智能家用藥箱的研究

1、智能家用藥箱的研究摘要：現(xiàn)在絕大多數(shù)家庭都擁有小藥箱，而藥箱基本只是儲藏藥品而已，缺少對儲藏環(huán)境的監(jiān)測和必要的提醒。況且，有可能使用不當，對有孩子的家庭來說是個隱患。本課題研究了一種智能的家用藥箱，可以實現(xiàn)自動關門、定時提醒和對儲藏環(huán)境的監(jiān)測等。關鍵詞 : 智能藥箱；自動關門；定時提醒；環(huán)境監(jiān)測一、項目進展階段1 學習階段?利用單片機開發(fā)板學習了51和AVR單片機的C語言編程；? 學習了使用ALTIUM DESIGNERS制電路板；? 學習 Solidworks 三維實體建模及動畫制作；? 學習使用會聲會影進行視頻的處理；2 方案設計階段2.1 確定了傳感器的選型：? 選擇 DHT11 模塊進

2、行溫濕度采集? 選擇距離感應模塊來感應箱門的打開和關閉；2.2 確定了自動關門動作的實現(xiàn)：由單片機控制舵機旋轉一定的角度，并由舵機帶動連桿機構，從而帶動箱門的關閉。2.3 確定了顯示和提醒的方案：? 采用 LCD12864 進行時間、溫濕度和提醒信息的顯示? 采用蜂鳴器作為報警提示；3 硬件電路設計階段繪制出藥箱電路的原理圖；繪制出紐扣電池、蜂鳴器、按鍵等電子元件的封裝；根據(jù)已有的封裝和自己繪制的封裝生成PCB板，并進行電子元器件的合理布局;加工PCB，購置電子元器件，將對應的電子元器件焊接到PCB板上；4 軟件編程設計和調試階段根據(jù)預期的設想，寫出主程序和各中斷程序；將程序下載到單片機中，進

3、行調試，對不滿意的地方進行討論和反復修改；5 三維建模階段利用Solidworks畫出藥箱和液晶屏、電池等電子元件的三維模型，并裝配 做出整個裝配體的爆炸視圖和關門動作的動畫二、項目研究內容系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由單片機、時鐘模塊、蜂鳴器、液晶顯示模塊、溫濕度模塊、距離感應模塊、舵機模塊 和按鍵構成。時鐘模塊舵機單片機按鍵L溫濕度模塊距離感應模塊1 單片機本課題選用的單片機是 Atmega16,是由ATMEL公司生產的基于增強的 AVR RISC吉構的8位 CMOS微控制器。其具有16K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程 Flash（具有同時讀寫的能力， 即RWW）,512字 節(jié)EEPROM 1K字節(jié)SRAM, 3

4、2個通用I/O 口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器（T/C）片內/外中斷，可編程串行USART， 有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益（TQFP 封裝 ） 的 ADC ，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器， 一個 SPI 串行端口， 以及六個可 以通過軟件進行選擇的省電模式。相比普通的STC系列的51單片機，選擇其作為本課題的主控制器主要原因有：? 先進的RISEf令結構，處理速度更快；? 具有44TQFP封裝，使得設計出的電路板的體積更??；? 具有SPI串行接口，可以方

5、便的與系統(tǒng)的時鐘模塊DS1302通訊2 液晶顯示模塊顯示模塊采用的是為帶中文字庫的LCD12864， 其是一種具有4 位/8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨 率為128X64,內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集?？梢燥@示8X4行 16X16點 陣的漢字。也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比， 不管硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得 多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。在正常情況下，液晶屏分四行顯示

6、，第一行和第二行分別顯示當前日期和時間；第三行和第四行分別顯示溫度和濕度。而當?shù)竭_提醒時間后，液晶屏就會顯示相應的提示信息。當用戶看見 信息后，可以按下按鍵退出顯示提醒信息，使液晶屏重新顯示時間和溫濕度。3 時鐘模塊時鐘模塊采用 DS1302模塊，DS1302是美國DALLA鈴司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能采用 三線SPI接口與CPU進行同步通信，本課題選用的單片機正好帶有SPI接口，于是就能很方便地與DS1302進行通信。DS1302內部有一個31 X 8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器，可由單片機進行讀

7、寫操作。并且其具有主電源/ 后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。這樣，當主電源供電電路切斷以后，其時間還可以在后備電源的供電下繼續(xù)向前走，且運行在極 低功耗下，經過很長一段時間掉電以后，當恢復供電后，時間不用重新設置。4 溫濕度模塊溫濕度模塊采用 DHT11 模塊， DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8 位單片機相連接。其具有超小的體積、極低的功耗，且為 4 針單排引腳封裝

8、，連接方便。5 距離感應模塊距離感應模塊主要用來感應箱門的打開，其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一 定頻率的紅外線，當箱門關閉時，紅外線反射回來被接收管接收，經過處理之后，就能輸出輸出低電平信號。一旦箱門打開距離感應器感應到，就能輸出一個高電平信號，從而單片機得到信號 后，經過一定時間的延時，即可控制舵機完成關門。6 舵機模塊舵機是一種位置角度伺服的驅動器，可以由單片機控制其運轉到特定角度。其廣泛應用于飛機模型，潛艇模型遙控機器人中。藥箱的關門動作就是由舵機來實現(xiàn)的，由舵機帶動連桿機構從而實現(xiàn)箱門關閉。當單片機給舵機一定時間的 PWM 信號后，舵機運動到相應位置并保持一段時間，完成箱

9、門關閉。三、項目成果7 實現(xiàn)了對藥品貯藏環(huán)境的實時監(jiān)測和顯示8 定時吃藥提醒預先設定定時提醒時間，那么當每天到達時間后，就會由液晶屏顯示提醒信息，且蜂鳴器報警進行提示。9 藥品清理時間提醒當時間到達藥品清理時間后，會在當天的早上 9 點顯示提醒信息并報警。首先先設定當前時間為 8 點 59 分，這樣方便于演示，因為它會在 9 點鐘提醒。然后我們再藥品清理時間設定為今天的日期，那么當時間到達9 點時，就會顯示提醒信息并報警。10 自動關門當箱門打開后，經過一定的時間后，自動關閉的功能。就那么起初箱門是關閉的，距離感應器能感受箱門的存在， 那么當箱門慢慢打開， 距離感應器已經感應到箱門打開， 經過

10、一定時間后， 舵機就會動作，此時就完成了把箱門的自動關上。四、項目中的不足1 電池充電比較麻煩電源模塊本來采用的兩節(jié)干電池，結果由于電量不足，維持時間較短，且經常會帶不動舵機的運轉。后來就采用了可充電的鋰電池，電量充足，但并沒有設計一個低電壓的報警和提示，給用戶充電帶來了麻煩。2 報警提示不人性化報警提示采用的是蜂鳴器，確實聲音比較大，效果較好。但這對于人來說是一鐘噪聲，可能 有一些老人無法忍受，如果可以采用語音等類似的模塊的話，會根據(jù)不同的提醒信息播報相應的 內容，這樣，提醒效果會更好。3 舵機的選擇不當當初選用舵機的時候只想到廉價一點的，但沒考慮到箱門的扭矩和關門的速度，所以就買了 個簡單

11、的舵機模擬一下。但根據(jù)買來的舵機來看，其扭矩較小，且速度較快，不太適合于箱門的 關閉。如果能考慮到這些因素，購置一個合適的舵機，那么，所出的結果和真實的情況要更接近 一些。五、總結和收獲在這次做項目中，我們真的受益匪淺。創(chuàng)新實驗，并不是大學物理實驗，老師一步步教我們 去做，而是做一個我們從未接觸過的東西。我們學習知識，獨立思考，積極創(chuàng)新，使自己的作品 更加完美。而創(chuàng)新意識的鍛煉對我們來說又是彌足珍貴的，創(chuàng)新，并不是隨意猜測，更不能偏離 主題。他是一種理論練習實際的有目的的假設，我們做這樣一個假設，之后通過自己的實驗去驗 證。創(chuàng)新不僅僅是創(chuàng)造新的事物，更是從新的角度來思考問題，找到各個事物表象背后所昭示的