应用笔记|基于云服务平台的智能药箱

 

 

 

    1 功能实现

    2 硬件系统结构

    3 总结

 

 

1. 总体功能实现

设计一款智能药箱，分成不同的收纳格，每个格子配固定编号，服药者把药物根据服用时间放在收纳格中，并在手机APP设置定时提醒服务，到设定时间药箱收纳格指示灯报警提醒服药；配传感器感知收纳格被打开和关闭的过程，视为一次服药成功，并上传云端做服药记录；做分组采集，药箱配RFID读卡器会对服药者进行分组，暂定两组。

 

 

   2.总体硬件系统结构

2.1 以STM32单片机为主控MCU实现药箱控制部分

以STM32单片机为主控MCU实现的药箱控制部分包括LED显示，提示服药种类和服用计量；收纳格声光报警，起到定时提醒作用；传感器采集模块，记录收纳格开关情况；电机控制模块，利用步进电机或者舵机控制收纳格运动，从而控制药品输出；RFID人员采集模块，识别服药人，避免误服。
 

 

2.2 STM32最小系统

STM32单片机最小系统包括主芯片、上电复位电路、时钟电路、电源供电电路。同时，如果满足STM32单片机基本功能，还应包括下载模块和人机交互模块。本次选用STM32F103RCT6作为中心控制芯片。STM32F103RCT6基于ARM Cortex-M内核，具有高性能、低成本、低功耗的优点，片上资源包括48KB SRAM、256KB Flash、11个定时器、2个IIC、5个串口、1个USB、3个SPI、3个12位ADC、2个12位DAC及51个通用IO口。

 

2.3Esp8266模块

 

利用ESP8266模块把药箱采集的服药情况通过WiFi上传到机智云平台，对药物服用者的服药情况做全过程跟踪记录。ESP8266模块是现如今非常流行的WiFi模块，是物联网应中传输层的近距离主流模块，它的体积较小，非常方便布局在硬件主控板上，而不影响智能药箱的美观性；

 

超低的功耗也是ESP8266的主要特点，在不需要传输数据的情况下，ESP8266为深度睡眠状态，工作电流约为20μA；当有传输数据时，工作电流约为70mA，节能性优良(图3)。与蓝牙模块做比较，WiFi模块具有更远的传输距离和更高的传输速度。

2.4 RFID人员采集模块

RFID在本设计中，起到用来区别老人身份的作用，可以一家人同时使用，药箱的固定位置布有电磁感应线圈，该线圈引出端连到主控板的RFID模块上，控制器通过感应线圈发送一定频率的射频信号，当有同频率电子标签接近感应线圈时，通过电感耦合使电子标签储存能量，当能量达到一定值，就会将将电子标签中的编码信息发送到药箱控制器中进行解码处理。

 

电子标签采用NXP MIFARE系列S50芯片，存储容量1K。因为是无源电子标签，所以外观结构可以设计成多种形式，可以以手环的形式佩戴在老人身上，也可以以卡片的形式随身携带。与电子标签相匹配的RFID读卡部分采用NXP MIFARE RC500基站芯片，RC500支持ISO14443A协议，发送和接收都可在无源条件下进行，通信距离在理想条件下可达到100mm。接收器部分包含解调和解码电路，稳定有效。数字部分负责处理帧和奇偶校验、CRC校验。

 

 

 

2.5 舵机模块

舵机旋转范围0～180°，单片机向舵机发出PWM信号就可以控制角度，信号需要连续发送才能让多级转动直到达到角度。0.5～20ms高电平对应0～180°转角。

 

 

2.6 传感器模块

使用红外传感器模块识别药箱所选抽屉的一次开启和闭合，来作为一次服药周期记录。该传感器模块上主要元器件为LM393比较器，此外还有一对红外发射管与接收管，当模块前方无障碍物时，红外发射管发射的光线发射到远处，指示灯灭，当不透明障碍物接近红外管时，发射管发出的红外光线遇到障碍物返回之后被接收管接收，这时比较器输出端给出低电平，有障碍指示灯亮起。

 

将在无障碍和有障碍循环一次的周期作为服药操作流程的一次记录。模块上电位器可调节检测距离，有效感应距离在2～30cm之间，工作电压为3.3～5V。

 

 

2.7 机智云物联网云平台

利用机智云平台首先对通过平台的数据点进行设定，即对服药者进行初始化设定，包括服药名称、服药时间、服药剂量等，并设置定时提醒功能；待服药后自动采集完成信息，保存为服药成功一次，并做数据保存。

 

 

   4.总结

本文介绍对老人身份的识别、用药的提醒、用药量的显示、对服药后上传云服务器、用药数据的记录等功能于一体，使老年人以及常年服药者能够把每日定量服药这个操作过程实现得简单便捷。