[16,REF_Ref192684371\r\h\#"0]"17]。國(guó)內(nèi)外智能藥盒研究存在一些局限性和挑戰(zhàn)包括成本問題和數(shù)據(jù)隱私以及安全問題，尤其是處方藥信息和個(gè)人健康數(shù)據(jù)的傳輸和儲(chǔ)存，不同國(guó)家和地區(qū)的藥品規(guī)格和醫(yī)療法規(guī)差異也給智能藥盒的全球化推廣帶來了挑戰(zhàn)，解決這些問題需要技術(shù)創(chuàng)新與政策支持的協(xié)同推進(jìn)。國(guó)內(nèi)外基于STM32的智能藥盒設(shè)計(jì)研究主要集中在通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，并使用多種提醒方式確保用戶按時(shí)服藥，這些研究和設(shè)計(jì)為了提高患者的用藥依從性保障用藥安全。1.3課題研究的主要內(nèi)容 本研究的核心任務(wù)聚焦于開發(fā)一款以STM32微控制器為核心的智能藥盒。它的主要功能包括藥物存儲(chǔ)管理、定時(shí)提醒、按鍵控制及報(bào)警提示等能夠支持藍(lán)牙與手機(jī)連接，確保藥箱的溫濕度適合藥物存儲(chǔ)，提供直觀的顯示頁(yè)面和操作功能以及報(bào)警提示來提高患者的服藥依從性降低健康風(fēng)險(xiǎn)。智能控制與提醒功能選擇STM32單片機(jī)作為核心控制單元，定時(shí)提醒功能由LCD1602顯示器和蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)服藥時(shí)間時(shí)藥盒通過聲音和光信號(hào)或振動(dòng)提醒用戶，系統(tǒng)同時(shí)記錄服藥時(shí)間避免重復(fù)服藥或漏服。藥物的存儲(chǔ)和檢測(cè)功能。設(shè)計(jì)了多個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)倉(cāng)位可按天或按劑量存放不同藥物，利用傳感器檢測(cè)藥盒開啟情況以此來判斷用戶是否取藥。藥盒內(nèi)部環(huán)境由溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)，保證藥物儲(chǔ)存環(huán)境符合要求。此智能藥盒還能通過藍(lán)牙與手機(jī)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，如患者未按時(shí)服藥，系統(tǒng)可發(fā)送通知提醒。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路STM32單片機(jī)構(gòu)成了智能藥盒系統(tǒng)核心控制器的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)架構(gòu)劃分為控制中心及輸入和輸出三大板塊?？刂茊卧饕劳蠸TM32側(cè)重于接收輸入模塊的數(shù)據(jù)，并經(jīng)內(nèi)部處理后驅(qū)動(dòng)輸出模塊。輸入部分由五個(gè)獨(dú)立模塊構(gòu)建，第一部分借助DS1302時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)捕獲，DHT11傳感器用于監(jiān)測(cè)并提供環(huán)境的溫度和濕度讀數(shù)據(jù)為第二部分，第三部分HX711壓力傳感器用于監(jiān)控藥物重量，當(dāng)重量下降至零時(shí)觸發(fā)預(yù)警提示，第四部分的溫濕度傳感器負(fù)責(zé)探測(cè)服藥行為的完成狀況，電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供必要的電力供應(yīng)為第五部分。輸出端的LCD1602顯示器用于顯示系統(tǒng)標(biāo)識(shí)、當(dāng)前時(shí)間、溫濕度信息以及藥物用量，報(bào)警模塊在指定用藥時(shí)間發(fā)出提醒，藍(lán)牙模塊允許用戶通過手機(jī)遠(yuǎn)程對(duì)藥盒進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。2.2模塊選擇2.2.1主控制模塊選擇方案一：選擇STM32F103C8T6作為主控制模塊。此芯片內(nèi)核為ARMCortex-M3其主頻為72MHz并配備大量板載資源，能滿足系統(tǒng)對(duì)LCD顯示、藍(lán)牙通信、重量檢測(cè)、溫濕度采集及定時(shí)報(bào)警等功能的需求。此芯片還能支持多種常用接口如I2C和USART等，該芯片具有高性價(jià)比。方案二：采用STM32L031K6主控制器。是STM32L0系列為低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，該器件的時(shí)鐘頻率為32MHz，包括32KB閃存和8KBSRAM，內(nèi)置RTC模塊主要用于功耗要求較高的便攜設(shè)備。它的性能和接口資源略低于方案一，但在長(zhǎng)時(shí)間需要待機(jī)延長(zhǎng)電池續(xù)航的場(chǎng)景中具有明顯優(yōu)勢(shì)，此芯片開發(fā)資料較少價(jià)格略高。綜合對(duì)比兩種方案，從開發(fā)便利性、成本和性能平衡等方面綜合考慮。STM32F103C8T6單片機(jī)性價(jià)比較高，能滿足各傳感器及通信模塊的需求，并且功耗低、開發(fā)資源豐富，最終選用STMF103C8T6單片機(jī)作為智能藥盒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主控制模塊。2.2.2壓力傳感器模塊選擇方案一：采用HX711模塊。HX711具備高精度，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)微小重量變化。它的功耗較低、容易連接，支持與STM32F103C8T6等主控芯片通過SPI或I2C通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以穩(wěn)定的讀取壓力傳感器的輸出信號(hào)。它的價(jià)格相對(duì)便宜能夠滿足藥物重量監(jiān)測(cè)的需求，適用于本項(xiàng)目。方案二：采用BMP180或BMP280氣壓傳感器都屬于高精度氣壓傳感器，主要測(cè)量大氣壓力，但它的精度也適用于一些簡(jiǎn)單的重量檢測(cè)。與HX711相比，這些氣壓傳感器的優(yōu)勢(shì)在于體積小、功耗低且使用方便。BMP180和BMP280并不是專門為重量測(cè)量設(shè)計(jì)，所以在準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性上不如HX711模塊。它們對(duì)環(huán)境溫度和濕度的變化較敏感會(huì)影響測(cè)量精度，對(duì)重量檢測(cè)精度要求較高的話BMP系列傳感器不適合本項(xiàng)目。綜合考慮壓力傳感器的精度、穩(wěn)定性和便利性，方案一中的HX711模塊更適合智能藥盒設(shè)計(jì)，能夠提供高精度的重量測(cè)量并且開發(fā)成本較低。2.2.3溫濕度傳感器模塊選擇方案一：選擇DHT11溫濕度傳感器。它的接口簡(jiǎn)單支持單總線輸出并且連接方便，DHT11的精度和響應(yīng)時(shí)間與高端傳感器相比略低，考慮到智能藥盒在應(yīng)用中的需求，DHT11提供的精度可以滿足基本的溫濕度監(jiān)測(cè)要求，它的低成本及高性價(jià)比成為本項(xiàng)目的理想選擇。方案二：選擇DHT22溫濕度傳感器。作為DHT11的增強(qiáng)版DHT22具有較高的精度和較廣的測(cè)量范圍，它可以測(cè)量-40到80℃的溫度和0%至100%的相對(duì)濕度。DHT22的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)價(jià)格也相對(duì)較高，它的接口使用與DHT11相似。綜合考慮溫濕度傳感器的精度需求與成本問題，方案一的DHT11更適合本項(xiàng)目。2.2.4液晶顯示方案選擇方案一：LCD顯示屏。它可顯示兩行文字，每行顯示16個(gè)字符，適用于顯示時(shí)間、藥物信息、溫濕度等信息。能夠并行或串行接口，成本低、功耗適中。方案二：SSD1306OLED顯示屏。此屏幕是128x64點(diǎn)陣式圖形顯示，支持I2C接口。OLED為自發(fā)光，不需要背光，適用于對(duì)顯示效果要求較高的設(shè)計(jì)。相比較于LCD顯示屏，價(jià)格成本較高，字符顯示需要自行編碼處理，操作較為復(fù)雜。對(duì)顯示需求、開發(fā)便利性和成本的綜合考慮，最終選擇LCD顯示屏，它能滿足智能藥盒的基本功能需求，還具有較高的性價(jià)比。2.2.5時(shí)鐘模塊選擇方案一：選用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，能滿足基本的時(shí)間記錄與定時(shí)提醒的功能，具有低功耗、價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，方案二：選擇DS3231實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，它內(nèi)部設(shè)有溫度補(bǔ)償晶振，對(duì)時(shí)間的精度更高，抗干擾能力更強(qiáng)，適合對(duì)時(shí)間準(zhǔn)確性要求較高的應(yīng)用。綜合考慮成本與精度需求，最終選擇DS1302模塊，可以滿足智能藥盒定時(shí)提醒的基本需求，性價(jià)比較高。2.2.6藍(lán)牙模塊選擇方案一：采用HC-05藍(lán)牙模塊，HC-05可以作為主機(jī)也可以作為從機(jī)，通信穩(wěn)定。也適用于與手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，適用性強(qiáng)，成本低。方案二：采用HM-10藍(lán)牙模塊，適合對(duì)續(xù)航要求高的便攜設(shè)備，功耗更低，但價(jià)格略高，兼容性對(duì)設(shè)備也有一定要求。綜合考慮成本、功能與開發(fā)便利性，HC-05模塊更符合智能藥盒的通信需求。2.3系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇STM32F103C8T6單片機(jī)為主控單元并由各個(gè)模塊組合而成，由圖2.1所示。系統(tǒng)通過STM32F103C8T6協(xié)調(diào)各模塊協(xié)同工作，溫度傳感器和壓力傳感器分別用于檢測(cè)藥盒內(nèi)部的環(huán)境以及判斷用戶是否按時(shí)取藥。時(shí)鐘模塊用來設(shè)定時(shí)間起到定時(shí)的作用。顯示模塊用來顯示藥盒內(nèi)環(huán)境狀況、時(shí)間、服藥狀態(tài)。按鍵模塊用來操作指令、進(jìn)行提醒設(shè)置對(duì)藥盒進(jìn)行功能設(shè)置。報(bào)警模塊在用藥時(shí)間到達(dá)時(shí)提醒用藥及環(huán)境異常等。藍(lán)牙模塊可遠(yuǎn)程調(diào)整提醒設(shè)置，并接受異常通知。圖2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1概述本系統(tǒng)的主控單元為STM32F103C8T6單片機(jī)，使用模塊化設(shè)計(jì)，各硬件部分通過不同接口連接，它們分別負(fù)責(zé)處理藥品檢測(cè)數(shù)據(jù)、用戶交互、智能提醒及無線通信控制。主控單元STM32F103C8T6是核心處理器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和邏輯控制及無線通信等功能，通過UART和GPIO等接口與各功能模塊連接。主控單元連接藥品檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)藥物存取狀態(tài)，結(jié)合時(shí)鐘模塊精確管理服藥時(shí)間，并通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)APP交互實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程提醒與數(shù)據(jù)同步。LCD顯示模塊用來展示藥品信息和提醒狀態(tài)，按鍵模塊供用戶進(jìn)行操作，如確認(rèn)提醒或設(shè)置服藥計(jì)劃，報(bào)警模塊在檢測(cè)到服藥時(shí)間或異常情況時(shí)提供多方式提醒。整個(gè)系統(tǒng)由供電電路供電，并結(jié)合低功耗策略確保長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，各模塊在STM32F103C8T6的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下高效合作使藥盒具備智能檢測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控以及高效提醒功能，提高用戶的服藥依從性。3.2主控模塊STM32F103C8T6廣泛應(yīng)用于低功耗智能設(shè)備。它具備高性能，主頻72MHz，比傳統(tǒng)8位或16位MCU處理能力更強(qiáng)。支持睡眠、停止、待機(jī)模式，適用于電池供電設(shè)備的低耗能特點(diǎn)。STM32強(qiáng)大的硬件資源，實(shí)現(xiàn)了智能藥盒復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)，也為未來的功能擴(kuò)展提供了支撐。如圖3.1所示。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3溫濕度檢測(cè)模塊 如圖3.2所示，DHT11作為一種數(shù)字式溫濕度傳感器通過一條總線完成與STM32的通信。它主要由一個(gè)濕敏電容器和一個(gè)NTC熱敏電阻及一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路組成，該裝置內(nèi)置了電容式濕度傳感器與NTC溫度傳感器，二者借助精密的數(shù)字信號(hào)獲取技術(shù)來確保實(shí)現(xiàn)高水平的穩(wěn)定性和可靠性。在濕度測(cè)量方面DHT11采用了濕敏電容器，它的電容隨空氣濕度變化，內(nèi)置的轉(zhuǎn)換電路能將這種電容變化有效地轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)被送至STM32微控制器進(jìn)行處理來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的濕度測(cè)量。溫度測(cè)量通過NTC熱敏電阻實(shí)現(xiàn)，其電阻隨溫度變化，通過采集這些電阻變化計(jì)算出溫度值并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。DHT11傳感器的連接相對(duì)簡(jiǎn)單，微控制器的IO端口與傳感器的引腳2相連用于發(fā)收串行數(shù)據(jù)，測(cè)量范圍在20米以內(nèi)的需在傳感器引腳2處和電源之間添加一個(gè)5k至10k的上拉電阻，還需在傳感器的引腳1和引腳2之間接一個(gè)4.7至10k的電阻，傳感器的第三腳懸浮放置。圖3.2溫濕度檢測(cè)模塊3.4壓力傳感器模塊傳感器接觸的物體所產(chǎn)生的壓力使用HX711模塊來完成。它通過特定的線性比將壓力變換成重量值傳輸?shù)轿⒖刂破?，顯示在液晶屏上。在重量檢測(cè)部分，選用了CZL-A型電阻應(yīng)變重量傳感器，它的容量為10千克。傳感器檢測(cè)到重量時(shí)將檢測(cè)到的信號(hào)變換成電壓信號(hào)輸出，在本研究的構(gòu)架中，采用HX711轉(zhuǎn)換模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)采集及編程任務(wù)，初始的重量信號(hào)強(qiáng)度較弱需先放大。該模塊配備了一枚24位的A/D轉(zhuǎn)換器，能有效地將接收到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。此數(shù)字信號(hào)被傳輸至微控制器，實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)據(jù)采集目的，外部電阻應(yīng)變傳感器的編號(hào)為U34。圖3.3壓力傳感器模塊3.5顯示模塊SMC1602A字符型LCD通常配置14引腳或16引腳接口，多的2條引腳為背光供電端VCC(15腳)和接地端GND(16腳)，它的核心控制機(jī)制和14引腳的LCD保持一致，如圖3.4所示。SMC1602A液晶模塊內(nèi)部的字符存儲(chǔ)器(CGROM)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，包括英文字母大小寫、阿拉伯?dāng)?shù)字、日文假名、和常用符號(hào)等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，字與字母同ASCII碼兼容。比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。圖3.4LCD顯示模塊3.6報(bào)警模塊3.6.1蜂鳴器模塊報(bào)警電路選用蜂鳴器報(bào)警電路，蜂鳴器和喇叭等家用電子產(chǎn)品常用的應(yīng)用有相同之處，工作電流往往處于較高水平。這超出了標(biāo)準(zhǔn)TTL的驅(qū)動(dòng)能力，TTL電路的單個(gè)輸出引腳不能提供蜂鳴器需求的電流無法直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生預(yù)期的聲音。需要使用電流放大器電路來增強(qiáng)流經(jīng)蜂鳴器的電流。

5V電源連接蜂鳴器的正極，負(fù)極與晶體管的集電極相連。晶體管的基極經(jīng)由一個(gè)與門電路與微控制器的引腳相接，此引腳的輸出狀態(tài)決定了晶體管的導(dǎo)通與否，當(dāng)微控制器輸出為低電平時(shí)晶體管開通電流流經(jīng)蜂鳴器，從而產(chǎn)生聲響，微控制器輸出高電平則晶體管維持截止?fàn)顟B(tài)，蜂鳴器無聲。這種配置可確保使用微控制器有效控制蜂鳴器，同時(shí)克服TTL電路電流容量的限制。如圖3.5所示。圖3.5蜂鳴器模塊3.6.2按鍵模塊如圖3.6所示，按鍵模塊主要用于用戶交互，例如確認(rèn)服藥、調(diào)整時(shí)間、切換菜單等。3個(gè)獨(dú)立按鍵使用GPIO讀取按鍵狀態(tài)。按鍵采用下拉或上拉輸入模式，STM32可以識(shí)別電平的變化和按下的按鍵，它的初始狀態(tài)是GPIO為高電平(上拉)或低電平(下拉)GPIO通過上拉電阻維持高電平。電平發(fā)生變化時(shí)按鍵被按下GPIO變?yōu)榈碗娖?GND)，STM32輪詢或中斷方式讀取按鍵狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)操作。每個(gè)按鍵一端接STM32GPIO另一端接GND，GPIO端口有一個(gè)上拉電阻(10kΩ)，按鍵按下時(shí)GPIO接地變?yōu)榈碗娖?，為按下時(shí)為高電平，STM32檢測(cè)電平變化。圖3.6按鍵模塊3.7無線藍(lán)牙模塊在智能藥盒中，藍(lán)牙模塊(HC-05)主要用于無線通信，可以連接手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看藥盒狀態(tài)、設(shè)置服藥提醒、接收?qǐng)?bào)警信息HC-05的供電方式：HC-05工作電壓為3.3V-6V，RX引腳只能接受3.3V的信號(hào)，不能直接接5V。STM32運(yùn)行在3.3V可直接連接。如果STM32運(yùn)行在5V需用電平轉(zhuǎn)換器降壓至3.3V。串口連接為HC-05TX連接STM32RX(直接連接)，HC-05RX連接STM32TX，如圖3.7所示。圖3.7藍(lán)牙模塊第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1總程序設(shè)計(jì)接通電源后，STM32和各個(gè)模塊都進(jìn)入初始化，包括LCD顯示屏、HX711傳感器、溫濕度傳感器、藍(lán)牙模塊等。溫濕度數(shù)據(jù)采集讀取溫濕度傳感器數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到變量中，數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍則進(jìn)行提醒。藥量檢測(cè)通過HX711獲取當(dāng)前藥盒重量，并計(jì)算藥量剩余情況。藥量低于設(shè)定閾值LCD顯示提醒，藍(lán)牙發(fā)送警告信息。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定服藥時(shí)間時(shí)蜂鳴器報(bào)警提醒用戶服藥，在LCD屏幕上進(jìn)行提示通過藍(lán)牙模塊發(fā)送提醒信息到手機(jī)。若用戶在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)未取藥將發(fā)送提醒，用戶可手動(dòng)復(fù)位或結(jié)束系統(tǒng)，或在藥量耗盡時(shí)提示補(bǔ)充，用戶可以通過手機(jī)APP查詢藥盒狀態(tài)調(diào)整設(shè)定來確保智能化管理?？偝绦蛟O(shè)計(jì)流程圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)整體程序設(shè)計(jì)流程圖4.2顯示屏程序設(shè)計(jì)STM32系統(tǒng)的LCD顯示屏程序主要用于實(shí)時(shí)顯示藥盒的狀態(tài)及信息。程序運(yùn)作過程如下：STM32通電后進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括I2C通信和LCD屏幕初始化。I2C初始化保證STM32能與LCD屏幕通信，LCD初始化用于清屏并準(zhǔn)備好顯示內(nèi)容，在主循環(huán)中讀取藥盒狀態(tài)，系統(tǒng)不斷檢查藥盒的狀態(tài)，通過GPIO讀取按鍵輸入和藍(lán)牙命令進(jìn)行檢測(cè)。每次更新顯示時(shí)先清除屏幕避免畫面殘留，然后再寫入新數(shù)據(jù)，等待用戶輸入進(jìn)入循環(huán)后，系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)用按鍵或藍(lán)牙指令。如果用戶按下復(fù)位鍵或通過藍(lán)牙發(fā)送解鎖指令，系統(tǒng)會(huì)改變藥盒狀態(tài)，然后重新更新LCD屏幕，顯示最新的信息。重復(fù)循環(huán)執(zhí)行以上過程不斷循環(huán)執(zhí)行，確保LCD顯示的內(nèi)容始終與藥盒保持一致。顯示屏程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4.2所示。圖4.2顯示屏程序設(shè)計(jì)流程圖4.3DHT11程序設(shè)計(jì)單片機(jī)先發(fā)出應(yīng)答脈沖釋放總線在DHT11溫濕度傳感器的初始化與數(shù)據(jù)讀取過程中，單總線架構(gòu)借助單一的數(shù)據(jù)線路執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸與控制操作。為確?？偩€在空閑時(shí)不被占用，微處理器需利用漏極開路或三態(tài)端口與數(shù)據(jù)線相連，從而允許其他設(shè)備共享總線資源，單總線系統(tǒng)通常配備約5.1k的上拉電阻，以在無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)維持高電平狀態(tài)。該系統(tǒng)采用主從架構(gòu)，僅當(dāng)主機(jī)發(fā)起請(qǐng)求時(shí)傳感器才會(huì)響應(yīng)，主機(jī)對(duì)傳感器的訪問需嚴(yán)格遵循特定的單總線協(xié)議，任何序列錯(cuò)誤都將導(dǎo)致傳感器不予回應(yīng)。在傳感器響應(yīng)后，單片機(jī)將向其發(fā)送相應(yīng)指令，執(zhí)行掃描與轉(zhuǎn)換任務(wù)以獲取溫濕度數(shù)據(jù)，如圖4.3所示。圖4.3DHT11程序設(shè)計(jì)流程圖4.4HX711程序設(shè)計(jì)在A/D數(shù)據(jù)采集子程序的關(guān)鍵任務(wù)中，涉及對(duì)壓電傳感器微弱輸出信號(hào)的捕獲，這一過程通過24個(gè)連續(xù)的ADSK脈沖來實(shí)現(xiàn)，這些脈沖初始用于生成24位的串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)，緊接著1-3個(gè)額外的ADSK脈沖被利用，旨在設(shè)定后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換的通道選擇及增益設(shè)定。值得一提的是，在本設(shè)計(jì)中，單個(gè)ADSK脈沖被專門配置以激活具有128倍增益的通道A。整個(gè)過程從HX711模塊的初始化開始，然后是數(shù)據(jù)讀取和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后發(fā)送脈沖信號(hào)，最后輸出完整的數(shù)據(jù)。其流程圖如4.4所示。圖4.4HX711程序設(shè)計(jì)流程圖4.5按鍵程序設(shè)計(jì)圖4.5按鍵程序設(shè)計(jì)流程圖圖4.5為按鍵操作步驟。該智能藥盒裝備有三個(gè)功能鍵，分別用于設(shè)置和增減及調(diào)整操作，其中按鍵子程序會(huì)逐一檢測(cè)它們的狀態(tài)，一旦設(shè)置鍵被觸發(fā)，調(diào)整功能隨之啟動(dòng)。按鍵1切換LCD顯示內(nèi)容，如藥量信息、時(shí)間、溫濕度等。按鍵2手動(dòng)確認(rèn)已服藥，并重置服藥提醒，更新藥量記錄。按鍵3進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置模式，允許用戶調(diào)整時(shí)間、報(bào)警、藍(lán)牙連接等參數(shù)。系統(tǒng)初始化STM32初始化GPIO端口，將按鍵設(shè)置為輸入模式，開啟上拉電阻，LCD顯示屏初始化，確保可以正確顯示當(dāng)前模式、服藥記錄、報(bào)警狀態(tài)等。在主循環(huán)的持續(xù)監(jiān)控下，系統(tǒng)不斷對(duì)按鍵狀態(tài)進(jìn)行采樣，探測(cè)用戶是否觸發(fā)按鍵事件，一旦檢測(cè)到按鍵被按下將進(jìn)行延時(shí)消抖(一般20ms)，確保是有效按鍵。按鍵事件處理完成后，系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)聽按鍵輸入，等待用戶的下一個(gè)操作。4.6報(bào)警程序設(shè)計(jì)報(bào)警程序設(shè)計(jì)流程如圖4.6所示。智能藥盒的報(bào)警系統(tǒng)基于指示燈閃爍來提醒用戶按時(shí)服藥。設(shè)定的服藥時(shí)間到達(dá)后，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，用戶按下按鍵2后停止報(bào)警，并記錄服藥狀態(tài)。用戶未按下按鍵2，蜂鳴器會(huì)持續(xù)報(bào)警，直到用戶確認(rèn)服藥，系統(tǒng)初始化配置GPIO端口，將蜂鳴器設(shè)置為輸出模式。初始化定時(shí)器，定時(shí)檢查服藥時(shí)間是否到達(dá)，每隔1秒讀取當(dāng)前時(shí)間，與設(shè)定的服藥時(shí)間進(jìn)行比較，如果當(dāng)前時(shí)間與服藥時(shí)間匹配，觸發(fā)報(bào)警，等待用戶確認(rèn)，按下按鍵2，則停止報(bào)警，更新服藥記錄，并重置提醒，恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)關(guān)閉警報(bào)，等待下一個(gè)服藥時(shí)間。圖4.6報(bào)警程序設(shè)計(jì)流程圖4.7無線藍(lán)牙程序設(shè)計(jì)無線藍(lán)牙HC-05作為核心通信模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互與控制。系統(tǒng)啟動(dòng)后，STM32先初始化USART串口并配置HC-05進(jìn)入待機(jī)模式等待與手機(jī)App連接。連接建立后，STM32發(fā)送信號(hào)表示藍(lán)牙已就緒并開始定期傳輸藥量、溫濕度、下次服藥時(shí)間等數(shù)據(jù)。藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸主要依靠串行端口。在初始化過程中，串行端口的波特率被配置為9600，串行端口啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸并等待過程完成。此時(shí)藍(lán)牙模塊還會(huì)監(jiān)聽手機(jī)端指令，例如同步系統(tǒng)時(shí)間、修改服藥提醒、查詢藥盒狀態(tài)等，STM32分析指令后執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)服藥時(shí)間到達(dá)，藍(lán)牙會(huì)向手機(jī)發(fā)送服藥提醒，用戶可在手機(jī)端確認(rèn)服藥，STM32接收到確認(rèn)信號(hào)后，停止提醒并記錄服藥情況。用戶還能通過藍(lán)牙遠(yuǎn)程修改藥盒設(shè)定，如調(diào)整提醒時(shí)間、藥量閾值，藍(lán)牙接收指令后STM32立即執(zhí)行并存儲(chǔ)設(shè)置。若藍(lán)牙連接斷開，系統(tǒng)將進(jìn)入低功耗模式，等待新的連接請(qǐng)求。無線藍(lán)牙程序設(shè)計(jì)流程如圖4.7所示。圖4.7無線藍(lán)牙程序設(shè)計(jì)流程圖第5章系統(tǒng)的組裝與調(diào)試5.1各模塊組裝與顯示將STM32F103C8T6芯片和其他各模塊根據(jù)原理圖進(jìn)行焊接。先焊接STM32四個(gè)角固定點(diǎn)，再焊接其他引腳，接著焊接外設(shè)和連接線，LCD屏幕、時(shí)鐘模塊、DHT11、HC-05通過杜邦線連接HX711與稱臺(tái)固定。按鍵的引腳連接GPIO引腳和上拉電阻，LCD指示燈連接GPIO串聯(lián)限流電阻。最后焊接電源部分鋰電池和充電電路，在焊接作業(yè)結(jié)束后對(duì)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格保障，需細(xì)致排查可能出現(xiàn)的短路、虛焊以及接線錯(cuò)誤情況并運(yùn)用萬用表進(jìn)行全面的電路導(dǎo)通檢測(cè)，以驗(yàn)證其功能可靠性，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修復(fù)。用剪線鉗修剪多余引腳，熱熔膠固定連接線，確保線路穩(wěn)定并防止短路完成整個(gè)焊接過程。系統(tǒng)整體顯示如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)整體顯示5.1.1LCD顯示模塊顯示效果系統(tǒng)初始化后，LCD顯示模塊顯示關(guān)鍵信息，藥物的重量、根據(jù)藥盒環(huán)境實(shí)時(shí)顯示溫濕度變化、顯示當(dāng)前時(shí)間信息、服藥時(shí)間到時(shí)顯示提醒信息、系統(tǒng)的工作狀態(tài)等。LCD模塊通常具有高對(duì)比度和較好的可視角度，能夠清晰地顯示信息，如圖5.2所示。圖5.2液晶顯示屏顯示效果5.1.2壓力傳感器模塊顯示效果系統(tǒng)初始化后，HX711壓力傳感器的負(fù)載傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藥盒的藥物重量，如圖5.3所示。當(dāng)用戶取藥時(shí)，HX711檢測(cè)到重量變化并將數(shù)據(jù)傳輸給STM32，然后根據(jù)變化更新藥物重量信息并顯示在LCD顯示屏上。如負(fù)載傳感器未檢測(cè)到重量，系統(tǒng)將通過蜂鳴器或藍(lán)牙進(jìn)行警報(bào)。圖5.3壓力傳感器顯示效果5.1.3按鍵1模塊顯示效果按鍵1設(shè)置鍵。長(zhǎng)按進(jìn)入設(shè)置模式，退出設(shè)置再次長(zhǎng)按。設(shè)置內(nèi)容包括調(diào)整時(shí)間和提醒時(shí)間及藍(lán)牙等參數(shù)，如圖5.4所示。圖5.4按鍵1顯示效果5.1.4按鍵2模塊顯示效果按鍵2增加鍵。在設(shè)置模式中用來增加當(dāng)前設(shè)置項(xiàng)的數(shù)值，如調(diào)整小時(shí)、分鐘、提醒次數(shù)等。按下按鍵2后，屏幕上相應(yīng)數(shù)值增加，如圖5.5所示。圖5.5按鍵2顯示效果5.1.5按鍵3模塊顯示效果按鍵3減少鍵。用于減少當(dāng)前設(shè)置項(xiàng)的數(shù)值。按下按鍵3后，屏幕上相應(yīng)數(shù)值減少，如圖5.6所示。圖5.6按鍵3顯示效果5.1.6報(bào)警模塊顯示效果圖5.7報(bào)警效果顯示在STM32智能藥盒系統(tǒng)中，用藥時(shí)間到達(dá)，但用戶未按下確認(rèn)按鈕，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)來提醒用藥，若用戶長(zhǎng)時(shí)間未確認(rèn)服藥，蜂鳴器持續(xù)響鈴增強(qiáng)提醒，如圖5.7所示。如藥量不足、溫濕度超出安全范圍，蜂鳴器也會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒用戶處理。蜂鳴器的工作方式由STM32通過GPIO控制高低電平和PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，在用戶按下確認(rèn)按鈕后停止響鈴，屏幕更新狀態(tài)，并重置下一次提醒時(shí)間。5.1.7溫濕度顯示模塊當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，DHT11將被STM32主控制系統(tǒng)初始化，開始周期性的采集當(dāng)前環(huán)境下的溫度和濕度數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后被實(shí)時(shí)顯示在LCD顯示屏上。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)溫濕度值進(jìn)行判斷，如果數(shù)據(jù)超過設(shè)定的安全范圍，則會(huì)觸發(fā)警報(bào)，如圖5.8所示。圖5.8溫濕度顯示模塊5.1.8無線藍(lán)牙模塊顯示效果圖5.9無線藍(lán)牙界面系統(tǒng)啟動(dòng)后，HC-05進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待藍(lán)牙主設(shè)備搜索并配對(duì)。配對(duì)成功后HC-05進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，與手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通信。藍(lán)牙模塊待機(jī)狀態(tài)是HC-05的LED指示燈快閃，等待設(shè)備連接。藍(lán)牙成功配對(duì)后LED指示燈常亮，表明已與手機(jī)建立連接，準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)藍(lán)牙接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，LED指示燈持續(xù)保持亮起狀態(tài)。用戶可以通過手機(jī)APP發(fā)送確認(rèn)服藥的指令，STM32收到后停止指示燈閃爍和報(bào)警。還可以在手機(jī)端修改服藥時(shí)間、提醒方式等，藍(lán)牙模塊接收命令并傳輸給STM32進(jìn)行設(shè)置更新，如圖5.9所示。5.2系統(tǒng)功能調(diào)試STM32F103C8T6智能藥盒系統(tǒng)的功能調(diào)試主要包括硬件測(cè)試和軟件調(diào)試及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)三個(gè)方面。先對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試確保數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確無誤，校準(zhǔn)ADC讀取值，然后調(diào)試LCD顯示屏確保藥量、時(shí)間和溫濕度等信息能正確顯示，并能通過按鍵切換界面。接著測(cè)試時(shí)鐘功能，檢查時(shí)間同步和定時(shí)提醒的準(zhǔn)確性，藍(lán)牙模塊驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性確保手機(jī)APP能正確接收藥盒狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并能遠(yuǎn)程修改提醒時(shí)間、同步時(shí)鐘和確認(rèn)服藥。最后整合所有模塊進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試模擬實(shí)際使用場(chǎng)景，檢查定時(shí)提醒和LED指示燈報(bào)警等功能是否正常觸發(fā)確保藥盒能穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)論本智能藥盒系統(tǒng)選擇STM32F103C8T6作為主控單元，結(jié)合LCD顯示屏、DHT11溫濕度傳感器和HX711壓力傳感器以及HC-05藍(lán)牙模塊和DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)了智能化的藥物管理與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，HX711傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藥盒內(nèi)藥物的剩余量，DHT11傳感器用于檢測(cè)藥盒內(nèi)部溫濕度確保藥物存儲(chǔ)在合適的環(huán)境中，DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊提供精準(zhǔn)的時(shí)間管理，支持掉電保持功能使藥盒能夠定時(shí)提醒用戶按時(shí)服藥，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的服藥時(shí)間時(shí)，藥盒通過LCD顯示信息進(jìn)行提醒LED指示燈閃爍，確保用戶不錯(cuò)過服藥時(shí)間。用戶通過按鍵手動(dòng)確認(rèn)服藥，也可利用HC-05藍(lán)牙模塊通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程確認(rèn)，藍(lán)牙模塊還支持遠(yuǎn)程同步時(shí)間、查詢藥量和修改服藥提醒等功能，提高了使用便捷性。本系統(tǒng)還待進(jìn)一步優(yōu)化提升功能性和用戶體驗(yàn)?？梢胪獠看鎯?chǔ)記錄服藥歷史或結(jié)合WiFi模塊實(shí)現(xiàn)云端數(shù)據(jù)同步，這樣方便家人和醫(yī)生遠(yuǎn)程查看，還可優(yōu)化功耗管理，如采用低功耗MCU和增加休眠模式或支持太陽能充電提高設(shè)備續(xù)航能力。也可升級(jí)傳感器用來提高數(shù)據(jù)精度，增加語音提醒和語音識(shí)別及觸摸屏交互，通過這些優(yōu)化智能藥盒會(huì)更智能化和便捷化為用戶提供更高效的用藥管理體驗(yàn)。參考文獻(xiàn)李明,王偉.老年人用藥管理現(xiàn)狀及對(duì)策研究[J].中國(guó)藥學(xué)雜志,2022,57(4):256-261.劉明碩,何丹丹,李帥.基于STM32的老年群體居家智能藥盒系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2023,31(21):161-165.王雪麗.“空巢”老人健康問題的研究現(xiàn)狀