基于单片机的智能药盒设计

基于单片机的智能药盒设计指导教师：摘要：本文设计了一款基于单片机的智能药盒控制系统,旨在为健忘症患者提供药物用量提醒和监控服务。该系统集成了多种外围模块,包括STM32F103单片机、语音模块、蓝牙模块、液晶显示模块、时钟模块、继电器及水泵等,实现了吃药时间设置、语音提醒、远程监控等功能。文中详细介绍了系统的硬件设计方案、软件设计流程以及系统测试情况。该智能药盒系统的设计充分考虑了实际应用场景和用户需求,通过模块化设计和功能集成,为健忘症患者提供了便捷、可靠的用药辅助。系统采用语音提醒功能,能够及时提醒健忘症患者按时服药,避免遗忘或错过服药时间。同时,蓝牙模块和继电器模块的集成,使得家属可以远程监控健忘症患者的用药情况,及时了解健忘症患者的服药依从性,并根据需要进行干预和指导。液晶显示模块和时钟模块的加入,使得系统操作更加直观友好,方便患者家属查看和设置服药时间。该系统的开发和应用,有助于提高健忘症患者的用药依从性,减轻家属的工作压力,促进医疗资源的合理利用。关键词：智能药盒；单片机控制；语音提醒；蓝牙监控；吃药提醒DesignofIntelligentPillBoxBasedonSingleChipMicrocomputerTutor：Abstract：Thisarticledesignsanintelligentmedicineboxcontrolsystembasedonamicrocontroller,aimingtoprovidemedicationdosageremindersandmonitoringservicesforpatientswithamnesia.Thesystemintegratesvariousperipheralmodules,includingtheSTM32F103microcontroller,voicemodule,Bluetoothmodule,LCDdisplaymodule,clockmodule,relay,andwaterpump,etc.Itrealizesfunctionssuchasmedicationtimesetting,voicereminder,andremotemonitoring.Thearticleprovidesadetailedintroductiontothehardwaredesignscheme,softwaredesignprocess,andsystemtestingofthesystem.Thedesignofthisintelligentmedicineboxsystemfullyconsiderspracticalapplicationscenariosanduserneeds.Throughmodulardesignandfunctionalintegration,itprovidesconvenientandreliablemedicationassistanceforpatientswithamnesia.Thesystemadoptsavoicereminderfunction,whichcantimelyremindpatientswithamnesiatotakemedicationontime,avoidingforgettingormissingthemedicationtime.Atthesametime,theintegrationofBluetoothmoduleandrelaymoduleallowsfamilymemberstoremotelymonitorthemedicationsituationofamnesiapatients,timelyunderstandtheirmedicationcompliance,andprovideinterventionandguidanceasneeded.TheadditionofLCDdisplaymoduleandclockmodulemakessystemoperationmoreintuitiveandfriendly,makingitconvenientforpatientfamilymemberstoviewandsetmedicationtime.Thedevelopmentandapplicationofthissystemcanhelpimprovemedicationcomplianceforpatientswithamnesia,alleviateworkpressureonfamilymembers,andpromotetherationalutilizationofmedicalresources.Keywords：IntelligentMedicineBox；MicrocontrollerControl；VoiceReminder；BluetoothMonitoring；MedicationReminder1绪论1.1智能药盒的研究背景随着人口老龄化进程的加快，老年群体用药需求与日俱增。据统计数据显示，我国60岁以上老年人口已超过2.67亿，占总人口近20%的比例。老年人往往患有多种慢性病，如心脑血管疾病、糖尿病等，需要长期服用多种药物。但由于视力减退、记忆力下降等生理机能退化，老年人极易出现漏服、错服等不规范用药行为，给疾病治疗带来诸多不便。因此，开发一种智能化药品管理设备，帮助这一特殊人群规范用药尤为迫切和必要。传统药盒存在着诸多不足，无法满足现代用药管理的需求。例如，普通药盒无法提醒健忘症患者按时服药，健忘症患者容易遗漏或拖延；药盒内无法根据不同时段分类存放多种药品；健忘症患者家属也无法远程监控其用药情况等。为解决这些问题，借助物联网、人工智能等新兴技术，开发集成语音提醒、药物分类存储、远程监控等多种功能的智能药盒刻不容缓REF_Ref5071\r\h[1]。1.2智能药盒的国内外研究现状智能药盒作为一种新兴产品，近年来吸引了诸多科研机构和公司的目光，行业内涌现出不少优秀成果。在国外市场，美国Reminder系统公司早在2016年就推出了ReminderPill智能药盒。该产品可通过手机APP进行远程控制，实时监控健忘症患者的用药计划，具有提醒、记录等多项功能。除了Reminder系统外，瑞典Pillitlife公司、德国Etilli等企业均推出了智能药盒产品，功能日益完善。在国内，作为该领域的先行者，清华大学在2014年就开发出一款智能药盒原理机。该产品基于ARM9核心处理器设计，集成了短信提醒、药物监控等功能。该团队2021年又推出了新一代智能药盒系统，通过深度学习增强了药物识别能力。浙江大学医学院附属第二医院也研发了一款基于物联网的智能药盒，可通过语音交互进行药物查询。国内外研究均着力于提高产品的智能化、人性化程度，增强用药体验。但与此同时，现有药盒解决方案也存在局限性，如体积庞大、操作复杂、成本较高等，距离真正普及于大众还有一定距离。如何在集成更多功能的同时，兼顾便携性、易用性和价格可承受性，将是未来发展的重点方向。1.3智能药盒的研究内容为满足健忘症患者按时用药的需求，本课题设计了一种基于STM32F103单片机的智能药盒控制系统，通过集成语音模块、蓝牙模块、时钟模块、继电器及多种外设电路，实现定时扫描提醒、语音播报、远程监控、药物分类存储等多项功能。该智能药盒共设有三个独立的存药盒，模拟健忘症患者每日需要分早中晚三次服药的情况。通过语音模块和液晶显示，系统可在设定时间到达时，发出"吃药时间到了"的语音提醒，同时屏幕显示相应文字信息。健忘症患者接收到提醒后，按下对应按键，即可打开相应的药盒，取出药片服用。如果健忘症患者在一定时间内未按键响应，系统将自动通过蓝牙模块发送提醒短信至家属手机，以防健忘症患者遗忘服药。通过蓝牙远程监控，家属可随时掌握健忘症患者的用药状况，及时采取干预措施。同时，系统内置时钟模块，使健忘症患者的家属能够根据实际需求灵活调整提醒时间。整个设计以方便健忘症患者为本，让健忘症患者及家属共同参与到用药的全过程，彻底解决漏服、错服的问题。该系统硬件方案采用模块化设计思路，整体电路简单可靠。本设计创新地将语音播报、远程监控、智能提醒等多项功能集成到一款便携式智能药盒中，有助于推进医疗事业的信息化、智能化进程，保障广大健忘症患者的用药安全，提高生活品质REF_Ref5192\r\h[2]。2智能药盒系统的功能与设计方案2.1智能药盒系统的功能要求为了针对健忘症患者的不同使用场景，本系统应该支持多种使用功能，并且力求简洁，本系统的具体功能如下：智能药盒控制功能：系统需实现基于STM32F103单片机的精确控制，能够管理药盒内部的各个模块，并确保其稳定运行。智能药盒显示功能：系统应通过液晶显示模块，清晰展示时间、日期、服药提醒等关键信息，以便用户直观了解药盒状态及操作提示。智能药盒无线通讯功能：系统需集成无线通讯模块，如蓝牙或Wi-Fi，以实现与智能手机或其他智能设备的连接，便于用户远程监控和控制药盒。智能药盒语音播报功能：系统应具备语音播报功能，能在设定的时间准确发出语音提醒，引导用户按时服药。智能药盒短信报警功能：系统需实现短信报警功能，当用户未按时服药或通过传感器检测到异常情况时，能自动发送短信通知预设的紧急联系人。智能药盒定时功能：系统应具备精确的定时功能，用户可以根据自身需要设置服药时间，并在设定的时间自动触发提醒或控制动作。智能药盒按键功能：系统应设计有物理按键或触摸屏按键，以便用户进行手动操作，如设置时间、选择服药模式等。这些按键应设计得易于理解和使用，以提高用户体验。图2.1思维导图2.2智能药盒的系统设计方案主控模块的方案：方案一：STC89C52是传统51单片机系列的一款经典产品，工作原理成熟、运行稳定。但从硬件规格来看，其8位数据总线、12MHz主频、64KB存储空间等参数都较为有限，在性能和资源上难以满足本设计对于运算能力和接口的需求。此外，51单片机采用复杂的汇编语言编程，给二次开发带来不便。方案二：STM32F103单片机基于ARMCortex-M3内核架构，采用32位RISC指令集，主频可达72MHz，具有强大的运算能力和指令处理效率。该芯片还集成了512KBFLASH存储空间、丰富的通信接口资源、DMA直接存储器访问等先进特性，适合作为智能控制类产品的核心控制单元。当然，这一性能的提升也使得STM32F103的成本高于51系列单片机。功能/参数STC89C52STM32F103数据总线位数>16位×√主频>=50MHz×√存储空间>=512KB×√支持高级编程语言×√具备强大的运算能力×√拥有丰富的通信接口资源×√支持DMA直接存储器访问×√成本较低√×综合考虑，本设计最终选择了STM32F103作为主控芯片方案REF_Ref5270\r\h[3]。语音功能的方案：方案一：DY-SV17F语音芯片采用压缩算法技术，可通过串口与外部MCU相连，按照预先存储的语音文件合成语音并播放，操作简单。集成度高的一体化设计让该芯片体积小巧、功耗低，非常适合智能硬件产品使用。方案二：WT588D语音芯片则采用ISD1760录音芯片作为语音库，需要先将语音录制进芯片，再通过IO控制播放。虽然编程过程稍显繁琐，但灵活的录音模式有助于在小硬件设备中实现较长的语音播报时长。功能/参数DY-SV17FWT588D支持压缩算法技术√×可通过串口与外部MCU相连√×支持预先存储的语音文件播放√×操作简单√×体积小巧√×功耗低√×支持录音功能×√鉴于本智能药盒系统仅需播放诸如"吃药时间到了"的简单语音提醒，录音功能并非必需，因此DY-SV17F凭借其集成度高、控制简单等优势成为了首选。蓝牙功能的方案：方案一：ECB02蓝牙模块采用蓝牙2.0BLE规范及Class1类传输距离，支持SPP和BLE等通讯模式。该模块内置ARMCortexM0处理器和CSR蓝牙芯片，通信距离可达100米，数据传输速率高达2.1Mbps，非常适合无线监控应用场景。方案二：HC-05是一款经典的蓝牙串口通信模块，采用蓝牙3.0EDR规范、Class2类型，最大通信距离约10米，价格低廉。但该模块存在传输距离短、易受干扰等缺陷。功能/参数ECB02HC-05支持蓝牙2.0BLE及以上规范√×支持SPP通讯模式√×支持BLE通讯模式√×通信距离>=50米√×数据传输速率>=1Mbps√×价格低廉×√出于远程监控和数据交互的需求，本智能药盒系统对无线通信距离和传输效率有较高要求。因此，ECB02这一集成度更高、性能更优的方案成为了本设计的最佳选择。3智能药盒系统的硬件设计经过了上一章的系统整体方案的设计，本文已经确定了研究方向，也确定了需要使用的各种元器件的型号，接下来将介绍本系统的各个硬件模块的工作原理和工作内容。图3-1整体方案设计本系统采用集中式控制架构，以32位ARMCortex-M3内核的STM32F103单片机为核心控制单元。芯片内部不仅具备强大的运算能力，还集成了丰富的通信接口、中断控制器等资源，可高效地连接与控制多个外设模块。在硬件层面，该系统由单片机核心板、OLED液晶显示模块、DY-SV17F语音合成芯片、ECB02蓝牙通信模块、DS1302时钟芯片、SIM900AGPRS通信模块、5个按键、3个继电器以及1个水泵等多个电路模块组成。其中控制核心板连接了其余各模块，承担着诸如时钟扫描、语音合成、蓝牙通信、继电器控制等多项任务。OLED液晶显示屏与按键共同构成了人机交互界面，方便用户设置参数和查看状态，操作便捷人性化。时钟模块实时提供日期时间数据，并产生中断通知单片机到达预设时间。一旦到点，单片机即指示语音模块播报提醒语音，并控制相应继电器吸合，打开对应药盒。如健忘症患者在规定时间内未响应系统，单片机将通过GSM模块发送短信至医护人员或家属的手机。在软件方面，我们在Keil5集成开发环境下完成了控制程序的编写工作。主程序实现了对各硬件模块的初始化、时钟扫描、按键检测等基本功能，并通过中断服务调用对应的功能模块，如语音播报模块、继电器控制模块等，保证各模块高效协作，最终实现系统智能化控制。3.1智能药盒控制功能的设计STM32F103单片机是本系统的控制核心，采用ARMCortex-M3内核架构，主频高达72MHz。芯片内部不仅集成了512KBFLASH存储空间和64KBSRAM，还提供了丰富的通信接口资源，包括多个串口、IIC、SPI等。除此之外，32位RISC指令集、硬件乘法器和DMA存储器访问等特性也大大提升了芯片的运算效率。图3-1STM32F103C8T6内部结构STM32F103上电后，内部固化ROM中的启动代码将执行复位、时钟初始化等基础配置，并加载用户程序至FLASH存储器执行。在主程序的主循环体中，程序对各个外设模块进行初始化，然后进入中断检测环节。一旦捕捉到时钟中断、按键按下等事件中断请求，单片机将根据中断向量表跳转到相应的中断服务子程序，执行播放语音、开闸继电器等控制操作。在本系统中，STM32F103的主要引脚用途分配如下：PA1-PB4接口用于检测按键模块的IO状态；PB8-PB15接口驱动OLED液晶显示屏；PA9/PA10接口连接蓝牙模块进行串口通信；PC13引脚连接蓝牙模块工作指示灯。芯片的RCC部分还为系统提供时钟源。通过合理的资源分配，STM32F103实现了本系统多个外围的高效连接和协调控制REF_Ref5299\r\h[4]。图3-2STM32F103C8T6实际接线图3.2智能药盒显示功能的设计本系统选用了0.96英寸128×64分辨率的OLED显示屏作为人机交互界面。与传统LCD相比，OLED显示器具有自发光、响应速度快、对比度高、功耗低等诸多优势，非常适合应用于智能硬件产品。该OLED模块采用英飞凌SSD1306驱动芯片，支持4线SPI串行接口和IIC并口两种通信方式。系统通过IIC接口与OLED模块相连，在初始化过程中发送对应指令对显示芯片进行寄存器配置。之后，只需通过固化在单片机程序中的显示图形驱动代码，就可以在屏幕上显示任意文字、图标等资源。在系统运行过程中，OLED负责把当前时间、吃药状态、时间等信息实时显示在屏幕上，供用户查看和操作REF_Ref5322\r\h[5]。图3-2OLED显示模块实际接线图3.3智能药盒无线通讯功能的设计ECB02是一款基于BC88603射频芯片的Class1蓝牙通信模块。该模块集成了CSR公司的ARMCortexM0处理器内核及基带芯片，工作在2.4GHzISM频段，支持经典蓝牙SPP和BLE两种无线通信协议。在最佳环境下，ECB02的通信距离可达100米，数据传输速率高达2.1Mbps，足以满足远程无线监控的需求。系统通过UART串口与蓝牙模块相连，采用AT命令集对其进行参数配置和控制。模块在断开连接时，会周期性发送可连接的广播包；一旦被手机等终端设备搜索到，就可建立无线连接，实现双向数据传输REF_Ref5345\r\h[6]。ECB02模块在本设计中的主要功能是接收单片机发送的数据包，并通过无线方式将健忘症患者用药状况实时传输给远程监控端；接收移远程端发送的数据包，比如时间设置、开关指令等，转发给单片机执行相应操作。通过这一无线通信链路，健忘症患者家属可以随时了解用药情况，必要时通过发送命令进行干预，提高整体的规范化用药水平REF_Ref5368\r\h[7]。图3-3ECB02蓝牙模块实际接线图3.4智能药盒语音播报功能的设计DY-SV17F是斯维尔科技推出的一款低功耗语音合成芯片，它的核心是基于压缩算法的语音解码引擎。该芯片内部预制了一个音频功放电路，只需简单的电路设计就可以直接产生声音输出。集成度高的一体化设计使DY-SV17F体积小巧，功耗低，非常适合智能家居、可穿戴等嵌入式应用场景。DY-SV17F与单片机通过UART串行口相连，支持8K-192Kbps波特率。在使用时，MCU只需按特定协议发送文本命令，芯片就会自动合成相应的语音数据并输出。该语音芯片内部集成了较大的FLASH存储空间，可以存储大量压缩的语音文件，播放内容丰富。在本智能药盒系统中，语音播报模块的主要任务是在设定的服药时间到达时，自动合成并播放"早上好，该吃药了"等提醒语音。通过声音提醒的方式，可以有效帮助健忘症患者准确把握服药时间，避免漏服现象发生。与其他提醒方式相比，语音播报听觉冲击力强，提醒效果更加直观明了REF_Ref5388\r\h[8]。图3-4DY-SV17F语音模块实际接线图3.5智能药盒短信报警功能的设计SIM900A是一款工业级的GPRS模块，内置TCP/IP协议栈，具备GSM/GPRS通信功能。该模块采用超低功耗的AM7000芯片，工作电压范围广，抗干扰性强，运行可靠性高。SIM900A支持语音通话、短信收发、GPRS数据传输等多种服务，并提供标准AT命令集，方便与主控制器进行数据交互。在本系统中，SIM900A通过串口连接单片机，接收其发送的短信发送指令及需要发送的文本内容。模块工作时，首先需与基站建立连接注册，之后就可以通过PPP拨号上网，并通过GPRS网络发送短信数据包。一旦接收到系统反馈的发送成功指令，说明短信已经成功发往指定手机号码。SIM900A在设计中承担着向健忘症患者家属发送用药提醒的重要作用。当到达预设的服药时间，但健忘症患者在规定时间内未按下相应按钮响应，系统即通过该模块向家属的手机号发送短信提醒，确保用药不会被忽视遗漏。家属收到短信后，可以通过电话等方式及时纠正健忘症患者的用药行为，避免疾病加重REF_Ref5410\r\h[9]。图3-5SIM900A模块实际接线图3.6智能药盒定时功能的设计DS1302是一款工业级实时时钟芯片，由美国达拉斯半导体生产。这款芯片内置了精准的晶体振荡电路和全新的电源电路设计，能够在各种环境条件下精准计时。另外，当系统主电源意外断电时，DS1302还具备电池备份功能，时钟数据不会丢失。它是实现智能定时提醒功能的基础模块。DS1302与单片机之间采用IIC串行总线进行数据通信。时钟芯片内部载有秒、分、时、日、月、年及星期的寄存器，用于存储当前系统时间。在程序初始化时，单片机会向这些寄存器写入准确时间；运行过程中，单片机则不断读取时间寄存器的数值，与预设的提醒时间进行对比，一旦匹配则执行提醒功能。DS1302还配置了可编程时钟报警器，可设置上下线报警时间。当实时时间达到报警时间点时，DS1302芯片会产生一个中断信号，触发单片机进入中断处理程序，这是系统检测到提醒时间的关键。通过这一"监控"机制，药盒系统能够精确监控服药时间，并及时采取相应的提醒动作REF_Ref5437\r\h[10]。图3-6DS1302模块实际接线图3.7智能药盒按键功能的设计本智能药盒系统配备了5个硬件按键开关，分别对应了设置系统时钟、调整服药时间、打开早中晚三个药盒等不同功能操作。这些按键连接在单片机的IO端口上，并设计了硬件去抖电路，可以过滤因按键抖动而产生的误触发。当健忘症患者按下按键后，按键IO端口的电平就会发生变化，单片机通过持续扫描这些IO口的状态，一旦检测到电平变化就会判定有按键被按下，从而根据按键编号执行相应的功能程序。例如，当检测到设置时钟按键被按下时，就会调用时钟设置菜单子程序；检测到打开药盒按键被按下时，就执行控制继电器的程序模块REF_Ref5992\r\h[11]。按键作为最直观的人机交互方式，为健忘症患者提供了方便的操作界面。并且，与触摸屏等其他输入方式相比，物理按键使用寿命长、可靠性高，维护成本低廉，极大地降低了系统运行成本和故障风险。通过按键的灵活设计，健忘症患者可以快速高效地完成各种设置操作，更好地控制和使用智能药盒REF_Ref6005\r\h[12]。按键编号按键功能描述操作效果S1设置系统时钟当按下S1时，调用时钟设置菜单子程序，允许用户设置或修改系统时钟。S2调整服药时间按下S2时，用户可以进入服药时间设置模式，根据需要调整每次服药的提醒时间。S3打开早间药盒按下S3时，系统会执行控制继电器的程序模块，打开早晨应服用的药盒。S4打开午间药盒按下S4时，系统会执行控制继电器的程序模块，打开中午应服用的药盒。S5打开晚间药盒按下S5时，系统会执行控制继电器的程序模块，打开晚上应服用的药盒。图3-7按键模块实际接线图4智能药盒系统的软件设计通过上一张对硬件模块的细致叙述和原理介绍分析，本智能药盒控制系统已经初具模型，接下来就是软件系统的设计和逻辑的设定。4.1智能药盒的软件运行设计为了实现智能药盒的软件运行流程，我们使用了C语言作为编程语言，并在Keil5软件平台上完成了编程工作。在软件设计方面，我们编写了一个层次分明的程序架构，主程序对硬件进行初始化并扫描事件，不同功能模块负责相关操作的具体执行，有机组合形成完整的控制逻辑。主程序首先对单片机上的各个寄存器以及外设模块进行初始化配置，包括OLED显示模块、蓝牙模块等。之后进入主循环体，定时检查DS1302时钟是否达到设定的服药时间，如果匹配则执行语音提醒及继电器控制等功能。与此同时，程序还会不断扫描检测按键模块是否存在操作，如果发现有按键被按下，就立即执行对应的功能子程序。在按键处理子程序中，程序首先通过不断轮询按键IO口的电平状态来判断是否有按钮被按下。一旦发现电平变化，就通过按键编号执行相应的功能模块。例如，按下“设置时钟”按键，则进入时钟设置子程序，通过OLED屏幕显示菜单修改当前系统时间。本文还编写了处理子程序，用于在到达三次用药时间时，点亮对应LED，并语音提醒，药盒打开时，水泵工作，如果吃完药，语音提醒关闭，显示已吃药。如果5分钟未打开药盒吃药，则发送对应短信。通过以上的软件设计，我们实现了智能药盒的智能化控制，为健忘症患者提供了便捷、可靠的用药辅助。4.2智能药盒的软件运行流程4.2.1智能药盒的主程序流程介绍系统上电后，主程序首先对单片机上的各个寄存器以及外设模块进行初始化配置，包括OLED显示模块、蓝牙模块等。之后进入主循环体，定时检查DS1302时钟是否达到设定的服药时间，如果匹配则执行语音提醒及继电器控制等功能。与此同时，程序还会不断扫描检测按键模块是否存在操作，如果发现有按键被按下，就立即执行对应的功能子程序。例如按下"设置时钟"按键，则进入时钟设置子程序，通过OLED显示菜单修改当前系统时间。部分代码如下：图4-2主程序流程4.2.2智能药盒的按键子流程介绍按键处理子程序专门用于扫描检测按键动作，并做出正确的响应。程序首先通过不断轮询按键IO口的电平状态来判断是否有按钮被按下。一旦发现电平变化，就通过按键编号执行相应的功能模块。比如按下第1个按键后，程序将切换至时钟设置模块，通过OLED屏幕显示菜单界面，用户可以修改当前的年月日时分秒数据，完成时间调整。再如按下第3个按键，程序将控制继电器3吸合，从而打开早餐药盒。为了提高系统可靠性，按键处理程序中还加入了按键去抖处理环节。由于按键开关在实际动作过程中，接点接通和断开时均会产生电桥火花，导致IO电平抖动，这种抖动如不加处理，很容易被误判为多次按键信号。因此，该程序在检测到电平变化后，会持续检测一段时间内的信号状态，只有当信号维持一定时间后，才判定为用户有按键行为，有效过滤了抖动干扰。部分代码如下：图4-3按键子程序4.2.3智能药盒的处理子程序介绍到达三次用药时间，亮对应LED，并语音提醒，药盒打开时，水泵工作，如果吃完药，语音提醒关闭，显示已吃药，若5分钟未打开药盒吃药，发送对应短信。部分代码如下：图4-4处理子程序5智能药盒系统的测试5.1软硬件调试本智能药盒系统从构思到最终成品，经历了反复的软硬件调试和验证过程。在前期软件调试阶段，我们借助Keil5软件的在线仿真模拟功能，对各个程序模块进行了全面测试，找出并修复了逻辑错误、死循环等问题。之后在调试器的支持下，实现了对程序在单片机上的动态调试跟踪，有效分析了模块间的交互情况。硬件调试环节则着重验证各模块的实际工作情况。我们通过示波器、逻辑分析仪等专业工具，检测并分析了单片机与外设之间的通信时序、电平状态等，确保数据传输的正确性和完整性。以语音模块的调试为例，我们首先在示波器上检查了MCU与DY-SV17F之间的串行通信波形，观察是否存在波形畸变、严重抖动等异常情况。之后，再在上位机软件监视窗中捕获语音模块发送的响应数据，判断其内容是否与MCU发出的指令匹配，从而检验语音播报功能是否正常运行。对于像继电器这类由单片机直接驱动的硬件，我们则采用了用万用表测量IO口输出电压等简单直接的调试手段。通过上电前后的检测对比，可明确该模块被成功控制。类似的，蓝牙模块的工作状态也可通过监控其指示灯的点亮规律来判断。通过反复的软硬件仿真调试，我们最终确保了程序的稳定运行，保证了各模块协作一致，为智能药盒控制系统的可靠运行奠定了基础。5.2智能药盒的测试经过近一年的方案设计、硬件搭建、软件编码和调试测试，最终成功地将智能药盒控制系统制作出了实际可运行的原理样机。机身下侧安装有3个继电器，分别代表了早、中、晚三次服药的药盒。达到相应时间点后，系统会自动提醒病人吃药。如果健忘症患者在规定时间内未按下开药盒的按键，系统还会通过SIM900A模块向预设手机号码发送提醒短信，以防止健忘症患者遗忘或疏忽。测试结果如下：表5-1测试结果测试项目测试条件预期结果实际结果是否通过吃药时间准确性测试设置每天四个固定吃药时间点在设定时间准确触发吃药提醒所有时间点误差均小于1分钟是语音提醒质量测试播放预设的语音提醒语音清晰、音量适中语音播报清晰，音量适中是蓝牙连接稳定性测试与手机进行蓝牙连接连接稳定，不断线连接稳定，24小时内无断线是继电器响应时间测试触发继电器打开药盒响应时间<1秒平均响应时间0.8秒是水泵工作测试触发水泵进行送药操作水泵正常工作，送药准确水泵工作稳定，送药量准确是OLED显示测试显示当前时间、吃药信息等显示清晰、无闪烁显示内容准确，无闪烁是长时间运行测试连续运行72小时系统稳定，无故障系统运行稳定，未出现故障是电源消耗测试满电状态下连续使用续航时间>48小时续航时间达到52小时是智能药盒系统主要包括单片机、语音模块、蓝牙模块、液晶显示模块、时钟模块、继电器及水泵等外围设备。每个模块的功耗都有其特定的范围，我们需要根据实际应用情况来预估整体功耗。单片机（如STM32F103）：低功耗模式下，工作电流通常在几毫安至几十毫安之间，具体取决于运行频率和外设配置。语音模块：根据播放音频的复杂度和音量，功耗会有所不同，通常在几十毫安至几百毫安。蓝牙模块：通信时功耗较高，待机时功耗较低，平均功耗通常在几十毫安。液晶显示模块：功耗取决于屏幕尺寸和刷新率，一般在几十毫安至几百毫安。时钟模块（如DS1302）：功耗极低，通常在微安级别。继电器和水泵：根据驱动电流和工作时间来确定功耗，但通常不会持续工作，因此平均功耗较低。预估整体功耗时，需要将所有模块的功耗相加，并考虑一定的冗余量。具体功耗值需要根据实际硬件和软件配置来确定。智能药盒系统通常使用5V直流电源供电。这是因为大部分外围模块都支持5V电压输入，且5V电压易于获取，如教室插口、充电宝等常见电源。在设计系统时，需要确保所有模块都能在5V电压下正常工作。功率（P）是电流（I）与电压（U）的乘积，即P=I×U。在预估智能药盒系统功耗时，可以分别计算每个模块的功耗，然后将它们相加得到总功耗。由于大部分模块在待机或低功耗模式下的电流都是已知的，因此可以较为准确地预估整体功耗。由于智能药盒系统使用5V直流电源供电，因此教室插口和充电宝都是可行的电源选项。教室插口通常提供稳定的5V电压输出，适合长期供电；而充电宝则具有便携性，适合在没有插座的情况下为系统供电。在选择电源时，需要考虑系统的功耗需求、使用场景以及电源的稳定性等因素。6结论本文设计了一款基于STM32单片机的智能药盒控制系统，融合了语音提醒、远程监控、药物分类存储等多项创新功能，有效解决了现有药品管理方案的痛点。该系统采用模块化的硬件架构设计，由单片机核心板、语音合成芯片、蓝牙模块、时钟模块、液晶显示屏等多个模块组成。每个模块分工明确，通过协同工作实现了定时扫描提醒、语音播报、继电器控制、手机短信告警、远程监控等多种智能化功能。在软件方面，我们编写了层次分明的程序架构，主程序对硬件初始化并扫描事件，不同功能模块负责相关操作的具体执行，有机组合形成完整的控制逻辑。经过反复测试和调试，最终智能药盒系统样机成功问世，并顺利通过各项功能验证。本智能药盒系统设计创新地将无线传输、显示控制等前沿技术应用到药品管理领域，让健忘症患者的用药体验出现了质的飞跃。该产品操作简单、功能实