智能药盒设计

智能药盒设计——《单片机嵌入式系统软硬件设计》摘要随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对生活的健康质量也追求越来越高，为了方便老年人吃药，结合当前智能药盒蓬勃的发展状况，本文介绍了一种基于单片机的家庭用智能药盒的设计。首先，本文介绍了此系统所涉及的硬件的结构和工作原理，主要包括STC90C51单片机、LCD1602液晶和单片机的定时/计数器。其次，介绍了系统硬件的模块化设计思想。在第一部分着重介绍了单片机的各项参数、内部结构、引脚功能，LCD1602的硬件电路、显示原理和各项命令，定时/计数器和蜂鸣器原理的简单介绍。在第二部分则系统地介绍了各模块之间的运作模式和工作流程。当系统检测到有时间设置功能键或用药设置功能键有输入时，进入关中断调时及设置状态，之后开中断并按下定时键记录当前设置的时间及用药量的值。在调节好系统时间之后，系统时间向前运行的过程中不断将系统实时时间与记录时间作比较，两者相等时发出警报并显示所设置的用药量，一分钟后系统实时时间与记录时间不在相等则自动退出提醒，如此实现每天四次用药及每次四种用药服用量的提醒，比较适合普通家庭使用。关键词：智能药盒；STC90C516；时钟；1602显示2目录摘要......................................................................1Abstract..................................................错误!未定义书签。1绪论....................................................................41.1选题目的和意义....................................................41.2目前智能药盒的现状................................................42系统总体方案设计........................................................52.1设计要求..........................................................52.2总体设计思路......................................................52.3系统结构设计......................................................73硬件电路的设计..........................................................83.1单片机最小系统....................................................83.1.1.STC90C51RC/RD+系列单片机简介................................83.1.2.晶振电路...................................................113.1.3.复位电路...................................................123.2显示电路.........................................................133.3键盘电路.........................................................153.4蜂鸣器报警电路...................................................153.5发光二极管电路...................................................163.6定时模式装入初值的计算.........................................................................................174结论...................................................................19致谢.....................................................................2031绪论1.1选题目的和意义很多老年人随着年龄的增长，都有健忘的毛病，对于这些老年人来说在生病的时候甚至是日常生活中按时吃药是一个难题，如果需要在不同时间吃不同的药，几乎很难独立完成，这次的结课论文题目所指的智能药盒就是针对这些老年人所设计的，是一种为了方便老年人服药而设计的药物存储容器，它可以更好地管理高龄人群吃药麻烦的问题，根据对老年人每天吃药的时间进行定时，来实现一天内对老年人每天三次或更多次的定时提醒，提醒使用者服用多种药物中的一种或多种，以帮助人们改掉不按时吃药的坏习惯。1.2目前智能药盒的现状现状是刚刚起步，主要针对老年人，但随着对这种刚性的市场需求认识的加深，市场一定会迎来一个发展热潮。一开始出现的便携小药盒，造型简单，容量小，不能满足人们的需求，于是，随即又发展出现了大容量且功能齐全的药盒。随着逐渐更新完善，发展出现了造型多样的全新设计的人性化智能电子药盒，易操作，能定时，更简单。为更多人带来了便利。电子药盒不仅用于收纳不同的药片，还可以放置保健品，这样也就拓展了电子药盒的消费对象，扩大了消费群体，提升电子药盒的使用价值。以前大多电子药盒的电路通常由分立的数字电路器件组成，不仅功能单一，而且重量和体积都较大，特别是功耗大，提高了使用成本，因而具有很大的局限性。所以更加智能的电子药盒成为新的需要。近几年，随着单片机技术的快速发展，以单片机为核心的大规模集成电路在各种产品中得到了极其广泛的应用。而以单片机为核心的数字电路正是由于具有功能丰富，体积小，功耗低等优势，符合电子药盒这一产品的特点，具有极大的市场潜力和开发价值。一切科技都是为了服务人们更好的生活。鉴于目前不少老年人苦于用药的合理管理和定时服用，智能的药品管理系统正是大众所需。近几年，随着单片机技术的快速发展，以单片机为核心的大规模集成电路在各种产品中得到了极其广泛的应用。而以单片机为核心的数字电路正是由于具有功能丰富，体积小，功耗低等优势，符合电子药盒这一产品的特点，具有极大的市场潜力和开发价值。针对目前的现状，设计一种家庭用智能药盒，本设计是以STC90C516单片机为核心，并与键盘输入和1602LCD液晶显示屏相结合的自动按时提醒控制系统，有较高的应用价值和现实意义。42系统总体方案设计2.1设计要求利用STC90C516单片机、8个按键、LCD1602液晶显示屏、蜂鸣器、LED发光二极管等设计一个家庭用智能药盒。该系统硬件部分由单片机最小系统、按键电路、液晶显示电路、声光报警电路组成，系统能完成时间的实时显示、每天四次定时、每次用药四种药用量提醒的功能。系统基本功能如下：（1)显示采用LCD1602显示实时时间、用药量、调设信息显示等。（2）定时时间与用药量的设定系统须实现每天四次时间的定时，每次用药时须对四种药做出用量的提醒，通过6个按键完成，1个功能键，1个调节键，4次定时对应的4个定时按键。（3）实时时间调节实时时间通过另外2个按键进行调节，其中之一为功能键，另一个为调节键。（4）报警功能实时时钟运行到定时时间时，LCD1602显示此次用药量，蜂鸣器响起，LED闪烁，提醒用药时间到。2.2总体设计思路本设计采用模块化设计的方法，以STC90C516RD+单片机为核心设计一种家庭用智能药盒。系统采用单片机为主控芯片，结合单片机最小系统所必须的上电复位电路，内部晶振电路，采用电源模块为整个系统提供稳定直流电源，采用单片机芯片提供的定时器设计系统时钟，LCD显示模块负责时间及其他参数的的显示，语音模块接收单片机发送来的信号完成声音信号的提醒，LED发光二极管配合语音模块的蜂鸣器起到辅助的报警作用。在程序的设计问题上，以单片机内部资源为核心，调用程序存储区的各个模块的驱动程序，通过单片机的引脚对系统中其他模块资源进行驱动和调用，通过主程序调用按键扫描子程序和LCD1602数据刷新程序，将按键模块和LCD1602联系起来，使得按键的输入信息可以实时地显示在LCD1602液晶屏上，程序调用LCD1602读数据的子程序，并运算判断是否进入报警时间，进入到报警时间时，将之前设定的用药的信息刷5新到LCD1602上，并通过作用单片机管脚，驱动蜂鸣器发声和LED发光二极管发光，起到必要的报警功能。系统基本原理如图2-1所示：满足条件报警LCD1602定时时间判断读/写数据STC90C516检测键盘输入图2-1系统原理图本系统采用STC90C516RD+作为单片机最小控制系统的核心，STC90C516RD+是STC90C51系列单片机的一种；采用LCD1602液晶屏作为显示器件；以单片机内部定时器中断作为系统时钟。系统通过单片机实现对各个系统模块的协调控制，由单片机检测2+2+4共8个按键的输入，并将输入信息实时显示在LCD1602上。定时设置通过6个按键完成，1个功能键，1个调节键，4次定时对应的4个定时按键，功能键按下后，即可通过调节键调节，随按下功能键次数的不同，完成对时间和用药量六个值的设定，最后一次按下功能键，并按下4个定时按键的其中一个，LED发光二极管闪动，以确定定时按键确实被按下，则记录此时各参的值，表示一次定时操作结束，则时钟继续向前运行。定时设置完成后，对系统始终时间做出调整。由2个按键完成，一个是功能键，一个是调节键，按下功能键，即可对时间作出调整，随功能键按下次数不同，分别对分钟数和小时数作出调整，调整结束后，最后一次按下功能键，时钟开始运行。系统利用单片机的定时器运行实时时钟，由单片机检测此时实时时间是否与4个定时时间之一相等。实时时钟运行到定时时间时，LCD1602显示此次用药量，6蜂鸣器响起，LED闪烁，提醒用药时间到，一分钟后，实时时钟越过定时时间，实时时间与定时时间不再相等，则系统自动退出报警程序。2.3系统结构设计系统结构由STC90C516单片机、2+2+4键盘、电源、晶振电路、复位电路、LCD显示、蜂鸣器电路、发光二极等几部分构成。系统结构如图2-2所示：2+2+4键盘复位电路STC90C516LCD1602蜂鸣器电路发光二极管晶振电路电源图2-2系统结构图73硬件电路的设计3.1单片机最小系统单片机最小系统主要由STC90C516单片机、晶振电路、复位电路等构成，单片机最小系统如图3-1所示：图3-1单片机最小系统电路图3.1.1.STC90C51RC/RD+系列单片机简介STC90C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟机器周期和6时钟机器周期可以任意选择。内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。STC90C51RC/RD+单片机中包含中央处理器（CPU）、程序存储器（FLASH）、数据存储器(SPAM)、定时/计数器、UART串口、I/O接8口、EEPROM、看门狗等模块。STC90C51RC/RD+系列单片机几乎包含了数据采集和控制所需要的所有单元模块，可称得上一个片上系统。1、增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU。2、工作电压：5.5V-3.8V（5V单片机）/3.6V-2.0V（3V单片机）。3、工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。4用户应用程序空4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32