0 引言

随着医疗条件的改善，我国老年人口数量和比例的不断增加，导致我国人口趋向老龄化的问题日益突出。许多老年人往往伴随着一些慢性病，因此需要长期服药来改善身体状况，但随着老年人记忆力的下降，常常会出现忘记服药的情况。不仅仅是老年人，当今许多年轻人也因为工作和生活压力的增加，头绪繁多，生病后也会出现同等的情况，从而导致用药时间不准确，药物也未能发挥最佳的效果，所以准时准点吃药几乎是人们面对一个社会难题[1-3]。针对此类问题，可以设计一款智能药盒，既具有与家中储药箱相同的储物功能，也有日常闹钟提醒功能。

1 总体方案设计

智能药盒设计采用STM32F103ZET6 单片机作为系统主控芯片，由液晶模块、按键输入模块、检测模块、时钟模块、响应模块、GSM 模块等部分组成。系统总体框架如图1 所示。系统的液晶模块配合按键输入模块和时钟模块进行时钟的显示、闹钟时间的设定、接收短信手机号码编辑，还有多个页面的切换等；时钟模块包括了时钟的显示还有闹钟的设定；检测模块和响应模块用于定时提醒时，闹钟的响应以及取药动作的检测，当检测模块判断到取药动作时，闹钟响应也会实时关闭；GSM 模块的功能也是用于提醒，区别于响应模块触发时间不同，在闹钟提醒长达一分钟后，会向系统配置完成的手机号码发送一条信息，用于二次提醒用户进行服药[4-6]。

图1 系统框图

将硬件设计后的主电路板内置于盒子内部，用于用户操作或显示信息的按键、液晶屏与LED 灯置于药盒表面。用户可以很方便的操控药盒，并从LED灯与液晶屏获取信息。红外对管模块垂直于底部并安装在药盒盖子上，跟随药盒的盖子运动而运动，当盖下与打开能够明显的分辨两种信号，并设计6 个取药格子，供用户取药放药。

1.1 液晶模块

液晶模块选用LCD1602A 模块，特点是操作简单、与单片机以并行的方式传输数据，传输速度快，带有背光效果用于辅助显示。单片机可以通过传送不同的数据来让液晶显示数字、符号、英文，大部分的数据指令与C 语言的ASCII 码值相同，大大方便了软件部分的程序编写。模块的RS 引脚用于区分写入指令还是数据。E 引脚为使能脚，当E 脚从高电平到低电平，液晶模块执行命令。RW 引脚判断读操作还是写操作。该模块还带有V0 引脚，用于调节液晶显示时的对比度。LCD1602A 在系统中用于显示不同界面，包括主界面、闹钟设置界面、号码配置界面、以及闹钟响应时的动画显示等[7]。主界面显示当前日历以及时间信息，最小显示到分钟信息；闹钟设置界面可以设置闹钟的开关和设定闹钟；号码配置界面用于配置闹钟响应超时后接收短信的手机号码。液晶模块接线原理图如图2 所示。

图2 液晶模块电路

1.2 按键输入模块

该模块一共使用三个轻触按键构成。硬件上按键一端接地，另一端接单片机的GPIO 口。在程序上打开与按键连接的单片机GPIO 口的上拉输入模式，保持相对于按键按下后输入为低电平的一种对立状态[8]。在设计中，三个按键通过程序控制在各个界面模式下有不同的功能，按键与单片机的连接如图3所示。功能分配如下：

图3 按键输入模块电路

（1）在液晶主界面下按键1 可进入闹钟调节页面，按键2 无效，按键3 可进入号码调节界面。

（2）在闹钟调节页面下按键1 可在选中数据字符与不选中之间进行切换，长按此键1.5s 可以保存数据并退出。按键2 和按键3 可以进行数据字符的选择，不再更改数据的状态下可以左右移选择需要调节的字符，若在更改状态下则可以进行数据的加减。

（3）在号码配置界面各个按键与闹钟调节界面的功能相同。

1.3 检测模块

模块的红外反射距离可以通过调节其上面的电位器调节。通过红外模块上的主控，判断是否接收到红外信号来输出一个电平，反馈该电平给本次实验的微控制器，此时，传感器上的指示灯也会点亮[9]。利用此特性，可以用作检测药盒的开关动作，合上与打开两个动作会触发红外传感器的两个状态。当闹钟提醒时检测模块会被使能，开始检测，检测到药盒打开时，系统会关闭闹钟响应，同时防止1 min 后的GSM 模块的触发。其原理图以及接线如图4 所示。

图4 检测模块电路

1.4 时钟模块

配置后的RTC 实时时钟的32 位可编程计数器将按分频后的频率进行累加，由于系统实现的是日常的时间功能，所以分频后的时钟周期为1 s。当RTC 的32 位可编程计数器与RTC_ALR 寄存器的值比较后相等时，闹钟将产生中断。

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