1、智能家用药箱的研究摘要：现在绝大多数家庭都拥有小药箱，而药箱基本只是储藏药品而已，缺少对储藏环境的监测和必要的提醒。况且，有可能使用不当，对有孩子的家庭来说是个隐患。本课题研究了一种智能的家用药箱，可以实现自动关门、定时提醒和对储藏环境的监测等。关键词:智能药箱；自动关门；定时提醒；环境监测一、项目进展阶段1 学习阶段 利用单片机开发板学习了 51 和 AVR 单片机的 C 语言编程； 学习了使用 ALTIUM DESIGNER 绘制电路板； 学习 Solidworks 三维实体建模及动画制作； 学习使用会声会影进行视频的处理；2 方案设计阶段2.1 确定了传感器的选型： 选择 DHT11 模
2、块进行温湿度采集 选择距离感应模块来感应箱门的打开和关闭；2.2 确定了自动关门动作的实现：由单片机控制舵机旋转一定的角度，并由舵机带动连杆机构，从而带动箱门的关闭。2.3 确定了显示和提醒的方案： 采用 LCD12864 进行时间、温湿度和提醒信息的显示 采用蜂鸣器作为报警提示；3 硬件电路设计阶段 绘制出药箱电路的原理图； 绘制出纽扣电池、蜂鸣器、按键等电子元件的封装； 根据已有的封装和自己绘制的封装生成 PCB 板，并进行电子元器件的合理布局； 加工 PCB，购置电子元器件，将对应的电子元器件焊接到 PCB 板上；4 软件编程设计和调试阶段 根据预期的设想，写出主程序和各中断程序； 将程
3、序下载到单片机中，进行调试，对不满意的地方进行讨论和反复修改；5 三维建模阶段 利用 Solidworks 画出药箱和液晶屏、电池等电子元件的三维模型，并装配 做出整个装配体的爆炸视图和关门动作的动画二、项目研究内容系统组成系统主要由单片机、时钟模块、蜂鸣器、液晶显示模块、温湿度模块、距离感应模块、舵机模块和按键构成。1 单片机本课题选用的单片机是 Atmega16，是由 ATMEL 公司生产的基于增强的 AVR RISC 结构的 8位 CMOS 微控制器。其具有 16K 字节的系统内可编程 Flash(具有同时读写的能力，即 RWW)，单片机温湿度模块 距离感应模块按键舵机液晶显示蜂鸣器时钟
4、模块512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM，32 个通用 I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的 JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行 USART，有起始条件检测器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的 ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个 SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。相比普通的 STC 系列的 51 单片机，选择其作为本课题的主控制器主要原因有： 先进的 RISE 指令结构，处理速度更快； 具有 44TQ
5、FP 封装，使得设计出的电路板的体积更小； 具有 SPI 串行接口，可以方便的与系统的时钟模块 DS1302 通讯2 液晶显示模块显示模块采用的是为带中文字库的 LCD12864，其是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864，内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集。可以显示84 行 1616 点 阵的汉字。 也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示
6、程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。在正常情况下，液晶屏分四行显示，第一行和第二行分别显示当前日期和时间；第三行和第四行分别显示温度和湿度。而当到达提醒时间后，液晶屏就会显示相应的提示信息。当用户看见信息后，可以按下按键退出显示提醒信息，使液晶屏重新显示时间和温湿度。3 时钟模块时钟模块采用 DS1302 模块， DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能采用三线 SPI 接口与 CPU 进行同步通信，本课题选用的单片机正好带有 SPI 接口，于是就能很
7、方便地与 DS1302 进行通信。 DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器，可由单片机进行读写操作。并且其具有主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。这样，当主电源供电电路切断以后，其时间还可以在后备电源的供电下继续向前走，且运行在极低功耗下，经过很长一段时间掉电以后，当恢复供电后，时间不用重新设置。4 温湿度模块温湿度模块采用 DHT11 模块，DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻
8、式感湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。其具有超小的体积、极低的功耗，且为 4 针单排引脚封装，连接方便。5 距离感应模块距离感应模块主要用来感应箱门的打开，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当箱门关闭时，红外线反射回来被接收管接收，经过处理之后，就能输出输出低电平信号。一旦箱门打开距离感应器感应到，就能输出一个高电平信号，从而单片机得到信号后，经过一定时间的延时，即可控制舵机完成关门。6 舵机模块舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，可以由单片机控制其运转到特定角度。其广泛应用于飞机模型，潜艇模型遥控机器人中。药箱的关门动作就是由舵机来
9、实现的，由舵机带动连杆机构从而实现箱门关闭。当单片机给舵机一定时间的 PWM 信号后，舵机运动到相应位置并保持一段时间，完成箱门关闭。三、项目成果1 实现了对药品贮藏环境的实时监测和显示2 定时吃药提醒预先设定定时提醒时间，那么当每天到达时间后，就会由液晶屏显示提醒信息，且蜂鸣器报警进行提示。3 药品清理时间提醒当时间到达药品清理时间后，会在当天的早上 9 点显示提醒信息并报警。首先先设定当前时间为 8 点 59 分，这样方便于演示，因为它会在 9 点钟提醒。然后我们再药品清理时间设定为今天的日期，那么当时间到达 9 点时，就会显示提醒信息并报警。4 自动关门当箱门打开后，经过一定的时间后，自
10、动关闭的功能。就那么起初箱门是关闭的，距离感应器能感受箱门的存在，那么当箱门慢慢打开，距离感应器已经感应到箱门打开，经过一定时间后，舵机就会动作，此时就完成了把箱门的自动关上。四、项目中的不足1 电池充电比较麻烦电源模块本来采用的两节干电池，结果由于电量不足，维持时间较短，且经常会带不动舵机的运转。后来就采用了可充电的锂电池，电量充足，但并没有设计一个低电压的报警和提示，给用户充电带来了麻烦。2 报警提示不人性化报警提示采用的是蜂鸣器，确实声音比较大，效果较好。但这对于人来说是一钟噪声，可能有一些老人无法忍受，如果可以采用语音等类似的模块的话，会根据不同的提醒信息播报相应的内容，这样，提醒效果
11、会更好。3 舵机的选择不当当初选用舵机的时候只想到便宜一点的，但没考虑到箱门的扭矩和关门的速度，所以就买了个简单的舵机模拟一下。但根据买来的舵机来看，其扭矩较小，且速度较快，不太适合于箱门的关闭。如果能考虑到这些因素，购置一个合适的舵机，那么，所出的结果和真实的情况要更接近一些。 五、总结和收获在这次做项目中，我们真的受益匪浅。创新实验，并不是大学物理实验，老师一步步教我们去做，而是做一个我们从未接触过的东西。我们学习知识，独立思考，积极创新，使自己的作品更加完美。而创新意识的锻炼对我们来说又是弥足珍贵的，创新，并不是随意猜测，更不能偏离主题。他是一种理论练习实际的有目的的假设，我们做这样一个假设，之后通过自己的实验去验证。创新不仅仅是创造新的事物，更是从新的角度来思考问题，找到各个事物表象背后所昭示的问题实质。创新思维能开拓我们的视野，同时给我们的工作与学习带来不断的惊喜。创新项目过程中有过汗水和挫折，但我们最终收获到了知识和能力，回想起来，过程也是很幸福的。六、经费使用情况单片机开发板和配件 219 元烙铁、万用表等电子工具 239 元传感器和电子模块 205 元电子元器件 94 元PCB 制板 63.6 元药箱 130 元串口线、仿真器、电池、充电器等附件 286 元合计 1236.6 元
