基于MSP430智能醫藥箱系統設計及實現

黃卉 王首一 羅蒙 吳佩雯 周彩艷

(東南大學成賢學院 電子與計算機工程學院,江蘇南京 210088)

隨著物質生活水平的逐步提高,人們越來越重視自身健康狀況,對于家用簡易醫療設備的需求越來越廣泛,促進了家用設備的信息化及智能化。本項目立足于原有醫療箱的基本功能,利用一系列措施對其進行改進,主要增加測量體溫、心率、體現藥箱內“藥物狀態”、萬年歷等功能,以實現更多的信息傳遞。

1 設計方案

MSP430F149智能醫療箱系統的主要職能是測量人體體溫及心率。功能細分為人體體溫測量、人體心率測量、藥箱內“藥物狀態”檢測、智能藥箱開啟、信息顯示等多個方面。系統以MSP430F149為控制核心,通過外接測量設備、顯示設備、機械設備、無線設備實現功能[1]。系統方案設計圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 MSP430F149為控制器

圖1 系統方案圖

圖2 箱門機械結構圖

圖3 藥物信息軟件界面

MSP430F149IPM是TI公司設計生產的一款超低功耗的16位單片機。具有低電壓、超低功耗、快速蘇醒、16位精簡指令集MCU、高精度12位ADC、片內比較器等特點。

2.2 MLX90614ESF紅外非接觸溫度傳感器

人體體溫的測量主要通過傳感器MLX90614ESF紅外非接觸溫度傳感器模塊來實現。該模塊是根據被測物體紅外輻射能量來確定物體溫度,能夠實現快速準確測量。測量之后使用SMBus輸出模式對測量數據和MSP430之間進行數據傳輸,經過MSP430平均數處理獲得平均數,最終通過LCD顯示屏顯示。

2.3 pulsesensor脈搏心率傳感器

人體心率的測量主要通過pulsesensor脈搏心率傳感器來實現,該模塊是根據光電反射原理來確定人體心率。當光束透過人體外周血管,由于動脈搏充血容積變化導致這束光的透光率發生變化,此時由光電變換器接受經人體組織反射的光線轉變為電信號。該傳感器輸出模擬信號并直接將該電信號輸入到MSP430單片機(MSP430F149自帶AD),輸入后單片機直接計算相鄰的兩個脈搏波的峰值點的時間并濾波,得到兩次心跳之間的時間,即為IBI數值,經過BPM(心率)=60/IBI的簡單計算即能夠獲得心率值[2]。

圖4 系統流程圖

2.4 機械驅動

在機械驅動方面設置了兩種不同的箱門開啟方式,為此使用了兩種不同類型的電機。其中一個箱門使用MG995的數字舵機舵機,該舵機具有16KG超大的扭矩,通過給舵機輸入不同占空比的PWM波,能夠實現旋轉0--180內任意快速的轉動,實現箱門的智能開啟。另一個箱門采用ULN2003型號的步進電機,它具有體積小方便在藥箱內隨意布置的特點。ULN2003步進電機配合固定齒比的齒組使其箱門按照系統要求開啟和關閉。箱門的結構機械圖如圖2所示。

3 軟件設計

3.1 安卓手機APP

軟件“智能藥箱”,它的主要功能是使用手機端通過掃描藥物的條形碼將藥物存入手機中的“我的藥箱”中,在我的藥箱中可以查看到自己所存儲的藥物以及藥物信息(生產日期、過期時間、藥物用途等)。同時,還可以通過手機藍牙連接到藥箱,控制藥箱開關。在日常生活中,可以在手機端查看自己家里的藥箱中有何種藥物,在根據自己的癥狀通過手機端藍牙連接藥箱打開所需藥品所在藥箱的抽屜或翻蓋[3]。軟件界面圖如圖3所示。

3.2 系統流程分析

MSP430主控系統主要用于實現觸發判別功能、處理采集數據以及控制各級程序等功能。上電后無線模塊和功能選擇觸發開始正常工作,根據接收到信息執行相應的操作或保持相應狀態[4]。系統流程圖如圖4所示。

4 系統驗證與結果分析

針對市面上傳統醫療箱存在的弊端以及對未來智能家居的美好向往,本文設計了基于MSP430智能醫藥箱系統。經過長時間驗證,系統能夠準確測量出人體體溫,心率、能夠正確感知藥箱“狀態”,讓使用者能夠及時獲取相應信息。系統整體結果示意圖如圖5所示。

[1]洪利,章揚,李世寶.MSP430單片機原理與應用實例詳解[M].北京:北京航空航天大學出版社,2010.

[2]顧濤,李旭.單片機系統設計與實例開發 (MSP430)[M].北京:北京大學出版社,2013.

[3]坂木正文著,王自強.譯步進電機應用技術/(日)[M].北京:科學出版社,2010.

[4]謝興紅,林凡強,吳雄英.MSP430單片機基礎與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.