一種便攜式吃藥提醒裝置的設(shè)計(jì)

裴吳然

摘要：針對越來越多的人經(jīng)常忘記吃藥的問題，本文提出一種便攜式吃藥提醒裝置的設(shè)計(jì)方案，介紹了吃藥提醒裝置的整體構(gòu)成，并詳細(xì)闡述了各組成部分的電路設(shè)計(jì)和主要功能實(shí)現(xiàn)。該裝置能夠在設(shè)定的時(shí)間提醒病人吃什么藥、吃多少藥，有效避免了病人因?yàn)橥洺运帋淼牟涣己蠊?/p>

關(guān)鍵詞：便攜；按時(shí)吃藥；語音提醒

隨著城市的快速發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，在職工作人員的壓力越來越大，身體越來越差，還有相當(dāng)多的老年人，慢性病越來越多，吃藥成為相當(dāng)多的人日常生活的重要內(nèi)容之一。但是在職工作人員因?yàn)楣ぷ鞣泵?，而老年人記憶較差，經(jīng)常忘記吃藥，這樣不僅不利于身體的康復(fù)，甚至?xí)?dǎo)致病情加重。因此，設(shè)計(jì)一款便攜式吃藥提醒裝置來提醒需要的人員按時(shí)、定量用藥，能夠很好的解決這一問題。

1便攜式吃藥提醒裝置的整體設(shè)計(jì)

便攜式吃藥提醒裝置主要用來在設(shè)定的時(shí)間提醒需要吃藥的病人需要吃什么藥和吃多少藥。它主要由主控制器模塊、語音錄放模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊、狀態(tài)指示模塊、電源模塊等幾部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中，主控制器模塊是根據(jù)鍵盤的輸入，控制對應(yīng)的模塊做出相應(yīng)的操作和響應(yīng)。語音錄放模塊的作用是錄制所需的語音信息，在設(shè)定的時(shí)間播放語音提醒。時(shí)鐘模塊的作用是準(zhǔn)確記錄時(shí)間。LCD顯示模塊是直觀地顯示時(shí)間和提醒的序號及時(shí)間等信息。鍵盤輸入模塊的作用主要是采集輸入的鍵盤信息。狀態(tài)指示模塊主要是用來指示吃藥裝置的工作狀態(tài)、充電狀態(tài)等。電源模塊的作用是給吃藥提醒裝置提供合適的電源，使之能正常工作。

2便攜式吃藥提醒裝置各模塊設(shè)計(jì)

2.1主控制器模塊設(shè)計(jì)

主控制器模塊主要根據(jù)鍵盤的輸入，控制其他模塊操作，總的工作量不多，所以一般的單片機(jī)基本都能勝任。考慮到跟其他模塊的連接和功能需要以及工作電壓，這里采用一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器STC89C52RC。STC89C52RC使用MCS-51內(nèi)核，有8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位口線，內(nèi)置4KBEEPROM，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，全雙工串行口，工作電壓3.8V～2-0v。STC89C52RC的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，電路如圖2所示。時(shí)鐘電路為STC89C52RC提供了工作時(shí)鐘頻率，是采用外接16M的有源晶體振蕩器來實(shí)現(xiàn)的。按鍵K5、電容CT3、電阻R16組成了復(fù)位電路，平常情況下，S3E89C52RC的復(fù)位端RST為低電平，當(dāng)按鍵K5接通，使得STC89C52RC的RST端維持10ms以上的高電平時(shí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

2.2語音錄放模塊設(shè)計(jì)

語音錄放模塊的作用是錄制提醒的內(nèi)容，在設(shè)定的時(shí)刻，播放提醒內(nèi)容。目前語音芯片較多，為了保證語音信息一次錄完，采用錄放時(shí)間為4至8分鐘的ISD4003。ISD4003工作電壓為3v，音質(zhì)好，芯片操作命令通過SPI接口送入。片內(nèi)信息存貯在閃爍存儲器中，能夠真實(shí)地再現(xiàn)語音，信息可保存100年，反復(fù)錄音10萬次。ISD4003的輸出端需增加音頻功率放大器，這里選用NS8002。NS8002工作電壓為2-5.5V，最大輸出功率3W，最小輸出1.5W，工作電路簡單。裝置需要存放錄制的信息，本設(shè)計(jì)采用大容量的數(shù)據(jù)存儲器W25Q128BV，W25Q128BVI作電壓為2.7-3.6V，通過SPI方式來執(zhí)行代碼，存儲數(shù)據(jù)，容量為128Mbit，分為256塊，每塊64KB，每塊分16個(gè)扇區(qū)，最小擦除單位為一扇區(qū)。

語音錄放電路如圖3所示，圖中ISD4003的西、SCLK、MOSI、MISO、INT端分別與STC89C52的P2.4、P2.5、P2.7、P2.6、相連。W25Q128BV的cs、SCLK、SI、S0分別與STC89C52的P2.0、P2.1、P2.3、P2.2相連。語音信號通過麥克風(fēng)MIC后經(jīng)過由三極管v6組成的放大電路輸入到ISD4003的信號同相輸入端ANAIN+實(shí)現(xiàn)語音錄入。播放的語音信號從ISD4003的輸出端AUDOUT輸出，經(jīng)由NS8002組成的放大電路輸出到揚(yáng)聲器RL，輸出信號的音量可以調(diào)節(jié)RW2來實(shí)現(xiàn)。

2.3時(shí)鐘模塊電路設(shè)計(jì)

時(shí)鐘模塊主要是能夠準(zhǔn)確記錄時(shí)間，便于按時(shí)提醒，這里采用了內(nèi)含12C總線接口的低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片PCF8563。PCF8563有16個(gè)8位寄存器、1個(gè)地址寄存器、1個(gè)分頻器、1個(gè)可編程時(shí)鐘輸出、1個(gè)定時(shí)器、1個(gè)報(bào)警器和1個(gè)400KHz的12C總線接口。時(shí)鐘電路如圖4所示，電路中在PCF8563的時(shí)鐘由外接的32.768KHz晶振提供。PCF8563的SCL、SDA、INT引腳分別與STC89C52的P3.0、P3.1、INT2相連。

2.4 LCD顯示模塊電路設(shè)計(jì)

為了直觀地顯示時(shí)間等，采用工業(yè)字符型液晶LCD1602顯示信息。LCD1602采用+3.3V供電，可以顯示2行16個(gè)字符。液晶顯示電路如圖5所示。其中，液晶LCDl602的RS、RW、EN端分別與STC89C52的P1.5、P1.6、P1.7相連，LCDl602的D0～D7分別與STC89C52的P0.0～P0.7相連，LCD1602的VL連接10K電位器滑動端來調(diào)節(jié)液晶的對比度，STC89C52的P4.2通過三極管連接到LCD1602的第15腳控制液晶的背光亮暗，當(dāng)P4.2輸出高電平時(shí)，液晶背光亮，否則背光暗。

2.5鍵盤輸入模塊電路設(shè)計(jì)

為了更好的人機(jī)交互，裝置設(shè)置了5個(gè)按鍵，分別是錄音鍵、設(shè)定鍵、移動鍵、確認(rèn)鍵、復(fù)位鍵。電路如圖6所示，圖6中K5為復(fù)位鍵，主要是在裝置死機(jī)時(shí)讓裝置重新開始工作。K1、K2、K3、K4分別為錄音鍵、設(shè)定鍵、移動鍵、確認(rèn)鍵，每個(gè)按鍵的一端接地，另一端都通過10K電阻連+3.3V電源，同時(shí)通過二極管分別與STC89C52的P1.0、PI.1、P1.2、P1.3相連。另外4個(gè)二極管的陽極連接到STC89C52的而腳，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷。endprint

2.6電源模塊電路設(shè)計(jì)

電源電路的作用是給吃藥裝置提供合適的電源。裝置采用太陽能電池和鋰電池共同供電，使用USB接口供電。因?yàn)橥饨拥氖?5V電源，所以需要充電的芯片和電壓轉(zhuǎn)換電路，本設(shè)計(jì)選用了線性充電器LTC4054和三端集成穩(wěn)壓器AMS1117_3.3V。LTC4054只有5個(gè)引腳，可以直接從USB端口取電，充電電壓設(shè)定在+4.2V。AMS1117_3.3V只有3個(gè)引腳，可以將+5V電壓轉(zhuǎn)換成+3.3V。電路如圖7所示。電路中SUNl為6V左右的太陽能電池，兒為充電的USB接口，它們通過AMSlll7_3.3V共同給裝置供電，通過LTC4054給鋰電池充電，充電時(shí)，LED1發(fā)光。三極管v1、v3、電阻R5、R6、二極管D2組成了開關(guān)電路，當(dāng)開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)，鋰電池給裝置供電，開關(guān)S1的作用是接通鋰電池供電。

2.7狀態(tài)指示模塊電路設(shè)計(jì)

狀態(tài)指示電路主要是用來指示吃藥裝置的工作狀態(tài)、充電狀態(tài)。電路分別如2、圖7所示。在圖2中，發(fā)光二極管LED3通過1K電阻連接到STC89C52的P3.6腳，當(dāng)電路正常工作時(shí)，LED3閃爍。在圖7中，LED1負(fù)極通過電阻連接到LTC4054的面端，LED1正極連接到USB接口的VBUS端，同時(shí)通過二極管D1連接到太陽能電池的負(fù)端，鋰電池充電時(shí)，LED1亮。

3便攜式吃藥提醒裝置重要功能實(shí)現(xiàn)

便攜式吃藥提醒裝置的功能需要液晶顯示和按鍵配合才能完成，本設(shè)計(jì)中液晶顯示的內(nèi)容如圖8示。

3.1錄音功能實(shí)現(xiàn)

錄音時(shí)，先設(shè)定錄音段數(shù)，錄音段數(shù)與提醒次數(shù)相等，如一天需要提醒6次，那么段數(shù)就應(yīng)該是1、2、3、4、5、6，假定需要錄入的是第4次提醒的內(nèi)容，錄音段數(shù)就應(yīng)該設(shè)定為04。首先按設(shè)定鍵，光標(biāo)出現(xiàn)在第1行位置5，連續(xù)按移動鍵，移動光標(biāo)到第2行位置3，連續(xù)按設(shè)定鍵讓錄音段數(shù)的第1位（即液晶顯示屏第2行的第3位）顯示0，按確認(rèn)鍵，再按移動鍵，將光標(biāo)移動到錄音段數(shù)的第2位，通過連續(xù)按設(shè)定鍵讓該位顯示4，按確認(rèn)鍵，錄音段數(shù)設(shè)定后，按錄音鍵，開始錄音，語音信號通過麥克風(fēng)接口輸入，要錄入的內(nèi)容結(jié)束，按確認(rèn)鍵。為了檢查錄音的內(nèi)容是否正確，按確認(rèn)鍵后，自動播放剛才的錄音內(nèi)容，如果內(nèi)容正確，錄音結(jié)束，否則重復(fù)以上步驟，重新錄音。

3.2實(shí)時(shí)時(shí)間設(shè)定功能實(shí)現(xiàn)

在實(shí)時(shí)時(shí)間跟實(shí)際不符時(shí)，需要設(shè)定實(shí)時(shí)時(shí)間。時(shí)間顯示采用24小時(shí)制。如當(dāng)前時(shí)間是下午2點(diǎn)45分23秒，時(shí)間設(shè)定時(shí)，先按設(shè)定鍵，光標(biāo)出現(xiàn)在第1行位置5，連續(xù)按設(shè)定鍵，改變數(shù)字，直到數(shù)字正確按下確認(rèn)鍵，其他位置的數(shù)字設(shè)定通過按移動鍵移動光標(biāo)、通過按設(shè)定鍵改變數(shù)字大小，數(shù)字調(diào)節(jié)正確按下確認(rèn)鍵，直到在液晶顯示實(shí)時(shí)時(shí)間的位置顯示為14：45：23為止。

3.3提醒時(shí)間設(shè)定功能實(shí)現(xiàn)

提醒時(shí)間和提醒次數(shù)的設(shè)定根據(jù)醫(yī)生要求和病人習(xí)慣來決定，如提醒次數(shù)為6次，對應(yīng)的提醒序號為1、2、3、4、5、6，每個(gè)序號對應(yīng)著一個(gè)提醒時(shí)間。提醒時(shí)間只需要設(shè)定時(shí)分就可以了。假定某天需要第3次提醒的時(shí)間是上午11半，那么提醒序號和提醒時(shí)間在液晶顯示屏上就應(yīng)該顯示02 11：30。設(shè)定時(shí)，先設(shè)定提醒序號，再設(shè)定時(shí)間。設(shè)定過程中通過設(shè)定鍵改變數(shù)字，通過移動鍵移動光標(biāo)，設(shè)定正確后按確認(rèn)鍵。

4結(jié)論

本設(shè)計(jì)提出的便攜式吃藥提醒裝置，具有實(shí)時(shí)時(shí)間顯示、定時(shí)語音提醒的功能，還可以通過按鍵進(jìn)行校時(shí)、設(shè)定提醒時(shí)間、更改提醒內(nèi)容，有效避免了病人因?yàn)橥洺运幎鴰淼牟涣己蠊?。該裝置體積小，攜帶方便，實(shí)用性強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。endprint