1、基于单片机的智能药物盒设计与实现
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2、系统功能介绍
智能药物盒是一种用于辅助患者按医嘱规律服药的智能化设备，特别适用于老年人、慢性病患者以及需要长期服药管理的人群。本设计基于单片机进行实现，通过定时提醒、药物管理、掉电保护以及智能提示显示等功能，使药物盒在日常使用中不仅能够提供准确的用药提醒，还能记录与保存药物信息，提高使用的安全性与便利性。
传统药物盒通常仅具备机械式分隔储药功能，无法实现定时提醒，也不能记录药物数量变化，更缺乏掉电保护及用户交互能力。本系统通过单片机与外围电子模块的结合，使药物盒具备以下优势：
（1）定时提醒功能
系统允许用户设定多个服药时间点，到达预设时间后，蜂鸣器发出声响，LED亮起进行提示，同时LCD屏展示"请按时服药"等提醒信息，确保用户不会漏服药物。
（2）药物管理功能
通过按键输入可设置药物的数量和种类，并通过LCD实时显示相关信息，使药盒成为一个"智能药物管理平台"。药物盒可支持多种药物分类管理，包括不同药盒分格内的药量变化监控。
（3）掉电保护功能
系统通过外接存储器（如EEPROM 24C02 或单片机内部 FLASH 存储功能）保存关键参数，包括提醒时间、药物数量和种类。当系统意外断电时，重新通电后可自动恢复原状态，保证系统的连续性和可靠性。
（4）智能提示与显示功能
LCD显示屏可实时显示系统时间、服药提醒、药物种类标注、剩余数量、警告提示等多类信息，为用户提供友好的界面，提升设备的可用性。警报触发时，声光提示同步启动，提高用户关注度。
通过这些功能的有效组合，智能药物盒成为一个兼具可视化管理、智能提醒、掉电保护与交互体验的综合性电子健康设备，极大程度提高患者用药的规范性、准确性与安全性。
3、系统电路设计
为了实现上述功能，系统采用模块化设计思路，将整个硬件结构分为单片机最小系统、电源模块、LCD显示模块、按键输入模块、蜂鸣器报警模块、存储器模块以及扩展药物检测模块等。下面对各模块进行详细阐述。
3.1 单片机控制模块
单片机是智能药物盒的核心控制部件，主要负责系统逻辑处理、时间控制、按键响应、数据计算、提示控制等多项任务。为了保证稳定性与实用性，本设计选用 STC89C52 系列单片机，其优点如下：
（1）具有足够的I/O口，可同时驱动LCD、按键、蜂鸣器与存储器；
（2）内部集成定时器/计数器，可用于精准计时，实现定时提醒功能；
（3）程序存储区容量适中，可以存储较复杂的药物管理程序；
（4）支持ISP在线下载，方便调试与升级。
在电路设计方面，单片机最小系统包括：
- 晶振电路（常用 11.0592MHz 或 12MHz）；
- 复位电路（上电复位+按键复位）；
- 稳压供电（+5V）；
- 必要的滤波电容防止干扰。
单片机在整个系统中起到指挥中心的作用，所有模块都依赖其调度与数据处理。
3.2 LCD液晶显示模块
LCD模块承担界面显示任务，显示内容主要包括：
- 当前时间（24小时制）；
- 下次服药时间；
- 药物种类编号或名称；
- 药物数量剩余值；
- 提醒提示或警告信息；
本系统采用 1602 或 12864 液晶显示器。
LCD模块特点：
（1）并口或串口（IIC）连接方式灵活；
（2）显示清晰稳定，能够显示字母、数字和符号；
（3）与 51 单片机兼容性高。
液晶显示模块是用户与设备互动的窗口，设计中需保证显示内容简洁直观并能够动态更新。
3.3 按键输入模块
按键模块用于执行多种设置功能：
- 调节设定的服药时间；
- 修改药物数量；
- 进行药物种类切换；
- 清除提醒；
- 系统复位；
按键模块采用4~6个按键组成，常见方式为：
- 上调键
- 下调键
- 模式切换键
- 确认键
- 返回键
- 清除键
按键电路需加入硬件电阻防抖，并在程序中加入延时判断，提高输入的准确性与可靠性。
3.4 蜂鸣器报警模块
蜂鸣器作为声提示输出设备，负责发布服药提醒。
模块特点：
（1）采用有源蜂鸣器，驱动方式简单；
（2）由单片机控制蜂鸣开始与停止；
（3）提示音可采用间歇报警或连续报警方式；
（4）配合LED指示灯实现声光提醒。
蜂鸣器在药物提醒体系中至关重要，通过刺激用户听觉完成提醒动作。
3.5 掉电保护存储器模块
为了确保系统即使在断电情况下也能保持用户设置，采用 EEPROM 存储器如 24C02。
存储器模块功能包括：
（1）存储服药时间设定值；
（2）存储药物数量；
（3）存储药物种类；
（4）系统重新上电时自动读取；
由于采用I2C协议，EEPROM使用简单，适配性好。
存储器的加入有效提高系统可靠性，使其可满足长期使用场景需求。
3.6 电源模块
电源模块为整个系统提供稳定供电。本设计使用：
- 5V 稳压模块（7805 稳压芯片）
- 滤波电容降低纹波干扰
- 二极管保护电路防止反接
- 可选使用锂电池+充电模块实现便携
电源稳定性是保证系统正常运行的基础。
3.7 扩展药物检测模块（可选）
系统可扩展：
- 红外药物检测器检测是否取出药物
- 机械开关判断是否打开药物隔间
虽然不是必选模块，但能够带来"是否服药成功"的反馈功能。
4、程序设计
系统软件采用模块化程序架构，包括主程序、定时模块、按键模块、LCD显示模块、提醒模块、存储模块等，各程序之间调用关系清晰，便于维护与扩展。
4.1 主程序结构
主程序作为整体控制流程框架：
void main() {
init_all(); // 初始化硬件与变量
load_eeprom(); // 加载掉电保护数据
while(1) {
key_scan(); // 处理按键输入
update_time(); // 更新时间
check_alarm(); // 检查是否到提醒时间
display_info(); // 刷新LCD显示
}
}主循环中不断轮询按键、时间、报警与显示模块。
4.2 时间管理模块
通过定时器实现秒级时间更新：
void update_time() {
if(time_flag) {
time_flag = 0;
seconds++;
if(seconds == 60) { seconds = 0; minutes++; }
if(minutes == 60) { minutes = 0; hours++; }
if(hours == 24) { hours = 0; }
}
}此模块保证定时提醒的准确性。
4.3 按键处理模块
void key_scan() {
if(key_mode_pressed()) {
mode++;
if(mode > 3) mode = 0;
}
if(key_up_pressed()) {
adjust_value(+1);
}
if(key_down_pressed()) {
adjust_value(-1);
}
}支持模式切换与数值调节。
4.4 LCD显示模块
void display_info() {
lcd_set_cursor(0,0);
lcd_printf("Time:%02d:%02d ", hours, minutes);
lcd_set_cursor(1,0);
lcd_printf("Drug:%d Qty:%d", drug_type, drug_amount);
}显示时间、药物种类与数量。
4.5 提醒检测模块
void check_alarm() {
if(hours == set_hour && minutes == set_minute) {
buzzer_on();
lcd_set_cursor(1,0);
lcd_printf("!! TAKE MEDICINE !!");
}
}当检测到当前时间与设定时间一致时自动报警。
4.6 EEPROM数据存储模块
void save_eeprom() {
eeprom_write(0, set_hour);
eeprom_write(1, set_minute);
eeprom_write(2, drug_amount);
}
void load_eeprom() {
set_hour = eeprom_read(0);
set_minute = eeprom_read(1);
drug_amount = eeprom_read(2);
}确保断电后数据不丢失。
5、总结
基于单片机的智能药物盒通过硬件模块化设计与软件模块化编程实现了高功能集成、高可靠性与易操作性。系统不仅解决传统药物盒无法智能提醒的问题，还加入了药物管理、掉电保护与信息显示功能，使用户对服药时间与药物状态一目了然。智能药物盒不仅适用于普通家庭，还可应用于养老院、医院、慢病管理中心等场景。其结构清晰、可扩展性强，是一个典型的嵌入式智能健康设备设计案例。