一種便攜式吃藥提醒裝置的設計

裴吳然

摘要：針對越來越多的人經常忘記吃藥的問題，本文提出一種便攜式吃藥提醒裝置的設計方案，介紹了吃藥提醒裝置的整體構成，并詳細闡述了各組成部分的電路設計和主要功能實現。該裝置能夠在設定的時間提醒病人吃什么藥、吃多少藥，有效避免了病人因為忘記吃藥帶來的不良后果。

關鍵詞：便攜；按時吃藥；語音提醒

隨著城市的快速發展，人們的生活節奏越來越快，在職工作人員的壓力越來越大，身體越來越差，還有相當多的老年人，慢性病越來越多，吃藥成為相當多的人日常生活的重要內容之一。但是在職工作人員因為工作繁忙，而老年人記憶較差，經常忘記吃藥，這樣不僅不利于身體的康復，甚至會導致病情加重。因此，設計一款便攜式吃藥提醒裝置來提醒需要的人員按時、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計

便攜式吃藥提醒裝置主要用來在設定的時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、時鐘模塊、鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊、狀態指示模塊、電源模塊等幾部分組成，系統框圖如圖1所示。其中，主控制器模塊是根據鍵盤的輸入，控制對應的模塊做出相應的操作和響應。語音錄放模塊的作用是錄制所需的語音信息，在設定的時間播放語音提醒。時鐘模塊的作用是準確記錄時間。LCD顯示模塊是直觀地顯示時間和提醒的序號及時間等信息。鍵盤輸入模塊的作用主要是采集輸入的鍵盤信息。狀態指示模塊主要是用來指示吃藥裝置的工作狀態、充電狀態等。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計

2.1主控制器模塊設計

主控制器模塊主要根據鍵盤的輸入，控制其他模塊操作，總的工作量不多，所以一般的單片機基本都能勝任?？紤]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內核，有8k字節Flash，512字節RAM，32位口線，內置4KBEEPROM，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，全雙工串行口，工作電壓3.8V～2-0v。STC89C52RC的時鐘電路和復位電路構成最小應用系統，電路如圖2所示。時鐘電路為STC89C52RC提供了工作時鐘頻率，是采用外接16M的有源晶體振蕩器來實現的。按鍵K5、電容CT3、電阻R16組成了復位電路，平常情況下，S3E89C52RC的復位端RST為低電平，當按鍵K5接通，使得STC89C52RC的RST端維持10ms以上的高電平時，實現復位。

2.2語音錄放模塊設計

語音錄放模塊的作用是錄制提醒的內容，在設定的時刻，播放提醒內容。目前語音芯片較多，為了保證語音信息一次錄完，采用錄放時間為4至8分鐘的ISD4003。ISD4003工作電壓為3v，音質好，芯片操作命令通過SPI接口送入。片內信息存貯在閃爍存儲器中，能夠真實地再現語音，信息可保存100年，反復錄音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，本設計采用大容量的數據存儲器W25Q128BV，W25Q128BVI作電壓為2.7-3.6V，通過SPI方式來執行代碼，存儲數據，容量為128Mbit，分為256塊，每塊64KB，每塊分16個扇區，最小擦除單位為一扇區。

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MIC后經過由三極管v6組成的放大電路輸入到ISD4003的信號同相輸入端ANAIN+實現語音錄入。播放的語音信號從ISD4003的輸出端AUDOUT輸出，經由NS8002組成的放大電路輸出到揚聲器RL，輸出信號的音量可以調節RW2來實現。

2.3時鐘模塊電路設計

時鐘模塊主要是能夠準確記錄時間，便于按時提醒，這里采用了內含12C總線接口的低功耗的多功能時鐘/日歷芯片PCF8563。PCF8563有16個8位寄存器、1個地址寄存器、1個分頻器、1個可編程時鐘輸出、1個定時器、1個報警器和1個400KHz的12C總線接口。時鐘電路如圖4所示，電路中在PCF8563的時鐘由外接的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顯示模塊電路設計

為了直觀地顯示時間等，采用工業字符型液晶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電位器滑動端來調節液晶的對比度，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P4.2輸出高電平時，液晶背光亮，否則背光暗。

2.5鍵盤輸入模塊電路設計

為了更好的人機交互，裝置設置了5個按鍵，分別是錄音鍵、設定鍵、移動鍵、確認鍵、復位鍵。電路如圖6所示，圖6中K5為復位鍵，主要是在裝置死機時讓裝置重新開始工作。K1、K2、K3、K4分別為錄音鍵、設定鍵、移動鍵、確認鍵，每個按鍵的一端接地，另一端都通過10K電阻連+3.3V電源，同時通過二極管分別與STC89C52的P1.0、PI.1、P1.2、P1.3相連。另外4個二極管的陽極連接到STC89C52的而腳，當有按鍵按下時，產生中斷。endprint

2.6電源模塊電路設計

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。因為外接的是+5V電源，所以需要充電的芯片和電壓轉換電路，本設計選用了線性充電器LTC4054和三端集成穩壓器AMS1117_3.3V。LTC4054只有5個引腳，可以直接從USB端口取電，充電電壓設定在+4.2V。AMS1117_3.3V只有3個引腳，可以將+5V電壓轉換成+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，LED1發光。三極管v1、v3、電阻R5、R6、二極管D2組成了開關電路，當開關電路導通時，鋰電池給裝置供電，開關S1的作用是接通鋰電池供電。

2.7狀態指示模塊電路設計

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

3便攜式吃藥提醒裝置重要功能實現

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，本設計中液晶顯示的內容如圖8示。

3.1錄音功能實現

錄音時，先設定錄音段數，錄音段數與提醒次數相等，如一天需要提醒6次，那么段數就應該是1、2、3、4、5、6，假定需要錄入的是第4次提醒的內容，錄音段數就應該設定為04。首先按設定鍵，光標出現在第1行位置5，連續按移動鍵，移動光標到第2行位置3，連續按設定鍵讓錄音段數的第1位（即液晶顯示屏第2行的第3位）顯示0，按確認鍵，再按移動鍵，將光標移動到錄音段數的第2位，通過連續按設定鍵讓該位顯示4，按確認鍵，錄音段數設定后，按錄音鍵，開始錄音，語音信號通過麥克風接口輸入，要錄入的內容結束，按確認鍵。為了檢查錄音的內容是否正確，按確認鍵后，自動播放剛才的錄音內容，如果內容正確，錄音結束，否則重復以上步驟，重新錄音。

3.2實時時間設定功能實現

在實時時間跟實際不符時，需要設定實時時間。時間顯示采用24小時制。如當前時間是下午2點45分23秒，時間設定時，先按設定鍵，光標出現在第1行位置5，連續按設定鍵，改變數字，直到數字正確按下確認鍵，其他位置的數字設定通過按移動鍵移動光標、通過按設定鍵改變數字大小，數字調節正確按下確認鍵，直到在液晶顯示實時時間的位置顯示為14：45：23為止。

3.3提醒時間設定功能實現

提醒時間和提醒次數的設定根據醫生要求和病人習慣來決定，如提醒次數為6次，對應的提醒序號為1、2、3、4、5、6，每個序號對應著一個提醒時間。提醒時間只需要設定時分就可以了。假定某天需要第3次提醒的時間是上午11半，那么提醒序號和提醒時間在液晶顯示屏上就應該顯示02 11：30。設定時，先設定提醒序號，再設定時間。設定過程中通過設定鍵改變數字，通過移動鍵移動光標，設定正確后按確認鍵。

4結論

本設計提出的便攜式吃藥提醒裝置，具有實時時間顯示、定時語音提醒的功能，還可以通過按鍵進行校時、設定提醒時間、更改提醒內容，有效避免了病人因為忘記吃藥而帶來的不良后果。該裝置體積小，攜帶方便，實用性強，具有廣闊的應用前景。endprint