毕业设计之 - 基于STM32的智能药箱系统设计与实现

文章目录


1 简介

Hi,大家好,这里是丹成学长,今天向大家介绍一个学长做的单片机项目

基于STM32的智能药箱系统设计与实现

大家可用于 课程设计 或 毕业设计

技术解答、毕设帮助、开题指导
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2 绪论

2.1 课题背景

照顾老人, 特别是提醒老人准时吃药已经成为了一个社会关心的问题。长期记录吃药种类、 吃药时间能为分析老人的病理提供有力的依据。

基于目 前市场需求, 学长设计了一款基于 STM32F103 并结合网络来提醒老人按时吃药的系统。

整个智能药箱系统分为智能药箱端与远程服务器端两个部分, 智能药箱端用于提醒, 服务器端用于记录监督

2.2 实现功能

整个系统经过多次测试和应用, 各功能模块都可以正常运行, 符合设计要求。 具有的功
能包括: 从服务器端的数据库中实时获取药物信息, 闹钟信息等并存储。 播放音频文件提醒老人用药, 在液晶屏上提示吃药信息, 老人可以根据显示信息正确用药。 智能药箱端能记录药箱中每种药的数目, 并进行药量检测, 在药量不足时发出提醒, 提示用户配药。 另外还可以对老人取药动作进行记录, 将取药状态通过互联网传输给服务器监控端, 为以后看病做依据。 另外, 智能药箱端通过程序界面方便的配置智能药箱内部的网络信息,包括服务器地址、端口、 网关等。

它的主要功能分为下面几个部分:

    1. 提醒功能
    1. 取药监督
    1. 记录吃药时间
    1. 对老人是否吃药及时做出反应
    1. 显示吃药信息

服务器中记录下的取药时间可以作为以后看病的有力依据, 使医生能够准确对老人的病情做出判断, 减少一定的医学失误。

尽管智能药箱的发展并没有早期预期的那么快。 但是, 它的应用价值极高, 针对性也很
强, 可以有效的管理老年人用药, 减少儿女对父母吃药问题上的担心。 所以, 随着科技的发展, 智能药箱的普及将指日可待。

3 系统设计

3.1 系统架构

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设计上必须从上图架构出发, 从上图可以得出智能药箱系统的总体功能:

  • a) 闹钟提醒吃药
  • b) 液晶显示吃药信息
  • c) 实时采集取药状态
  • d) 存储从服务器端获取的信息
  • e) 配置界面配置药箱端的网络参数
  • f) 实时检测药数量, 不足提醒用户
  • g) 增加服务器端, 记录药物信息, 闹钟, 取状态药等信息

3.2 硬件设计

3.2.1 wifi电路设计

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3.2.2 其他电路设计

略,内容相对冗余,也不是本文介绍的重点,需要详细设计方案,可以在文章末尾联系学长。

3.3 软件设计

3.3.1 软件工作流程

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程序包括模块的驱动与功能操作, 驱动主要是硬件的驱动, 每个模块只有在硬件驱动成功后, 才能执行其余功能。

3.3.2 闹铃提醒程序设计

下图是闹铃提醒的程序流程图, STM32 从 TF 卡中读取 512 字节数据, 按顺序传输给VS1003 进行音频转换和播放。 然后, 依次读取下一个扇区的 512 个字节进行播放。 如果播放过程中检测到药箱打开, 则停止闹铃并退出。

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3.3.3 液晶显示程序设计

下图是闹铃提醒的程序流程图, STM32 从 TF 卡中读取 512 字节数据, 按顺序传输给VS1003 进行音频转换和播放。 然后, 依次读取下一个扇区的 512 个字节进行播放。 如果播放过程中检测到药箱打开, 则停止闹铃并退出。

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3.3.4 信息存储程序设计

存储信息的过程如下:

当智能药箱接收网络参数, 药物信息时, 首先对数据按协议正确处理, 然后向 24C08 发送存储地址, 如果地址上已经有数据, 则读取。 然后将地址上的数据清空, 将刚才接收并处理的信息与从存储芯片读取的数据进行统一处理, 保留不变的, 修改已改变的数据, 再存入地址中。 如果需要读取存储芯片上的数据, 则向 24C08 发送地址读取数据即可, 程序流程图如下图所示。

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3.3.5 报警电路程序设计

智能药箱与服务器之间每半小时需要药数目的校正, 以便两者之间可以同步。 当药箱内部药量不足时, 就会触发蜂鸣器以示提醒。 蜂鸣器采用是有源蜂鸣器, 接通电流就会发声,整个报警的程序流程图如下图所示。

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3.4 部分实现代码

#include <Arduino.h>

#include "MAX30105.h"
#include "heartRate.h"
#include "motor.h"

#define DEBUG

#define OUT_POSITION 1
#define TAKE_POSITION 2
#define OPEN_POSITION 5

bool isTaskTake = false;
int boxdisplacement = 0;
int pillsParameters[2] = {3, 1};
enum BOXNAME { BOX1 = 1, BOX2, BOX3, BOX4, BOX5, BOX6 };
TaskHandle_t taskGreenLEDHandler;

void rotateToOpen(int boxName);
void rotateToClose(int boxName);
void rotateToTake(int boxName);
void rotateToOut(int boxName);
void takePills(int boxName, int pillsNumber);
void taskTakePills(void *pvParameters);
void takePillsTest();
void setup() {
    Serial.begin(115200);
    delay(1000);
    motor_init();
    // xTaskCreate(taskPrint, "taskPrint", 1000, NULL, 1, NULL);
}

void loop() {
    if (Serial.available()) {
        char message = ' ';
        message = Serial.read();
        if (message == 't') {
            if (!isTaskTake) {
                isTaskTake = true;
                Serial.println("*************\n*开始取药过程*\n*************");
                // xTaskCreate(taskTakePills, "taskTakePills", 20000,
                // pillsParameters, 1, NULL);
                takePills(3, 1);
            } else {
                Serial.println("已经有一个取药任务了");
            }
        }
        if (message == 'i') {  //开盖
            if (!isTaskTake) {
                isTaskTake = true;
                taskOpenBox(NULL);
                isTaskTake = false;
            } else {
                Serial.println("已经有一个取药任务了");
            }
        }
        if (message == 'j') {  //关盖
            if (!isTaskTake) {
                isTaskTake = true;
                taskCloseBox(NULL);
                digitalWrite(PIN_ENABLE, HIGH);
                isTaskTake = false;
            } else {
                Serial.println("已经有一个取药任务了");
            }
        }
        if (message == 'm') {  //关盖
            if (!isTaskTake) {
                isTaskTake = true;
                digitalWrite(PIN_ENABLE, LOW);
                takePillsTest();
                digitalWrite(PIN_ENABLE, HIGH);
                isTaskTake = false;
            } else {
                Serial.println("已经有一个取药任务了");
            }
        }
        if (message == 'g') {  //左旋
            if (!isTaskTake) {
                isTaskTake = true;
                digitalWrite(PIN_ENABLE, LOW);
                taskRotate(LEFT);
                boxdisplacement--;
                digitalWrite(PIN_ENABLE, HIGH);
                isTaskTake = false;
            } else {
                Serial.println("已经有一个取药任务了");
            }
        }
        if (message == 'h') {  //右旋
            if (!isTaskTake) {
                isTaskTake = true;
                digitalWrite(PIN_ENABLE, LOW);
                taskRotate(RIGHT);
                boxdisplacement++;
                digitalWrite(PIN_ENABLE, HIGH);
                isTaskTake = false;
            } else {
                Serial.println("已经有一个取药任务了");
            }
        }
        if (message == 'k') {
            if (!isTaskTake) {
                isTaskTake = true;
                Serial.println("开始推出药盒");
                digitalWrite(PIN_ENABLE, LOW);
                taskPushBoxOut(NULL);
                delay(1000);
                Serial.println("开始推入药盒");
                taskPullBoxIn(NULL);
                digitalWrite(PIN_ENABLE, HIGH);
                isTaskTake = false;
            } else {
                Serial.println("已经有一个取药任务了");
            }
        }
        if (message == '3') {
            taskPillsOut(NULL);
        }
        if (message == 'a') {  //开气泵
            openPump();
        }
        if (message == 'b') {  //关气泵
            closePump();
        }
    }
}

void rotateToOpen(int boxName) {
    int currentPosition = boxName + boxdisplacement;
    int targetRotation = OPEN_POSITION - currentPosition;
    if (targetRotation >= 0) {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate right " + String(targetRotation) +
                       " step to open.");
        Serial.println("向右旋转 " + String(targetRotation) + " 步以开盖.");
#endif
        for (int i = 0; i < targetRotation; i++) {
            taskRotate(RIGHT);
            boxdisplacement++;
        }
    } else {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate left " + String(-targetRotation) +
                       " step to open.");
        Serial.println("向左旋转 " + String(-targetRotation) + " 步以开盖.");
#endif
        for (int i = 0; i < -targetRotation; i++) {
            taskRotate(LEFT);
            boxdisplacement--;
        }
    }
}
void rotateToClose(int boxName) {
    int currentPosition = boxName + boxdisplacement;
    int targetRotation = OPEN_POSITION - currentPosition;
    if (targetRotation >= 0) {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate right " + String(targetRotation) +
                       " step to close.");
        Serial.println("向右旋转 " + String(targetRotation) + " 步以关盖.");
#endif
        for (int i = 0; i < targetRotation; i++) {
            taskRotate(RIGHT);
            boxdisplacement++;
        }
    } else {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate right " + String(-targetRotation) +
                       " step to close.");
        Serial.println("向左旋转 " + String(-targetRotation) + " 步以关盖.");
#endif
        for (int i = 0; i < -targetRotation; i++) {
            taskRotate(LEFT);
            boxdisplacement--;
        }
    }
}
void rotateToTake(int boxName) {
    int currentPosition = boxName + boxdisplacement;
    int targetRotation = TAKE_POSITION - currentPosition;
    if (targetRotation >= 0) {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate right " + String(targetRotation) +
                       " step to take pills.");
        Serial.println("向右旋转 " + String(targetRotation) + " 步以取药.");
#endif
        for (int i = 0; i < targetRotation; i++) {
            taskRotate(RIGHT);
            boxdisplacement++;
        }
    } else {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate right " + String(-targetRotation) +
                       " step to take pills.");
        Serial.println("向左旋转 " + String(-targetRotation) + " 步以取药.");
#endif
        for (int i = 0; i < -targetRotation; i++) {
            taskRotate(LEFT);
            boxdisplacement--;
        }
    }
}
void rotateToOut(int boxName) {
    int currentPosition = boxName + boxdisplacement;
    int targetRotation = OUT_POSITION - currentPosition;
    if (targetRotation >= 0) {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate right " + String(targetRotation) +
                       " step to add pills.");
        Serial.println("向右旋转 " + String(targetRotation) + " 步以换(加)药.");
#endif
        for (int i = 0; i < targetRotation; i++) {
            taskRotate(RIGHT);
            boxdisplacement++;
        }
    } else {
#ifdef DEBUG
        Serial.println("rorate right " + String(-targetRotation) +
                       " step to add pills.");
        Serial.println("向左旋转 " + String(-targetRotation) +
                       " 步以换(加)药.");
#endif
        for (int i = 0; i < -targetRotation; i++) {
            taskRotate(LEFT);
            boxdisplacement--;
        }
    }
}
void takePills(int boxName, int pillsNumber) {
    digitalWrite(PIN_ENABLE, LOW);
    // taskPillsUp(NULL);
    rotateToOpen(boxName);
    taskOpenBox(NULL);
    rotateToTake(boxName);
    // stepper2.runToNewPosition(5000);
    midToLeft();
    openPump();
    // stepper2.runToNewPosition(6400);
    delay(1000);
    digitalWrite(PIN_STEPPER2_DIR, LOW);
    for (int j = 0; j <= 5; j++) {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, HIGH);
            delayMicroseconds(400);
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, LOW);
            delayMicroseconds(400);
        }
        delay(500);
        digitalWrite(PIN_STEPPER2_DIR, HIGH);
        for (int k = 0; k < 500; k++) {
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, HIGH);
            delayMicroseconds(400);
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, LOW);
            delayMicroseconds(400);
        }
        digitalWrite(PIN_STEPPER2_DIR, LOW);
    }
    // stepper2.setMaxSpeed(2500);
    // stepper2.setAcceleration(1500);
    // stepper2.runToNewPosition(-20000);
    leftToMid();
    taskMidToRight(NULL);
    closePump();
    openAir();
    delay(3000);
    closeAir();
    delay(2000);
    taskPillsOut(NULL);
    taskRightToMid(NULL);
    // xTaskCreate(taskRightToMid, "taskRightToMid", 1000, NULL, 1, NULL);
    isTaskTake = false;
    digitalWrite(PIN_ENABLE, HIGH);
}

void taskTakePills(void *pvParameters) {
    int boxName = ((int *)pvParameters)[0];
    int pillsNumber = ((int *)pvParameters)[1];
#ifdef DEBUG
    Serial.println("boxName: " + String(boxName));
    Serial.println("pillsNumber: " + String(pillsNumber));
#endif
    takePills(boxName, pillsNumber);
    vTaskDelete(NULL);
}
void takePillsTest() {
    midToLeft();
    openPump();
    // stepper2.runToNewPosition(6400);
    delay(1000);
    digitalWrite(PIN_STEPPER2_DIR, LOW);
    for (int j = 0; j <= 5; j++) {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, HIGH);
            delayMicroseconds(400);
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, LOW);
            delayMicroseconds(400);
        }
        delay(500);
        digitalWrite(PIN_STEPPER2_DIR, HIGH);
        for (int k = 0; k < 500; k++) {
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, HIGH);
            delayMicroseconds(400);
            digitalWrite(PIN_STEPPER2_STEP, LOW);
            delayMicroseconds(400);
        }
        digitalWrite(PIN_STEPPER2_DIR, LOW);
    }
    // stepper2.setMaxSpeed(2500);
    // stepper2.setAcceleration(1500);
    // stepper2.runToNewPosition(-20000);
    leftToMid();
    taskMidToRight(NULL);
    closePump();
    openAir();
    delay(3000);
    closeAir();
    taskRightToMid(NULL);
}

作品展示:

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4 最后

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