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(chǔ)藏藥品而已，缺少對(duì)儲(chǔ)藏環(huán)境的監(jiān)測(cè)和必要的提醒。況且，有可能使用不當(dāng)，對(duì)有孩子的家庭來(lái)說(shuō)是個(gè)隱患。本課題研究了一種智能的家用藥箱，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)門、定時(shí)提醒和對(duì)儲(chǔ)藏環(huán)境的監(jiān)測(cè)等。關(guān)鍵詞 : 智能藥箱；自動(dòng)關(guān)門；定時(shí)提醒；環(huán)境監(jiān)測(cè)一、項(xiàng)目進(jìn)展階段1 學(xué)習(xí)階段?利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)板學(xué)習(xí)了51和AVR單片機(jī)的C語(yǔ)言編程；? 學(xué)習(xí)了使用ALTIUM DESIGNERS制電路板；? 學(xué)習(xí) Solidworks 三維實(shí)體建模及動(dòng)畫制作；? 學(xué)習(xí)使用會(huì)聲會(huì)影進(jìn)行視頻的處理；2 方案設(shè)計(jì)階段2.1 確定了傳感器的選型：? 選擇 DHT11 模塊進(jìn)

2、行溫濕度采集? 選擇距離感應(yīng)模塊來(lái)感應(yīng)箱門的打開(kāi)和關(guān)閉；2.2 確定了自動(dòng)關(guān)門動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)：由單片機(jī)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一定的角度，并由舵機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)箱門的關(guān)閉。2.3 確定了顯示和提醒的方案：? 采用 LCD12864 進(jìn)行時(shí)間、溫濕度和提醒信息的顯示? 采用蜂鳴器作為報(bào)警提示；3 硬件電路設(shè)計(jì)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(jìn)行電子元器件的合理布局;加工PCB，購(gòu)置電子元器件，將對(duì)應(yīng)的電子元器件焊接到PCB板上；4 軟件編程設(shè)計(jì)和調(diào)試階段根據(jù)預(yù)期的設(shè)想，寫出主程序和各中斷程序；將程序下載到單片機(jī)中，進(jìn)

3、行調(diào)試，對(duì)不滿意的地方進(jìn)行討論和反復(fù)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(gè)裝配體的爆炸視圖和關(guān)門動(dòng)作的動(dòng)畫二、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由單片機(jī)、時(shí)鐘模塊、蜂鳴器、液晶顯示模塊、溫濕度模塊、距離感應(yīng)模塊、舵機(jī)模塊 和按鍵構(gòu)成。時(shí)鐘模塊舵機(jī)單片機(jī)按鍵L溫濕度模塊距離感應(yīng)模塊1 單片機(jī)本課題選用的單片機(jī)是 Atmega16,是由ATMEL公司生產(chǎn)的基于增強(qiáng)的 AVR RISC吉構(gòu)的8位 CMOS微控制器。其具有16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash（具有同時(shí)讀寫的能力， 即RWW）,512字 節(jié)EEPROM 1K字節(jié)SRAM, 3

4、2個(gè)通用I/O 口線，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART， 有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益（TQFP 封裝 ） 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器， 一個(gè) SPI 串行端口， 以及六個(gè)可 以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。相比普通的STC系列的51單片機(jī)，選擇其作為本課題的主控制器主要原因有：? 先進(jìn)的RISEf令結(jié)構(gòu)，處理速度更快；? 具有44TQFP封裝，使得設(shè)計(jì)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(shí)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(kù)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(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨 率為128X64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集?？梢燥@示8X4行 16X16點(diǎn) 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(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比， 不管硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得 多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)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(dāng)前日期和時(shí)間；第三行和第四行分別顯示溫度和濕度。而當(dāng)?shù)竭_(dá)提醒時(shí)間后，液晶屏就會(huì)顯示相應(yīng)的提示信息。當(dāng)用戶看見(jiàn) 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(shí)間和溫濕度。3 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊采用 DS1302模塊，DS1302是美國(guó)DALLA鈴司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能采用 三線SPI接口與CPU進(jìn)行同步通信，本課題選用的單片機(jī)正好帶有SPI接口，于是就能很方便地與DS1302進(jìn)行通信。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31 X 8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器，可由單片機(jī)進(jìn)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(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。這樣，當(dāng)主電源供電電路切斷以后，其時(shí)間還可以在后備電源的供電下繼續(xù)向前走，且運(yùn)行在極 低功耗下，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間掉電以后，當(dāng)恢復(fù)供電后，時(shí)間不用重新設(shè)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(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8 位單片機(jī)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(yīng)模塊距離感應(yīng)模塊主要用來(lái)感應(yīng)箱門的打開(kāi)，其具有一對(duì)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(dāng)箱門關(guān)閉時(shí)，紅外線反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)處理之后，就能輸出輸出低電平信號(hào)。一旦箱門打開(kāi)距離感應(yīng)器感應(yīng)到，就能輸出一個(gè)高電平信號(hào)，從而單片機(jī)得到信號(hào) 后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，即可控制舵機(jī)完成關(guān)門。6 舵機(jī)模塊舵機(jī)是一種位置角度伺服的驅(qū)動(dòng)器，可以由單片機(jī)控制其運(yùn)轉(zhuǎn)到特定角度。其廣泛應(yīng)用于飛機(jī)模型，潛艇模型遙控機(jī)器人中。藥箱的關(guān)門動(dòng)作就是由舵機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由舵機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)箱門關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)給舵機(jī)一定時(shí)間的 PWM 信號(hào)后，舵機(jī)運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置并保持一段時(shí)間，完成箱

9、門關(guān)閉。三、項(xiàng)目成果7 實(shí)現(xiàn)了對(duì)藥品貯藏環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示8 定時(shí)吃藥提醒預(yù)先設(shè)定定時(shí)提醒時(shí)間，那么當(dāng)每天到達(dá)時(shí)間后，就會(huì)由液晶屏顯示提醒信息，且蜂鳴器報(bào)警進(jìn)行提示。9 藥品清理時(shí)間提醒當(dāng)時(shí)間到達(dá)藥品清理時(shí)間后，會(huì)在當(dāng)天的早上 9 點(diǎn)顯示提醒信息并報(bào)警。首先先設(shè)定當(dāng)前時(shí)間為 8 點(diǎn) 59 分，這樣方便于演示，因?yàn)樗鼤?huì)在 9 點(diǎn)鐘提醒。然后我們?cè)偎幤非謇頃r(shí)間設(shè)定為今天的日期，那么當(dāng)時(shí)間到達(dá)9 點(diǎn)時(shí)，就會(huì)顯示提醒信息并報(bào)警。10 自動(dòng)關(guān)門當(dāng)箱門打開(kāi)后，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，自動(dòng)關(guān)閉的功能。就那么起初箱門是關(guān)閉的，距離感應(yīng)器能感受箱門的存在， 那么當(dāng)箱門慢慢打開(kāi)， 距離感應(yīng)器已經(jīng)感應(yīng)到箱門打開(kāi)， 經(jīng)過(guò)

10、一定時(shí)間后， 舵機(jī)就會(huì)動(dòng)作，此時(shí)就完成了把箱門的自動(dòng)關(guān)上。四、項(xiàng)目中的不足1 電池充電比較麻煩電源模塊本來(lái)采用的兩節(jié)干電池，結(jié)果由于電量不足，維持時(shí)間較短，且經(jīng)常會(huì)帶不動(dòng)舵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。后來(lái)就采用了可充電的鋰電池，電量充足，但并沒(méi)有設(shè)計(jì)一個(gè)低電壓的報(bào)警和提示，給用戶充電帶來(lái)了麻煩。2 報(bào)警提示不人性化報(bào)警提示采用的是蜂鳴器，確實(shí)聲音比較大，效果較好。但這對(duì)于人來(lái)說(shuō)是一鐘噪聲，可能 有一些老人無(wú)法忍受，如果可以采用語(yǔ)音等類似的模塊的話，會(huì)根據(jù)不同的提醒信息播報(bào)相應(yīng)的 內(nèi)容，這樣，提醒效果會(huì)更好。3 舵機(jī)的選擇不當(dāng)當(dāng)初選用舵機(jī)的時(shí)候只想到廉價(jià)一點(diǎn)的，但沒(méi)考慮到箱門的扭矩和關(guān)門的速度，所以就買了 個(gè)簡(jiǎn)單

11、的舵機(jī)模擬一下。但根據(jù)買來(lái)的舵機(jī)來(lái)看，其扭矩較小，且速度較快，不太適合于箱門的 關(guān)閉。如果能考慮到這些因素，購(gòu)置一個(gè)合適的舵機(jī)，那么，所出的結(jié)果和真實(shí)的情況要更接近 一些。五、總結(jié)和收獲在這次做項(xiàng)目中，我們真的受益匪淺。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，并不是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，老師一步步教我們 去做，而是做一個(gè)我們從未接觸過(guò)的東西。我們學(xué)習(xí)知識(shí)，獨(dú)立思考，積極創(chuàng)新，使自己的作品 更加完美。而創(chuàng)新意識(shí)的鍛煉對(duì)我們來(lái)說(shuō)又是彌足珍貴的，創(chuàng)新，并不是隨意猜測(cè)，更不能偏離 主題。他是一種理論練習(xí)實(shí)際的有目的的假設(shè)，我們做這樣一個(gè)假設(shè)，之后通過(guò)自己的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn) 證。創(chuàng)新不僅僅是創(chuàng)造新的事物，更是從新的角度來(lái)思考問(wèn)題，找到各個(gè)事物表象背后所昭示的