12MHz时钟频率和64KB存储容量等指标都显得不足，不能满足本系统对计算性能和外围接口的较高要求。并且，使用汇编语言进行开发这种方式也会增加后续功能扩展的难度[12]。方案二选用基于ARMCortex-M3内核的STM32F103单片机。该芯片使用32位精简指令集模式，其最高工作频率达到72MHz，并且拥有很好的运算性能、指令执行效率。STM32F103芯片内部拥有512KB的闪存，而且配有多种通信接口和DMA控制器，可以较好地满足智能控制系统的各种需求。但是，其性能优势也使成本比传统51系列单片机高[13]。综合评估表明，STM32F103单片机在系统稳定性和功耗控制上表现出色，本文因此将其作为主要控制单元。2.2.2语音功能的选择语音提示功能属于系统的主要功能模块，该功能使用了两种不一样的实现方案，即DY-SV17F和WT588D语音芯片，以满足系统设计的要求。方案一选用DY-SV17F语音合成芯片。该芯片利用先进的压缩算法，经由串行通信接口同主控MCU相连，可以依照存储的语音数据进行实时语音合成和播放，使用起来比较方便。该单芯片设计集成度很高，体积非常紧凑，能耗也比较低，很适合应用到各种智能硬件设备上[14]。方案二使用WT588D语音芯片，该芯片利用ISD1760录音芯片来形成语音库，并且需要预先完成语音录制，然后通过IO端口来控制播放。虽然编程实现比较复杂，但是它能够进行定制的录音功能非常适合小型硬件设备来完成较长时间的语音播报。因为该智能药盒系统只需要实现服药时间到等基础语音提示功能，所以不需要录音模块，DY-SV17F模块通过其高度集成化和操作便捷性成为了最优选择。2.2.3WIFI功能的选择为实现智能药盒的远程监控与数据上报功能，系统需集成WiFi无线通信模块，使用药信息能够上传至云端服务器，家属可通过手机APP实时查看老人的服药记录。WiFi通信模块的选型需要综合考虑成本、功耗、开发难度、通信协议支持以及与STM32主控芯片的接口兼容性等因素。目前市面上主流的嵌入式WiFi模块主要有乐鑫科技的ESP8266系列和ESP32系列。ESP8266是乐鑫科技于2014年推出的首款WiFiSoC芯片，采用单核TensilicaL10632位处理器，主频最高可达160MHz，内置64KB指令RAM和96KB数据RAM，支持802.11b/g/n协议，仅支持2.4GHz频段的WiFi连接。ESP8266的核心优势在于极低的成本，模块价格仅约12至30元，且支持AT指令集和透传模式，开发者无需深入理解WiFi协议栈即可实现网络通信，开发周期短、入门门槛低。此外，ESP8266作为从机使用时，可通过UART串口与任何微控制器连接，STM32只需发送AT指令即可控制ESP8266完成配网、连接服务器、发送数据等操作，极大地简化了软件设计[15]。ESP32是乐鑫科技于2016年推出的新一代产品，采用双核XtensaLX6处理器，主频最高可达240MHz，内置FPU和DSP指令，支持WiFi和蓝牙双模通信，GPIO引脚数量更多，外设资源更为丰富。ESP32在性能、功耗管理和安全性方面均优于ESP8266，深度睡眠电流仅约5μA，并支持硬件加速的AES/SHA256加密。然而，ESP32的模块价格约为22至40元，高于ESP8266，且对于本系统而言，ESP32的双核处理能力、蓝牙功能和高级加密特性并非必需[16]。综合比较上述两种方案，本系统选用ESP8266WiFi模块，主要原因如下：其一，智能药盒的远程通信需求相对简单，主要是将服药状态、取药时间等数据上传至云端，并接收家属端的提醒指令，ESP8266的单核处理能力和WiFi功能足以满足这些要求；其二，ESP8266采用UART接口与STM32通信，硬件连接简单，开发资料丰富，适合设计阶段的快速实现；其三，ESP8266模块成本低廉，能够有效控制系统整体硬件成本，便于后续推广。综上，ESP8266是适配本系统功能需求的性价比最优选择。系统将基于ESP8266连接云平台，实现服药情况的上传，供家属通过手机APP远程查看。2.2.4短信报警模块选择传统短信方案依赖2G网络进行通信，然而近年来国内运营商正在加速推进2G/3G网络的清频退网工作，部分地区2G信号覆盖已明显减弱甚至完全关闭，这给基于2G网络的智能药盒带来了通信可靠性风险。为解决这一问题，本系统选用支持4GLTECat.1通信标准的ML307R模块作为无线通信核心方案。该模块利用覆盖广泛的4G网络进行通信，不受2G退网趋势影响，能够实现真正意义上的长期可靠远程监控。目前市面上的4GCat.1无线通信模组主要有中移物联网ML307R系列、广和通L610系列、移远EC600系列等型号。为选择最适合本系统的模组，从工作电压、功耗、通信频段、开发资源及成本等维度进行综合对比[17]。在功耗方面，ML307R的联网瞬时电流约为500mA，休眠模式下电流可低至0.9mA，关机状态下仅消耗9μA，在同类模组中处于领先水平。广和通L610和移远EC600系列的待机功耗则相对较高。在通信频段方面，ML307R支持LTE-FDD（B1/B3/B5/B8）和LTE-TDD（B34/B38/B39/B40/B41）全网通频段，能够适应国内三大运营商以及全球主流运营商的4G网络环境。在协议支持方面，ML307R内置TCP/UDP、HTTP/HTTPS和MQTT/MQTTS等丰富的应用层协议栈，无需外部协议转换即可直连云平台，简化了开发流程。在成本方面，ML307R模块价格约为16~20元，相比同类产品具有明显优势，适合本科毕业设计的预算限制。ML307R还支持OpenCPU二次开发模式，开发者可直接在模组内部编写业务逻辑代码，无需外置MCU，大幅简化硬件设计并降低整机成本。该模块在智能表计、工业监控、车载终端、远程医疗等多个物联网领域已得到广泛应用。在物联网应用中，当设备需要移动性或广域覆盖场景时，4G方案的综合表现远超Wi-Fi方案；而在固定位置且有稳定电源的场景，Wi-Fi虽仍具成本优势，但4G可作为可靠的备用通信方案。综合考虑通信可靠性、功耗控制、开发便利性和成本因素，本系统选用ML307R作为4G无线通信模块。2.2.5温湿度模块选择目前主流的数字温湿度传感器主要有DHT11、DHT22（AM2302）、SHT30、AHT20等型号。为选择最适合本系统的温湿度传感器，从测量范围、精度、分辨率、响应时间、接口类型及成本等维度进行综合对比。在测量范围方面，DHT11的温度范围为0~50℃，湿度范围为20~90%RH；DHT22的温度范围为-40~80℃，湿度范围为0~100%RH；SHT30和AHT20的温度范围均可覆盖-40℃以上，湿度范围均为0~100%RH。对于家庭药盒应用，药盒通常放置在室内常温环境中，DHT11的测量范围已完全足够，极寒或极热情况不会出现。在测量精度方面，DHT11的温度精度为±2℃，湿度精度为±5%RH；DHT22的温度精度为±0.5℃，湿度精度为±2%RH；SHT30和AHT20的温度精度可达±0.3℃，湿度精度为±3%RH。DHT11的精度相对较低，但对于判断药盒是否处于“高温高湿”异常状态（如温度超过30℃、湿度超过80%RH）这一应用目标而言，该精度已经足够满足需求。在分辨率和采样周期方面，DHT11的温度和湿度分辨率均为1℃，采样周期为1秒；DHT22的分辨率为0.1℃，采样周期为2秒；SHT30和AHT20的分辨率可达0.01℃，采样周期为1秒。药品存储环境变化缓慢，1℃的分辨率和1秒的采样周期完全能够实时反映环境变化趋势。在接口类型和开发难度方面，DHT11和DHT22均采用单总线接口，仅需占用一个GPIO引脚，驱动程序简单，开发资料非常丰富；SHT30和AHT20采用I2C接口，需要占用两个GPIO引脚并配置上拉电阻，驱动编写相对复杂。对于本科毕业设计而言，单总线方案的开发效率更高。在成本方面，DHT11价格约5元，是四种传感器中最低的；DHT22约20元，SHT30约15元，AHT20约8元。DHT11的低成本优势明显，符合毕设预算限制。综合以上对比，DHT22虽然精度更高，但其价格约为DHT11的四倍，且高精度优势在药品存储环境监测中无法充分发挥；SHT30和AHT20精度较好但需要I2C驱动，开发复杂度增加；AHT20价格适中但开发资料相对较少。DHT11具有成本极低、接口简单（单总线）、开发资料丰富、测量范围完全覆盖家庭环境需求、采样周期满足实时监测等突出优势。虽然其精度相对较低，但对于实时监测药盒内温湿度并通过WiFi上传至云端，供家属在手机APP上查看，确保药品存储环境可知可控已经够用。因此，本系统选用DHT11作为温湿度检测模块。2.2.6称重模块选型分析目前主流的称重解决方案主要有电阻应变式称重传感器配合HX711模数转换器、压电式传感器以及数字式称重传感器等方案。压电式传感器适用于测量动态冲击力，如敲击、振动等场景，但其无法稳定测量静态重量，且存在电荷泄漏问题，导致长时间静态测量时输出漂移明显，不适合药品余量的连续监测。数字式称重传感器虽然精度高、接口简单，但价格昂贵（单只传感器超过100元），且体积较大，不适合集成到紧凑的药盒结构中。电阻应变式称重传感器配合HX711芯片的方案具有明显优势。该方案测量精度满足要求，HX711提供24位ADC分辨率，配合0~500g量程可实现优于0.5g的分辨率，完全能够检测单颗药片（约1~2g）的取用。在成本方面，电阻应变式传感器价格约5~8元，HX711芯片约3~5元，总体成本控制在15元以内。此外，该方案静态测量稳定性良好，通过软件滤波和零点校准可有效抑制温度漂移和噪声干扰。接口方面，HX711仅需两根数据线与STM32连接，不占用过多GPIO资源。工作电压兼容系统5V电源，无需额外电平转换。因此，本系统选用电阻应变式称重传感器搭配HX711芯片作为称重检测方案。3系统硬件设计3.1智能药盒控制功能的设计图2展示了STM32F103C8T6微控制器的内部架构，该芯片是系统的主要控制器，它使用ARMCortex-M3内核进行设计，工作频率可以达到72MHz。该器件具有512KB的Flash存储容量和64KB的SRAM，并且集成了UART、I2C和SPI等多种通信接口等外设模块。该系统采用32位精简指令集模式，同时运用硬件乘法器、直接存储器访问技术，让处理器的运算性能有明显提高。图2STM32F103C8T6内部结构芯片在上电之后会先运行固化在内部ROM里的启动代码，进行系统复位和时钟配置这些基础初始化工作，然后把用户程序从FLASH存储器里加载并执行。系统主程序使用循环结构，在依次完成各外设模块的初始化之后进入中断检测状态。处理器检测到时钟中断或按键触发等中断请求时，会按照中断向量表跳转到对应的中断服务程序，并且进行语音播放和继电器控制等操作。具体引脚功能分配如下，按键检测模块连接PB3至PB7端口。PB11和PB13分别连接着时钟芯片的SCLK、CE、I/O引脚。语音数据传输经由PB8和PB10端口进行，PB14和PB15驱动OLED显示模块。继电器输出的控制信号经过PA0、PA1和PA4连接到系统，PA6至PA8连接系统状态指示灯。RCC模块给整个系统供应稳定的时钟信号。STM32F103通过合理地规划资源，使各个功能模块可以共同工作，并达到高效的控制效果。图3STM32F103C8T6接口电路图3.2智能药盒显示功能的设计显示模块选用0.96英寸规格，拥有128×64像素的高清分辨率，可以给用户提供清晰直观的交互界面。OLED技术拥有响应速度很快的特点。LCD屏幕需要一直保持背光，而OLED显示屏只会在需要显示的像素点上消耗电能，所以它拥有比较明显的节能优势。本文使用OLED模块搭载了英飞凌SSD1306驱动芯片，该芯片为小型低功耗OLED设计，依靠良好的性能稳定性在行业内拥有良好声誉。SSD1306控制器可以同时支持4线SPI串行和I2C并行这两种通信协议，在对系统简洁性和通信可靠性进行考虑后，最终选择I2C接口来完成主控与显示模块之间的连接。系统在初始化过程中利用I2C总线向驱动芯片发送包括亮度调节、对比度设置和扫描方向的多组配置指令，以此来对显示寄存器的各项参数进行精确控制。在完成对配置的初始化后，系统便可以调用单片机程序中所包括的图形驱动代码，从而实现文字、图形和动态图标的灵活显示。OLED显示屏在实际应用中拥有多种功能：它可以实时显示时间信息，让用户随时掌握时间的变化。另外可以准确记录用药状态，利用不同的图标来直观地展示服药情况，以此促使患者按照医生的嘱咐按时服用药物。图4OLED显示模块接口电路图3.3智能药盒无线通讯功能的设计STM32主控通过UART串口向ESP8266发送AT指令，完成TCP连接并接入阿里云IoT平台。通信协议采用MQTT，Topic为/sys/xxxx/device/thing/event/property/post，Payload格式为JSON，例如：{“params”：{“temp”：25.5,“humi”：60,“med_status”：1}}。系统按照平台规定的数据格式，将温湿度数据和服药状态（已服/未服）封装后周期性上报至云端。上报频率为：温湿度每2分钟上报一次；服药状态在取药行为判定成功后立即上报一次。考虑到药品存储环境变化缓慢，2分钟上报周期可平衡实时性与网络负载。家属端使用手机APP（阿里云的“云智能”APP）绑定设备后，可实现以下功能：查看温湿度：实时显示药盒内部的温度和湿度数值。查看服药状态：显示早、中、晚三次用药的“已服/未服”状态。设置吃药时间：通过APP界面修改三个时段的服药时间（小时/分钟），APP将新时间下发至ESP8266，STM32接收到后更新DS1302闹钟比对参数。该设计实现了老人用药信息的远程同步与简单干预，让家属能够异地掌握老人的服药依从性及药品存储环境。图5ESP826WiFi模块接口电路图3.4智能药盒语音播报功能的设计该芯片内部装有音频功率放大器，利用简单的外围电路就可以完成语音输出的功能。DY-SV17F使用高度集成的设计方案，拥有体积紧凑和能耗低的特点，非常适合用在智能家居设备、可穿戴产品等嵌入式系统上。该模块通过UART接口与主控MCU进行通信，并且支持8K到192Kbps的传输速率。在具体应用上，主控芯片只要按照已经确定的通信协议来发送文本指令，就会启动语音合成、输出功能。芯片内部配有容量较大的FLASH存储器，可以存放许多已经压缩过的语音数据，由此支持多种多样的音频内容播放。该智能药盒的语音播报功能会在设定好的用药时间触发时，自动产生并输出服药提醒语音信息。该种依靠听觉的提示方式可以明显提高老年患者的用药依从性，有效避免因记忆不足而产生的药物漏服现象。图6DY-SV17F语音模块接口电路图3.5智能药盒短信报警功能的设计该4GCat.1通信模块是专为嵌入式系统开发的，拥有良好的短信处理能力。模块内部集成了TCP/IP协议栈，可通过SSL/TLS等加密协议保障数据传输安全性。该高性能基带处理器主要支持4GLTECat.1通信标准，兼容2G/GSM网络用于语音回落及弱信号覆盖场景，在远程数据采集、设备状态监测、突发事件预警等工业应用中表现出良好的性能平衡。老人未在规定时间内按压确认键时，系统自动启动ML307R通信模块，通过IMS通道或回落至GSM网络，以短信形式向监护人发送提醒。模块通过UART串口与主控单片机连接，可实时接收指令及待发送信息。模块工作后首先完成SIM卡注册与LTE网络附着，随后建立数据连接，通过LTE网络发送短信数据包，并检测网络反馈的发送成功信号以确认短信准确送达。利用ML307R模块进行通信，使智能药盒系统兼具实时性、可靠性与未来网络演进的兼容性，有效解决了因记忆缺失造成的用药疏漏问题。老人若漏服药物，系统自动开启短信预警通知家属，确保患者用药依从性。图7ML307R模块接口电路图3.6智能药盒定时功能的设计DS1302是一款工业级实时时钟芯片，该芯片把高精度晶振电路和优化的电源管理系统进行结合，可以在多种工况下维持精确计时。该芯片拥有断电保护功能，在主电源发生异常中断的情况下，利用内置电池来保持时钟数据不出现丢失。智能定时系统里，DS1302利用I2C总线同微控制器完成数据交互。其内部包括了包括秒、分、时、日、月、年和星期在内的完整时间寄存器组。微控制器在进行系统初始化的时候，会把标准时间写入到相应的寄存器中。程序在运行过程中会一直读取当前时间数值，并且和设定的告警时间进行实时对比，当条件达到时就触发提醒功能。DS1302芯片内部集成有可编程时钟报警功能，用户可以自行设定报警时间阈值。当系统实时时钟数值达到预设报警值时，该芯片会自动触发中断信号，单片机会执行相应的中断服务程序。中断方式形成了服药提醒系统的主要功能，系统依靠实时监测时钟信号，能够准确地识别用药的时间节点，并且会进行提醒操作。图8DS1302模块接口电路图3.7智能药盒按键功能的设计该系统使用五个物理按键开关，分别用来进行系统时钟设置、服药时间调整、早、中、晚三个药盒的开启控制等功能。这些按键通过硬件去抖电路和单片机IO端口相连，以此来防止机械抖动导致误操作。系统通过轮询方式实时监测按键状态，在检测到IO端口电平发生变化后，会立刻识别按键编号，并且执行相应的功能程序。用户在对时钟设置按键进行操作时，系统会调用时钟配置界面，当药盒开启按键被激活之后，继电器驱动模块将开始运行。图9按键模块接口电路图3.8智能药盒温湿度检测功能的设计智能药盒不仅需要实现用药提醒和取药行为判定，还需要对药品存储环境进行实时监测。温度过高或湿度过大会导致药品受潮、变质或失效，严重影响用药安全。因此，本系统集成了温湿度检测功能，本药盒通过DHT11数字温湿度传感器实时采集药盒内部的温度和相对湿度数据，并通过ESP8266WiFi模块向云端显示温湿度，使用户及家属能实时知晓药盒内温湿度是否符合药品储存条件。图10DHT11温湿度模块接口电路图3.9智能药盒药物称重功能的设计该系统具有对药盒内药品进行称重的功能，它在提醒老人服药的时候，利用HX711型称重传感器来实时监测药品重量变化。该传感器使用四引脚设计，具体的连接方式是：DT引脚连接到PA11端口，SCK引脚连接到PB12端口。HX711属于一种用于高精度称重的专用芯片，该芯片使用24位模数转换技术。该芯片运用高度集成的设计方式，其内部拥有内置稳压电源和振荡电路，由此可以减少外围元件的数量。系统可靠性得到提高，成本也随之下降。该芯片安装了低噪声可编程放大器，可以进行多档增益选择，用来适应不同量程的传感器信号输出。在功能特性上，HX711可以支持10Hz或者80Hz的数据输出速率进行调节，它拥有很好的电源噪声抑制能力，其工作电压处于2.6V到5.5V之间，工作温度范围处于负20℃到正85℃之间，并且静态功耗比较低，可以应用在各种供电环境中。依靠对管脚功能的明确界定，该芯片可以方便地进行数据传输和系统控制。HX711被应用在了家用衡器、工业称重系统、科研实验设备、农业监测装置上，该模块拥有高精度的模拟信号转换能力，为重量测量提供了可靠的数据支持。图11HX711称重模块接口电路图

4软件设计4.1系统总流程系统运行流程如图12所示，上电后首先进行单片机内部寄存器和外围设备的初始化工作，包括OLED显示屏、WiFi通信模块等硬件配置。程序接着进入主循环，一直监测DS1302实时时钟是否到达预设服药时间，条件满足后，启动语音提示并控制继电器。系统会对按键输入状态进行实时轮询，在检测到有效的按键操作时，会马上跳转到相应的功能子程序来进行执行。就服药时间设置按键而言，用户按下该键后会进入时间设置界面，并利用OLED菜单来完成服药时间的调整。系统在进行初始化时，先利用I2C总线协议来对OLED显示模块进行配置，这里面需要发送复位指令、设定显示参数。系统在进入主程序循环后，利用DS1302芯片的单总线接口实时获取时钟信息，并且使用定时服药算法和预设时间进行比对。系统在检测到服药时间到达时，会通过串口向语音模块发送控制指令来触发语音提示，并且依靠GPIO端口驱动继电器以开启药盒装置。图12主程序流程4.2智能药盒的按键子流程介绍图13表明按键处理子程序的实现情况，该模块主要对按键动作进行检测并执行相应操作。系统运用轮询方式对按键IO端口状态变化进行连续监测，一旦发现有效电平跳变，系统就按照按键编号来启动相应功能模块。当用户按下第一个按键时，系统会进入时钟设置模式，此时OLED显示屏显示时间设置菜单，用户可以对年、月、日、时、分、秒等参数进行修改。第三个按键被触发时，系统会驱动继电器3进行动作，以达到打开早间药盒的功能。机械按键在接触过程中会出现触点抖动，这种情况会使IO端口产生多次电平跳变的误判，本文在软件中加入去抖处理方式。具体实现方式如下：程序在检测到初始电平变化之后会对信号状态进行一段时间的延时采样，只有信号稳定持续达到预设时长，才可以被确认为有效的按键操作，这样就解决了抖动造成的误触发问题。按键功能的实现主要依靠扫描检测、去抖处理和通信协议的配合。系统使用周期性轮询方法对IO端口电平状态进行检测，并且运用基于软件延时的去抖算法，依靠连续采样计算平均值来精确识别有效按键信号，以此来避免机械抖动造成的误判。图13按键子程序4.3智能药盒的处理子程序介绍该子程序的运行流程如图14所示：系统在达到预设的三次用药时间时，会点亮相应LED指示灯并发出语音提示。如果用户打开了药盒，并且药物重量变轻，在服用药物结束后，语音提示会自动停止，同时显示已经服药的状态。系统会在五分钟内没有检测到药盒开启动作时，通过短信发送提醒信息。该模块的主要功能有对用药时间进行监控、对设备操作进行管理、对异常情况进行处理。就用药时间监测功能而言，系统会实时对比当前时间和预设的三个用药时间点，检测到匹配时会自动执行对应的操作。系统依照预设的控制逻辑，利用GPIO接口来驱动LED指示灯，并且依据通信协议对语音提示模块进行控制。如图14所示。图14处理子程序

4.4各模块程序的设计4.4.1实时时钟模块程序设计DS1302模块负责提供精确的日历时间。程序通过三线接口（SCLK、I/O、CE）对DS1302进行读写操作。初始化时，需配置DS1302的写保护寄存器以允许写入时间，并根据备用电池状态决定是否需要初始化时间。读取时间时，依次读取秒、分、时、日、月、年寄存器，将BCD码转换为十进制后存入全局时间结构体。写入时间时，先将十进制时间转换为BCD码，再通过突发写入模式一次性写入所有时间寄存器。为防止时间读写过程中发生错误，每次操作前需将CE引脚置高，操作结束后拉低CE。主程序每隔100ms调用一次时间读取函数，更新OLED显示。DS1302读取流程图如图15所示。图15时钟模块流程图4.4.2显示模块程序设计OLED显示屏采用0.96英寸、SSD1306驱动芯片的I2C接口方案，以最大限度节省GPIO资源（仅需SCL和SDA两根信号线）。驱动程序包括初始化函数、写命令函数、写数据函数和字符串显示函数。初始化时按照SSD1306数据手册要求的时序依次发送：显示关闭命令、设置显示时钟分频、设置复用率、设置显示偏移、设置显示起始行、设置段重映射、设置COM扫描方向、设置COM引脚硬件配置、设置对比度、预充电周期、VCOMH电平、开启电荷泵、设置显示模式为正常、清屏（全部写入0x00），最后开启显示。所有初始化命令通过OLED_WriteCmd函数发送。写命令和写数据均通过I2C总线完成。I2C设备地址一般为0x78（含写位）。写命令时，先发送I2C起始条件，发送设备地址+写标志，然后发送控制字节（命令：0x00），再发送命令字节；写数据时，控制字节为0x40，随后连续发送数据字节。为简化操作，驱动层封装了OLED_WriteCmd(uint8_tcmd)和OLED_WriteData(uint8_tdata)两个基础函数。字符串显示时，需要将字符转换为点阵数据。程序内置ASCII字符集点阵（如6×8或8×16字体）。用户调用OLED_ShowString(row,col,string)时，函数根据行号（0~7，对应页地址）和列号（0~15，对应列起始位置）计算出显存页地址和列地址，然后依次取出字符串中每个字符的点阵数据，通过OLED_WriteData写入GDDRAM。写入前需调用OLED_SetCursor设置当前页和列位置。主程序中，时间显示刷新频率设定为每200ms一次，调用OLED_ShowString更新时分秒字符串。注意OLED无残影问题，无需整屏刷新，只更新变化区域即可避免闪烁。每次刷新前建议先清除原显示位置（写入空格）或直接覆盖，由于写入速度较高（I2C时钟可达400kHz），200ms间隔下显示效果清晰稳定。图16显示模块流程图4.4.3称重模块程序设计称重模块用于检测药盒内药品重量变化，结合继电器开关状态实现取药行为准确判定。由于继电器吸合时直接驱动药盒开启机构的执行器（如电磁铁或电机），因此继电器吸合状态与实际药盒打开状态同步，无需额外传感器检测药盒开闭。工作内容包括HX711的时序控制、零点校准、重量标定和取药判定逻辑。HX711通过两线串口输出24位AD值。读取数据时：将PD_SCK拉低，等待DOUT变为低电平（表示数据就绪），然后连续产生24个时钟脉冲，在每个脉冲上升沿读取DOUT引脚电平，左移并累加得到24位数据。第25个脉冲设置下次转换增益（本系统使用128倍增益，第25个时钟脉冲保持低电平）。读取完成后获得补码格式的原始AD值。取药行为判定：核心逻辑是实现“药盒打开（继电器吸合）且重量减少”的双重判定。系统维护三个状态变量：继电器状态（0=释放/关闭，1=吸合/打开）、开锁前基准重量、本次开锁期间是否已判定取药。流程图如图17所示。当检测到继电器吸合（药盒打开）且本次开锁期间尚未判定取药时，系统记录当前重量作为基准W0，并进入监测状态。在继电器保持吸合期间，持续读取当前重量并与W0比较，若减少量超过阈值（如2g），则判定为有效取药，置位取药标志，记录取药时间，并通过串口向上位机或无线模块上报取药事件。当用户关闭药盒（继电器释放、状态变为0）时，系统重置取药标志，准备下一次开锁判定。图17称重模块流程图4.4.4温湿度检测模块程序设计温湿度检测模块的工作流程始于上电与初始化：DHT11传感器供电后，其内部8位单片机完成自检并将感湿元件与NTC测温元件置于待测状态，同时STM32主控将连接DATA引脚的GPIO配置为开漏输出模式并拉高总线，等待采集指令。随后进入启动与响应阶段：主控拉低数据线至少18ms（启动信号），释放后拉高并延时30μs，此时将GPIO切换为输入模式；DHT11检测到起始条件后，拉低数据线80μs作为应答，再拉高80μs通知主机准备接收数据。在数据通信环节，DHT11开始逐位输出40位数据——每一位以50μs低电平标记开始，随后拉高数据线，高电平持续26~28μs表示逻辑“0”，持续70μs表示逻辑“1”。主控在检测到高电平后延时30μs读取引脚电平，依次采集湿度整数（8位）、湿度小数（8位）、温度整数（8位）、温度小数（8位）及校验和（8位）。采集完成后，主控计算前四个字节之和的低8位，与校验和比对：若一致则更新当前温湿度值并存储于全局变量；若不一致则丢弃本次数据并准备重试。系统根据采集到的温湿度数据，通过WiFi模块（ESP8266）周期性地将数据封装为JSON格式上报至物联网云平台，实现药盒内温湿度的远程实时监测。为降低功耗并避免对DHT11的频繁访问，每次采集完成后系统进入2秒的等待间隔。图18温度检测模块流程图4.4.5WiFi通信模块程序设计无线模块通过UART2与STM32通信，采用AT指令集和透传模式实现数据收发。工作流程主要包括模块初始化、数据上报和远程指令接收。模块初始化流程：系统上电后，STM32通过USART2发送AT指令序列配置无线模块。依次执行：测试通信、设为STA模式、连接路由器、建立TCP连接、开启透传、进入透传。每条指令发送后等待返回“OK”，若失败则重试3次，超时后报错。初始化成功后，全局标志置为就绪状态。数据上报：当系统产生有效取药事件、环境温湿度变化等需要上传的信息时，主控通过无线模块发送数据。在透传模式下，直接通过USART2发送JSON格式字符串即可。为保证数据完整性，发送结束后添加换行符\r\n。远程指令接收：无线模块在透传模式下接收到的服务器数据会通过UART2直接输出。STM32的USART2接收中断将数据存入环形缓冲区，主控定期解析缓冲区内容。无线模块数据收发流程如图19所示。图19WiFi通信模块流程图4.5系统任务调度与中断设计本系统采用前后台架构，主循环执行周期性任务（时间显示、按键扫描、称重、温湿度、闹钟比对、WiFi处理），中断服务程序处理异步事件。主要中断源包括：SysTick定时器中断：每1ms触发一次，用于产生系统心跳，提供延时基准和闹钟比对的时间标志。USART2接收中断：用于接收ESP8266下发的远程指令数据。外部中断（可选）：若采用霍尔传感器检测药盒开闭状态，可配置外部中断边沿触发。通过合理设置中断优先级，确保实时性要求较高的闹钟触发和数据接收得到及时响应。闹钟比对在1秒定时标志下进行，称重和温湿度采集在非中断的主循环中按周期执行，避免中断服务程序过于复杂。以上各模块的程序设计共同构成了智能药盒的完整软件系统，实现了定时提醒、取药行为双重判定、环境监测及无线通信等功能，确保了系统的稳定可靠运行。5系统测试与优化5.1系统调试方案该智能药盒系统在研发过程中经历了从概念设计到产品落地的完整周期，并且通过多轮软硬件联调和功能验证来进行不断完善。在软件调试过程中，本人通过Keil5集成开发环境的在线仿真功能，对系统各个功能模块进行了单元测试，并且准确地发现了逻辑缺陷、程序死锁等重要问题，同时进行了修正。接着利用硬件调试工具完成了程序在单片机平台上的实时跟踪调试，由此可以对各个模块之间数据交互的状态进行有效监控。硬件调试阶段的主要工作是对各个功能模块进行实际性能验证，利用示波器和逻辑分析仪等专业设备，对单片机和外设之间的通信时序、电平特性进行整体检测，以保证数据传输的完整性和准确性。就语音模块而言，本文先使用示波器查看MCU和DY-SV17F之间的串行通信波形，并且重点检查有没有波形失真或者异常抖动的情况。上位机软件会实时监测语音模块的反馈数据，以此来验证响应内容和MCU控制指令是否一致，并且由此确认语音功能正常。针对继电器这类由单片机直接控制的器件，利用万用表对IO口输出电压进行测量，该方法依靠对比上电前后状态的变化来确认控制的有效性。通过多次软硬件联调测试，本文最终达到了系统程序的稳定运行和各模块的共同工作，从而给智能药盒控制系统的可靠性提供了可靠保障。5.2系统软硬件调试5.2.1电源模块调试硬件调试首先从电源模块开始。使用直流稳压电源提供5V输入，用万用表测量AMS1117-3.3V输出端电压，实测值为3.29V，波动范围小于±1%，满足STM32及外围芯片供电要求。测量各芯片电源引脚对地电阻，无短路现象。在电源输出端并联的220μF电解电容和0.1μF电容安装正确，纹波电压峰峰值约为30mV，符合数字电路供电标准。5.2.2最小系统调试检查STM32最小系统：8MHz晶振两端波形为正弦波，频率8.00MHz，幅值约2.5V；32.768kHz晶振波形正常。复位电路在上电时NRST引脚电平由低变高，复位按键按下时引脚拉低，复位功能正常。SWD下载接口通过ST-Link能够正常识别芯片并下载程序，在线仿真功能正常。5.2.3继电器驱动电路调试继电器驱动电路是硬件调试的关键。在STM32的GPIO控制引脚（PA0）施加3.3V高电平，用万用表测量三极管S8050基极电压为0.68V，集电极电压从5V降至0.1V，三极管饱和导通，继电器线圈得电，触点吸合，可听到清脆的“哒”声。当GPIO输出0V时，基极电压为0V，三极管截止，集电极电压恢复5V，继电器释放。用示波器观察继电器线圈两端波形，在释放瞬间产生的反向感应电动势峰值约为12V，被续流二极管1N4148钳位至5.7V，三极管集电极-发射极电压未超过额定值，保护电路有效。连续进行100次吸合/释放测试，继电器动作可靠，无卡滞或粘连现象。5.2.4称重模块调试称重模块采用HX711与电阻应变式传感器。首先检查传感器与HX711的接线，编写简单的读取程序，在空载时连续读取100次AD值，数值范围为8352000~8358000，波动约±3000。在传感器上放置100g标准砝码，AD值变化至约5352000，计算灵敏度约为-30000/g。实际测量波动：空载时AD值波动±3000，对应重量波动约为±0.1g。这是系统在静态下的实际噪声水平，决定了可靠检测的最小重量变化约为0.2g（峰峰值）。零点漂移测试：连续运行30分钟，零点AD值漂移小于±500，满足取药判定阈值（2g对应60000AD码）的要求。5.2.5温湿度模块调试DHT11模块单独测试：将传感器置于恒温恒湿箱中，设定温度为25℃、湿度50%RH，读取数据为温度24.8℃、湿度49.6%RH，在精度范围内。用嘴吹气模拟高湿环境，湿度读数迅速上升至80%以上，响应时间约6秒，符合规格。通信时序用示波器捕捉，单总线波形符合协议要求，读取成功率在95%以上，偶尔失败时程序能自动重试。5.2.6WiFi模块调试ESP8266模块上电后，通过USB转TTL串口模块连接至PC，使用串口调试助手发送AT指令，确认模块工作正常。与STM32连接后，编写串口收发测试程序，STM32发送“AT\r\n”，ESP8266返回“OK”，通信正常。配置模块连接家庭路由器，在透传模式下向测试服务器发送数据，服务器端能够正确接收，延迟约50ms。在室内复杂环境下测试，WiFi连接稳定性良好，断线后自动重连功能正常。5.3软件调试5.3.1驱动层调试对各外设驱动进行单元测试：编写独立的测试程序验证DS1302读写功能，确认时间可正确设置和读取，断电后依靠备用电池时间保持正常；OLED显示测试，依次显示字符、数字和字符串，显示清晰，无乱码；按键扫描测试，按下按键后能够正确识别键值，消抖处理有效，未出现误触发；蜂鸣器驱动测试，能够按预期频率鸣叫；继电器控制测试，开闭控制响应及时。5.3.2应用层调试问题1：闹钟触发不精确。在主循环中通过延时循环进行闹钟比对时，由于称重和温湿度采集占用时间较长，导致闹钟触发延迟最多达2秒。解决方案：利用SysTick定时器产生1ms中断，在主循环中维护一个秒标志位，每当秒标志位置1时执行闹钟比对，同时将称重和温湿度采集放在非阻塞的周期任务中，确保闹钟响应延迟小于50ms。问题2：称重数据波动导致误判。在药盒关闭状态下，由于机械振动和温度漂移，重量读数出现±1g的波动，偶尔触发错误的取药判定。解决方案：增加判定条件——只有在继电器吸合（药盒打开期间）才进行取药判定，关闭状态下不触发；同时将重量减少阈值从1g提高至2g，并采用连续三次采样均满足条件才判定，有效滤除了瞬时波动。问题3：DHT11读取偶尔失败。由于单总线时序对中断敏感，当串口中断频繁发生时，DHT11读取可能因时序被破坏而失败。解决方案：在读取DHT11的整个过程中（约5ms）关闭全局中断，读取完成后恢复中断，确保时序完整性。改进后读取成功率从85%提升至99%以上。5.4系统功能调试5.4.1时间显示与设置功能调试时间校准功能在图20中展示，系统时间能够通过第一个按键来进行调试和校准。系统时间一旦产生偏差，使用者按下第一个按键便可以进入设置界面，按键次数分别对应年、月、日、时、分、秒和星期等参数。用户在选定参数后，利用第二个和第三个按键对参数值进行增减调节，从而完成时间校正操作。图20时间校正图如图21所示，该系统使用按键式操作设计，用户通过第二个功能键可以对服药时间进行设定。用户可以依次选择首次服药的小时和分钟参数，并且系统支持设置三个不同时段的用药提醒。图21系统吃药时间设置图5.4.2闹钟定时提醒功能测试测试方法：设置三组闹钟，分别设定在当前时间的1分钟、2分钟和3分钟后。观察到达设定时间时系统是否触发蜂鸣器报警、LED闪烁以及继电器吸合。重复测试20次。测试结果：20次测试全部在预设时间点±1秒内触发提醒，蜂鸣器声音清晰，LED同步闪烁，继电器吸合打开药盒，功能正常。5.4.3取药行为判定功能测试测试方法：分别进行以下三种场景测试，每种场景重复20次：场景A：正常开锁并取出药品（减少重量>2g）场景B：正常开锁但未取出药品（重量不变）场景C：未开锁情况下药盒内重量减少（模拟振动或泄漏）测试结果如表1所示。表1测试结果测试场景测试次数判定为取药次数正确率场景A2020100%场景B200100%场景C200100%测试结果表明，双重判定机制（继电器打开+重量减少）能够准确识别真实取药行为，有效避免了误判。测试过程如图22。图22取药行为测试5.4.4温湿度检测功能测试将温湿度传感器置于室内各个场景，连续24小时采集温湿度数据，数据采集频率为每2秒一次，采集数据可在OLED显示屏上实时显示，同时同步上传至阿里云物联网平台（通过WiFi模块）。测试结果显示，系统可准确采集药盒内的温湿度变化，数据更新及时，无数据丢失的情况，平台可完整记录温湿度的历史变化曲线，完全满足药品存储环境监测的设计需求。5.4.5短信报警功能测试通过到达吃药时间不打开药盒来模拟老人忘记吃药，测试短信报警功能。测试环境为：4G信号强度3格，使用中国移动SIM卡。实验结果显示，当到达吃药时间20s后，药盒仍然没有打开则向指定手机发送短信报警。经过20次实验，成功率达到100%。测试结果表明，4G模块在智能药盒系统中工作稳定可靠，短信发送功能完备，提升了系统的通信可靠性和环境适应性。5.4.6系统连续运行稳定性测试将系统连续运行72小时，期间每2小时自动触发一次闹钟提醒（模拟服药），记录系统运行状态，观察是否存在死机、复位、闹钟遗漏或数据错误等问题。测试结果：系统连续运行72小时未出现死机或自动复位现象，所有预设闹钟均准时触发，称重和温湿度数据采集正常，WiFi连接在72小时内断线重连3次（家庭网络波动导致），断线后能自动恢复连接，远程指令均能正常接收。系统长期运行稳定性良好。5.4.7手机APP远程交互功能测试温湿度查看测试：在药盒内放置加湿器，APP显示湿度从45%升至75%，与OLED本地显示一致。服药状态查看测试：模拟取药行为后，APP上对应时段的“未服”状态更新为“已服”，刷新时间＜3秒。远程设置吃药时间测试：通过APP将早上服药时间从08:00改为08:30，系统OLED显示更新时间成功，且闹钟在08:30准时触发。经10次测试，成功率100%。测试结果表明，ESP8266与阿里云平台的通信稳定，APP三项功能均符合设计要求。5.5测试结论经过硬件调试、软件调试及系统功能测试，本智能药盒系统各项功能均达到设计预期。具体结论如下：（1）电源模块、最小系统、继电器驱动、称重模块、温湿度模块和WiFi模块硬件工作稳定，未出现电气故障或异常发热。（2）软件功能完整，闹钟定时提醒准确率100%，取药行为双重判定机制正确识别率达100%，有效区分了真实取药与无效操作。（3）温湿度检测功能正常，为药品存储环境提供了有效监控。（4）WiFi远程通信功能可靠，数据上报和远程指令响应满足实时性要求，实现了远程监控和干预。（5）短信报警功能准确率达到100%，有效对家属作出及时提醒。（6）系统连续运行72小时无故障，具有良好的稳定性和可靠性。综上所述，本系统满足智能药盒的设计要求，能够为老年慢性病患者的用药管理提供有效帮助，具备实际应用价值6总结与展望6.1研究成果总结本文利用STM32单片机平台设计了一种智能药盒控制系统，该系统把语音提示、远程监测和药品分类存储等功能模块进行了结合，较好地处理了传统药品管理中存在的各类问题。本文在硬件架构上运用了模块化设计方法，中心部件主要包括主控芯片、语音合成单元、无线通信模块、实时时钟电路、温湿度模块、称重模块、短信报警模块和OLED显示屏。虽然系统没有使用串口屏技术，但是经过优化的显示控制算法仍然达到良好的用户交互体验。各个功能模块一起进行工作，可以完成定时提醒、语音播报、设备控制、短信报警和远程监控这些智能化操作。软件设计运用分层架构，主程序对硬件进行初始化并对事件进行轮询，各功能模块分别执行特定操作，经逻辑整合形成完整控制系统。在经过严格测试验证之后，研制出具有完善功能的样机系统。该系统把无线通信和智能显示这些现代技术用到药品管理上，明显让老年患者用药更加方便。该产品拥有操作简单、功能实用、性价比高等特点，拥有较好的市场推广价值。在技术发展方面，利用STM32单片机的智能药盒控制系统具有很好的可扩展性。系统在功能扩展上可以集成多种环境监测传感器，例如温湿度传感器，用来实时获取药品储存环境参数，以保证药品质量安全。系统运用生物特征识别技术，可以对用户身份进行认证，并且对个性化用药方案进行管理。该系统在家居老年人群体中的使用情况不局限于该群体，也适用于养老机构和医疗机构等场所，能够促进智慧医疗模式的建设。技术不断更新和完善，该智能药盒系统在医疗健康领域会拥有更多应用机会，可以给用户提供更加安全、智能和人性化的用药服务。参考文献[1]黄敬烨,郑光华,陈家斌,等.基于stm32单片机的智能提醒药盒设计与应用评估[J].中国医学装备2023,20(4):180-184.[2]胡红钱,吴乐辉,李波,等.一种新型智能药盒及其控制方法[J].中国设备工程,2023(5):3.[3]常国权,尚进辉,孙帅霞.基于物联网的智能药盒设计[J].现代信息科技,2022(018):006.[4]董鸿宇,李佳睿.基于stm32和物联网技术的智能药盒设计[J].物联网技术,2023,13(6):108-110.[5]刘明硕,何丹丹,李帅.基于stm32的老年群体居家智能药盒系统设计与实现[J].电子设计工程,2023,31(21):161-165.[6]郑文栋,胡非,王博,等.结合云平台设计的多功能智能药盒的研发[J].科技与创新,2023(7):62-64.[7]吴帆,周旭光,吴霖华,等.基于stm32带定位功能的老年人急救智能药盒设计[J].轻工科技,2023,39(3):108-111.[8]陈子禾,颜廷旻,戴子婧,等.基于服务设计理念的老年人智能药盒设计研究[J].包装工程,2023,44(8):216-224.[9]童江,吴志敏,赵海梅.基于嵌入式技术的智能药盒设计[J].电脑与信息技术,2023,31(3):61-64.[10]余闰,王慧.基于ESP32的智能药盒轻量级方案设计[J].电子元器件与信息技术,2022(8):40-43.[11]HongliW,XudeC,BingX,etal.DesignofIntelligentCymometerBasedonSingleChipMicrocomputerAT89C51[J].ComputerMeasurement&Control,2022,15(3):410-412.[12]ParkhanA,Isnaini,WidodoID,etal.DesignoftheOptimizedQualityofNaturalBatikDyesBasedonArecaCatechuLUsingTaguchiMultiresponseMethod[C].ASUInternationalConferenceinEmergingTechnologiesforSustainabilityandIntelligentSystems(ICETSIS),2024,13(3):757-757.[13]贾月辉.基于物联网的智能药盒系统设计与实现[J].物联网技术,2026,16(3):102-105.[14]周东亮.基于NB-IoT的智慧药盒的设计与实现[D].重庆邮电大学,2021.[15]宋阳,康世龙,张健沛,等.C4S2-275:基于物联网的智能用药系统[C]//第二届中国云计算与SaaS大会.2011.[16]刘钙.物联网平台下基于云计算的智能药盒系统[D].江苏科技大学[2026-05-07].

致谢本论文的完成，离不开各位师长、亲友的悉心指导与温暖陪伴。首先，衷心感谢我的导师，从论文选题、框架搭建到内容完善，您的耐心点拨与严谨要求，让我得以顺利推进研究。感谢家人的理解与支持，是你们的牵挂与包容，给予我前行的动力。同时，感谢所有给予我帮助的同学与朋友，你们的鼓励与建议，让我在研究路上不再孤单。最后，谨向每一位关心老年健康、助力智慧养老事业发展的研究者与从业者致以敬意，愿本研究能为老年群体的健康保障贡献一份微薄之力。

附录附录1电路原理图附录2PCB图

附录3主程序#include"main.h"#include"tim.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"./HAL/key/key.h"#include"./HAL/OLED/OLED_NEW.H"#include"./HAL/delay/delay.h"#include"./HAL/ds1302/ds1302.h"#include"./HAL/HX711/hx711.h"#include"./HAL/AliESP8266/AliESP8266.h"#include"./HAL/dht11/dht11.h"/*USERCODEENDIncludes*//*Privatetypedef*//*USERCODEBEGINPTD*/voidKey_function(void); //按键函数voidMonitor_function(void); //监测函数voidDisplay_function(void); //显示函数voidManage_function(void); //处理函数*******按键设置函数*****/voidKey_function(void){ key_num=Chiclet_Keyboard_Scan(); //按键扫描 if(key_num!=0||bluetooth!=0) //有按键按下或接收到指令 {if(bluetooth!=0){key_num=bluetooth;bluetooth=0;} switch(key_num) { case1: //按键指令1，切换界面if(set_dispaly==0){flag_display++;if(flag_display>=8) //一共8个界面flag_display=0;OLED_Clear(); //按一下，清屏一次} break; case2: //按键2 switch(flag_display) { case0: //界面0，切换设置界面set_dispaly==6?set_dispaly=0:set_dispaly++; OLED_Clear(); break; case1: //界面为1时，修改年+1 TIME[6]++; if(TIME[6]%0x10>9) { TIME[6]=TIME[6]+0x06; } Ds1302Init(); break; case2: //界面为2时，修改月+1 TIME[4]++; if(TIME[4]%0x10>9) { TIME[4]=TIME[4]+0x06; } if(TIME[4]>0x12) { TIME[4]=0x01; } Ds1302Init(); break; case3: //界面为3时，修改日+1 TIME[3]++; if(TIME[3]%0x10>9) { TIME[3]=TIME[3]+0x06; } if(TIME[3]>0x31) { TIME[3]=0x01; } Ds1302Init(); break; case4: //界面为4时，修改时+1 TIME[2]++; if(TIME[2]%