嵌入式单片机智能药盒设计（含代码）

前言

设计的内容

（1）显示

（2）定时时间与用药量的设定

（3）实时时间调节

（4）报警功能

时钟模块

蓝牙模块

系统软件设计

系统主程序

按键函数

中断服务函数

作品展示

测试药定时提醒功能

完整代码

前言

近年来，疫情反复，这让一些家庭使得自己的家里的老人造成了没有人照看的状态，那这就会出现一个问题，那就是我国现在的医疗物资非常的紧张，因为收到了疫情的影响，相关的专业的人员都已经开始向智慧云药能方面开始发展了，同时现在也是大数据的社会在这样的时代的背景下，那些对自身健康问题越来越重视的人，就能够从网络上获取到很多有关于医疗的信息，所以为了迎合拿下记忆力下降而遇到事情就容易忘记的健忘人员，对于他们的需求，就由此提出了一种可以给基于嵌入式单片机的智能药盒的设计方案。

设计的内容

首先介绍一下本设计的使用的LCD160液晶显示屏幕的显示的原理，以及实时时钟模块运行的原理和声控光控报警系统模块的原理。

系统的硬件部分由以下几个模块组成：STC90C51单片机、4×2键盘模块、LCD1602液晶显示屏幕模块、声光报警模块、HC-05蓝牙模块。其中LCD1602液晶显示屏幕模块可以实现实时日期、时间显示功能，键盘模块可以实现对时间、药物用量的设置，声光报警模块可以实现定时时间的提醒，HC-05模块建立单片机与手机之间的链接。

其中系统实现的基本功能具体如下：

（1）显示

采用LCD1602液晶屏幕显示实时日期时间、用药种类及用量等。

（2）定时时间与用药量的设定

系统将在LCD屏幕上显示并实现三种药物用量以及时间的定时设置，分别通过键盘模块中的七个按键完成。

其中七个按键的功能具体为：一个设置键，记为k1，负责进入设置状态；一个功能键记为k2，负责进入三种药品的用药量设置状态；两个调节键，分别记为k7、k8。其中k7的作用为药量增加1，k8的作用为药量减少1。三次定时对应的三个定时按键k4、k5、k6，按下即可停止蜂鸣器鸣警报。

（3）实时时间调节

实时时间通过三个按键进行调节，一个为设置键，记为k1,负责进入时间设置状态；另外两个个为调节键，记为k2、k3。其中k2的作用为增加时间，k3为减少时间。

（4）报警功能

系统内部程序存储器中，自动将系统时钟模块运行的实时时间与定时时间进行对比判断，在两者一致的情况下，蜂鸣器警报响起，且根据需要的服用药物种类，同时对应的LED发光二极管将持续闪烁。

本设计以STC90C516RD+单片机作为核心主控芯片，在本文中主要介绍系统复位电路以及内部振荡电路的原理。其中LCD1602屏幕显示模块则负责时间、日期、药物种类、用药量等设置[4]，将简单介绍其原理组成、指令时序。由LED发光二极管与蜂鸣器电路组成的声光报警系统中，以蜂鸣器警报为主，LED则起到辅助报警功能。系统的基本原理为：各模块驱动程序运行后，系统主程序调用单片机和按键扫描子程序，将扫描结果发送给系统数据更新程序，反馈给LCD1602液晶屏幕显示模块，从而实现按键的输入信息显示功能。在声光报警电路中，程序将调用单片机细分读取数据并输入报警时间。

时间设置用三个按键完成，一个功能按键k1，两个调节按键k2、k3，在屏幕时间显示界面，按下功能按键后即可进入时间设置状态，两个调节按键k2、k3分别为时间增加1、减少1，最后按下功能按键直至退出设置状态，时钟开始工作。

药品用量设置用四个按键完成，两个功能按键，两个调节按键。其中一个功能键作用为屏幕由时间显示转换到药量显示，另一个即进入、退出设置状态。两个调节按键分别为药量增加1、减少1。

声光报警系统中，停止蜂鸣器警报与LED发光二极管的闪烁需要使用到三个按键，分别对应三种药物，按下即可停止；如果没有按下相应按键，则将在一分钟后，程序判定实时时钟超过固定时钟，即实时时间超过定时时间，判断结果为时间不相等，系统自动退出报警程序。

除了复位电路模块，在此次的单片机的应用系统中，按键键盘模块部分也是不可或缺的。键盘是计算机全部操作中使用的输入设备之一，通过用手指按压键盘按钮——通常按钮上附有对应文字标签，向计算机发送文字信号等。

键盘的开关主要有膜合开关、机械开关、电容无接点方式，其中，膜合开关和机械开关是完全数字的开关，只有触点关闭或触点打开两种状态。

本系统键盘电路共由8个按键按钮组成，并根据4×2的格式进行布局焊接。

按下键帽时，内置的电路成为闭路，电流流动，作为电信号被编码器读取并作为数字信号输入到单片机系统中。

本次系统所采用的是电磁式蜂鸣器，是利用电磁线圈对蜂鸣片的作用而发声，相对于压电式蜂鸣器，其运作时所需要的电压较低。

发光二极管是二极管的一种，与荧光灯、白炽灯泡等许多其他光源不同，LED会产生偏向特定波长的光。因此，有时由于不包含亮度所需要的波长的光，所以不能得到充分的效果。但LED结构简单，可以大量生产，从而价格相对白炽灯、荧光灯较为低廉，在当今市场上被广泛应用[5]。虽然LED对高温缺乏耐受性，其半导体的材质有可能因电路产生问题而发生故障，但其由于不使用灯丝，重量轻且耐冲击性强，由此可知寿命比白炽灯长。并且与需要稳定器的荧光灯相比，LED的电路比较简单。

发光二极管与其他一般二极管一样具有极性，在阳极上加正电压用于阴极，即电源正极与发光二极管的正极相连，阴极同理，此时将该电路中的电压称为“正向下降电压”。与一般将硅用作主原料的二极管相比，发光二极管的正向下降电压高。

时钟模块

单片机中，具有处理时间和一定周期等形式的时间相关功能的是定时/计时器。本次设计采用的是DS1302时钟芯片作为系统的定时/计时器，通过传送多个字节的时钟信号或RAM数据，对年月日期及时分秒进行计时。

时钟信号是指在电子基板和半导体芯片等内部，为了使多个电子电路发送接收信号的定时一致，有规则地被刻上的电信号。通过这样的信号使各电路的动作同步的方式称为时钟同步设计。信号的形式有几种，但最简单的时钟信号每隔一定的时间切换高电压和低电压，将电压从上升到下一个上升的时间（或从下降到下一个下降的时间）称为“时钟周期”，每单位时间的周期数 “时钟频率”。时钟频率越高，越能高速处理和收发数据。

时钟信号是由内置水晶和陶瓷振子的时钟振荡电路发出的，通过专用的信号线提供给各电路。虽然基板上的芯片或电路根据单个时钟进行操作，但是也可以仅在诸如CPU之类的特定芯片内以来自外部的信号的数倍的时钟信号高速工作。

蓝牙模块

无线通信主要是利用电波进行的电子通信，而使用电缆等作为传输线的通信称为有线通信。蓝牙是无线通信技术之一。使用超短波2.4GHz带宽，无线连接近距离的数字设备[7]。

蓝牙是一种只有小基础和电池的小型轻量装置，与Wi-Fi等无线LAN相比，价格与功耗较低，并且对于开发者来说具有较为容易理解的数据模型，在此基础上可以自由扩展功能，应用于各种服务。

系统软件设计

系统主程序

当本系统主程序运行在不同阶段时，在系统逐步完成各个功能模块的初始化之后，将进入程序的循环状态，即此时系统正在运行扫描程序。之后根据所需，按下键盘模块上的按钮，向系统输入信息，于是系统内置的程序存储库中将信息命令判断并执行，这些操作完成之后LCD1602液晶显示屏将实时显示输入信息，同理可实现定时提醒、设定三种药物的剂量。

按键函数

系统中的八个按键分别具有不同的职能，以下主要介绍设置键k1、功能键兼调节键k2、k3、调节键k7、k8：

（1）设置键，当屏幕显示实时时间时，按下即进入设置状态，同理可退出设置状态。

（2）在屏幕时间设置状态下，k2作为调节键，起到时间增加1的作用；相反，未进入时间设置状态时，k2作为功能键，按下即进入药量显示状态，此时可对三种药物的用量进行设置。同理，k3作为调节键时起到时间减少1的作用，作为功能键时可切换时间的显示。

（3）调节键k7为药量增加1，则k8为药量减少1。

中断服务函数

在正常程序运行中，中断处理作为CPU的硬件功能实现，强制中断正常程序的执行。例如，从LED发光二极管闪烁这样简单的处理到在多任务操作系统中，有时必须停止程序的长时间运行。而在本系统时钟模块中，这种情况出现时将利用定时器中的中断子函数进行处理。

作品展示

电路焊接完成得到单片机成品之后，经过对软件程序的设置并烧入，硬件成品上的键盘模块便可实现按键输入功能，对LCD1602屏幕上的时间进行设置与时间的定时，以及对屏幕时间显示内容进行切换显示为三种药品的用量界面，进行用量设置。完成以上步骤之后退出设置状态，系统便会按照设定的数值进行工作，然后在运行时判断是否启动报警程序。

LCD1602液晶屏幕时间显示界面如图25所示，在当前显示界面图中，第一行为日期，其中THU为英文Thursday的缩写，表示2022年4月13日为星期四；第二行为实时时间显示，采用24小时制，其显示分别为小时、分钟、秒.

测试药定时提醒功能

单片机实物上的键盘模块按钮按从左至右，先第一行后第二行的顺序命名为k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8。

如图28所示，按下k1或手机屏幕显示上的“按键①”，进入设置状态，，在此将单片机实时显示时间设定为16:59:54（24小时制）

再次按下如上相同位置的按键，直至进入定时时间设置状态，“SET TIME1”即第一次定时时间，在此将其设定为17:00。

最后按下如上相同位置按键，直至退出时间设置状态，此时按下k2或“按键②”后LCD1602屏幕显示DRU1、DRU2、DRU3即三种药物的用量。而后用同上的按键进入设置状态。手机软件显示界面中， “药量加”即k7、“药量减”即k8。默认状态下三种药物用量均为零，需手动设置。到达定时时间时，用量不为一的情况下，声光报警系统发出提醒警报。如图30所示，将药物一用量设定为3，药物二用量为2，药物三用量为1。最后退出设置状态。

定时时间到，根据设定，如图31所示单片机上三盏LED灯闪烁同时伴随蜂鸣器警报响起。同理，若设定需服用药物种类用量仅为两种或一种，则LED闪烁对应两盏灯或一盏灯。

按下k2切换LCD屏幕显示药物种类及用量；或如图33所示，按下手机显示屏幕上名为“按键②”的按钮也能达到此目的。

完整代码

#include "common.h"
#include "DS1302.h"
#include "lcd1602.h"
#include "uart.h"
#define UART_RX_BUF  RX1_Buffer
sbit LED1 = P3^2;
sbit LED2 = P3^3;
sbit LED3 = P3^4;
sbit BEEP = P2^0;
uchar sec, min, hour, day, month, week, year;sbit   p_r=0;
bit   displayMode=0;
uchar setn=0;
unsigned char bobao = 0;
unsigned char Dosage1=0;
unsigned char Dosage2=0;
unsigned char Dosage3=0;
uchar tx1_shi = 8,tx1_fen = 0;
uchar tx2_shi = 12,tx2_fen = 0;
uchar tx3_shi = 19,tx3_fen = 0;
uchar REMINDFLAG = 0x00;
void Timer0Init(void)
{TMOD |= 0x01;TL0 = 0x00;  TH0 = 0x4C;ET0 = 1;TR0 = 1;EA = 1;
};void write_week(uchar week)
{lcd_write_com(0x80+12);switch(week)
{
case 1:lcd_write_data('M');lcd_write_data('O');lcd_write_data('N');break;
case 2:lcd_write_data('T');lcd_write_data('U');lcd_write_data('E');break;
case 3:lcd_write_data('W');lcd_write_data('E');lcd_write_data('D');break;
case 4:lcd_write_data('T');lcd_write_data('H');lcd_write_data('U');break;
case 5:lcd_write_data('F');lcd_write_data('R');lcd_write_data('I');break;
case 6:lcd_write_data('S'); lcd_write_data('T');lcd_write_data('A');break;
case 7:lcd_write_data('S');lcd_write_data('U');lcd_write_data('N');break;}
lcd_write_data(' ');
}void displayTime()
{
lcd_write_com(0x80);
lcd_write_data(' ');
lcd_write_data('2');
lcd_write_data('0');
lcd_write_data(year/10+0x30);
lcd_write_data(year%10+0x30);
lcd_write_data('-');
lcd_write_data(month/10+0x30);
lcd_write_data(month%10+0x30);
lcd_write_data('-');
lcd_write_data(day/10+0x30);
lcd_write_data(day%10+0x30);
lcd_write_data(' ');write_week(week);
lcd_write_com(0x80+0x40+4);
lcd_write_data(hour/10+0x30);
lcd_write_data(hour%10+0x30);
lcd_write_data(':');
lcd_write_data(min/10+0x30);
lcd_write_data(min%10+0x30);
lcd_write_data(':');
lcd_write_data(sec/10+0x30);
lcd_write_data(sec%10+0x30);
}void Run_DS1302(void)
{v_W1302(0x8f, 0);sec = bcdtodec(uc_R1302(0x81)); v_W1302(0x8f, 0);min = bcdtodec(uc_R1302(0x83)); v_W1302(0x8f, 0);hour = bcdtodec(uc_R1302(0x85)); v_W1302(0x8f, 0);day = bcdtodec(uc_R1302(0x87));    v_W1302(0x8f, 0);month = bcdtodec(uc_R1302(0x89));v_W1302(0x8f, 0);week = bcdtodec(uc_R1302(0x8b));v_W1302(0x8f, 0);year = bcdtodec(uc_R1302(0x8d));if(!displayMode)displayTime();
}void displayDosage()
{if(Dosage1==0){lcd_write_char(1,1,'-');lcd_write_char(2,1,'-');}else{lcd_write_char(1,1,Dosage1/10+'0');lcd_write_char(2,1,Dosage1%10+'0');}
if(Dosage2==0)
{lcd_write_char(7,1,'-');lcd_write_char(8,1,'-');}
else{
lcd_write_char(7,1,Dosage2/10+'0');
lcd_write_char(8,1,Dosage2%10+'0');}
if(Dosage3==0)
{lcd_write_char(13,1,'-');lcd_write_char(14,1,'-');
}
else
{lcd_write_char(13,1,Dosage3/10+'0');lcd_write_char(14,1,Dosage3%10+'0');
}
}//灯状态
void LedState()
{if(REMINDFLAG&0x01)LED1=0;else
LED1=1;
if(REMINDFLAG&0x02)
LED2=0;
else
LED2=1;
if(REMINDFLAG&0x04)
LED3=0;
else LED3=1;
}//按键扫描
void keyscan()
{
uint nian_temp;
if(P1==0xFE || strstr(UART_RX_BUF,"k1")!=NULL)
{
delay_ms(30);
if(P1==0xFE || strstr(UART_RX_BUF,"k1")!=NULL)
{
memset(UART_RX_BUF, 0, COM_RX1_Lenth);
RX1_RxCounter = 0;
bobao = 0;
setn++;
if(!displayMode
{
if(setn > 13){setn = 0;
lcd_write_com(0x0c);
lcd_clear();}
if(setn == 1)
{bobao = 0;displayTime();lcd_write_com(0x80+4);lcd_write_com(0x0f);}if(setn == 2){lcd_write_com(0x80+7);lcd_write_com(0x0f);
}
if(setn == 3)
{lcd_write_com(0x80+10);lcd_write_com(0x0f);
}
if(setn == 4)
{lcd_write_com(0x80+14);lcd_write_com(0x0f);
}
if(setn == 5)
{lcd_write_com(0x80+0x40+5);lcd_write_com(0x0f);
}
if(setn == 6)
{
lcd_write_com(0x80+0x40+8);
lcd_write_com(0x0f);
}
if(setn == 7)
{lcd_write_com(0x80+0x40+11);lcd_write_com(0x0f);
}
if(setn == 8)
{lcd_write_str(0,0,"   SET TIME 1   ");lcd_write_str(0,1,"      00:00     ");lcd_write_com(0x80+0x40+6);lcd_write_data(tx1_shi/10 + 0x30);lcd_write_data(tx1_shi%10 + 0x30);lcd_write_data(':');lcd_write_data(tx1_fen/10 + 0x30);lcd_write_data(tx1_fen%10 + 0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+7);lcd_write_com(0x0F);
}
if(setn == 9)
{lcd_write_com(0x80+0x40+10);lcd_write_com(0x0F);
}
if(setn == 10)
{lcd_write_str(0,0,"   SET TIME 2   ");lcd_write_str(0,1,"      00:00     ");lcd_write_com(0x80+0x40+6);lcd_write_data(tx2_shi/10 + 0x30);lcd_write_data(tx2_shi%10 + 0x30);lcd_write_data(':');lcd_write_data(tx2_fen/10 + 0x30);lcd_write_data(tx2_fen%10 + 0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+7);lcd_write_com(0x0F);
}
if(setn == 11)
{lcd_write_com(0x80+0x40+10);lcd_write_com(0x0F);
}
if(setn == 12)
{ lcd_write_str(0,0,"   SET TIME 3   ");lcd_write_str(0,1,"      00:00     ");lcd_write_com(0x80+0x40+6);lcd_write_data(tx3_shi/10 + 0x30);lcd_write_data(tx3_shi%10 + 0x30);lcd_write_data(':');lcd_write_data(tx3_fen/10 + 0x30);lcd_write_data(tx3_fen%10 + 0x30);lcd_write_com(0x80+0x40+7);lcd_write_com(0x0F);
}
if(setn == 13)
{ lcd_write_com(0x80+0x40+10);lcd_write_com(0x0F);}
}
else{if(setn > 3){setn = 0;lcd_write_com(0x0c);}
if(setn == 1) {lcd_write_com(0x80+0x40+2); lcd_write_com(0x0f); }
if(setn == 2) {lcd_write_com(0x80+0x40+8); lcd_write_com(0x0f);}
if(setn == 3) {lcd_write_com(0x80+0x40+14);lcd_write_com(0x0f);}}while(P1==0xFE);}
}if(P1==0xFD || strstr(UART_RX_BUF,"k2")!=NULL){delay_ms(20);
if(P1==0xFD || strstr(UART_RX_BUF,"k2")!=NULL){ memset(UART_RX_BUF, 0, COM_RX1_Lenth);
RX1_RxCounter = 0;
if(setn == 0)
{displayMode=1;lcd_clear();if(displayMode)
{
lcd_write_str(0,0,"DRU1| DRU2 |DRU3");
lcd_write_str(0,1,"    |      |    ");
displayDosage();}
}
if(!displayMode){ if(setn == 1){year++;if(year == 100)year = 0;
Write_DS1302Init(year,month,day,week,hour,min,sec);
nian_temp=2000+year;
if((nian_temp%400==0)||((nian_temp%100!=0)&&(nian_temp%4==0)))p_r=1;
elsep_r=0;
displayTime();
lcd_write_com(0x80+4);
lcd_write_com(0x0f);
}
else if(setn == 2)
{
month++;
if(month==13) month=1;
if((month==4)||(month==6)||(month==9)||(month==11))
{
if(day>30)day=1;
}
else{if(month==2) {if(p_r==1) {if(day>29) day=1; }else{if(day>28) day=1; }}}
Write_DS1302Init(year,month,day,week,hour,min,sec); displayTime();
lcd_write_com(0x80+7); lcd_write_com(0x0f);} else if(setn == 3)
{ day++;if((month==1)||(month==3)||(month==5)||(month==7)||(month==8)||(month==10)||(month==12)) {if(day==32) day=1;}
else{if(month==2){if(p_r==1){if(day==30) day=1;}else{if(day==29)day=1;}}
else{if(day==31)day=1; }}Write_DS1302Init(year,month,day,week,hour,min,sec);displayTime();lcd_write_com(0x80+10);