基于单片机的的智能药盒的设计 - 图文

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摘要

随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对生活的健康质量也追求越来越高，为了方便老年人吃药，结合当前智能药盒蓬勃的发展状况，本文介绍了一种基于单片机的家庭用智能药盒的设计。首先，本文介绍了此系统所涉及的硬件的结构和工作原理，主要包括STC90C51单片机、LCD1602液晶和单片机的定时/计数器。其次，介绍了系统硬件的模块化设计和软件的编程思想。最后是对系统进行调试之后得出最后的结果。在第一部分着重介绍了单片机的各项参数、内部结构、引脚功能，LCD1602的硬件电路、显示原理和各项命令，定时/计数器和蜂鸣器原理的简单介绍。在第二部分则系统地介绍了各模块之间的运作模式和工作流程。最后调试完善后得到的系统运行基本模式为：系统基于单片机控制，通过对单片机STC90C516定时器中断的设计，使其完成对时钟运行的控制，并通过LCD1602液晶显示出来。当系统检测到有时间设置功能键或用药设置功能键有输入时，进入关中断调时及设置状态，之后开中断并按下定时键记录当前设置的时间及用药量的值。在调节好系统时间之后，系统时间向前运行的过程中不断将系统实时时间与记录时间作比较，两者相等时发出警报并显示所设置的用药量，一分钟后系统实时时间与记录时间不在相等则自动退出提醒，如此实现每天四次用药及每次四种用药服用量的提醒，比较适合普通家庭使用。

关键词：智能药盒； STC90C516； 时钟； 1602显示

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Abstract

With the development of society and people's living standards improve,more and more people pursue a higher level of health.In order to facilitate the old to take medicine,in combination with the vigorous development situation of smart pillbox,this paper introduces a design of domestic smart pillbox based on STC90C516 SCM(Single chip microcomputer).First,this paper introduces the system structure and working principle of hardware involved,mainly includes SCM,LCD1602 and the counter timer of the SCM.Secondly,the paper introduces the system hardware modular design and soft programming ideas.Finally,get the final result after debugging.The first part introduces the various parameters of SCM,the internal structure and pin functions,as well as hardware circuit and various commands of LCD1602,the principle of LCD1602,counter timer and buzzer.The second part introduces the operation model and work process between each module systematically.After the completion of debugging,the system basic operation mode is:the system is based on STC90C516,through the design of STC90516 timer interrupt,the system control the clock running forward,and display the time on the LCD1602.When the system detects that the time setting keys or the dosage keys have input,close the interrupt and setting the value of time or dosage,then open the interrupt and press the time-setting keys down to record the time and dosage,As the system time running forward,comparing record time with the current time,when two values are equal activate the alarm and display the dosage value,a minute latter,the two values are not equal,the system close the alarm,this is the way of reminding a person to take four kinds of medicine four times a day it`s suitable for ordinary families.

Key words: smart pillbox STC90C516 clock LCD1602

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目录

摘要 ...................................................................... I Abstract ................................................................. II 1 绪论 .................................................................... 1

1.1 选题目的和意义 .................................................... 1 1.2 目前智能药盒的现状 ................................................ 1 1.3 本文的结构 ........................................................ 2 2 系统总体方案设计 ........................................................ 3

2.1 设计要求 .......................................................... 3 2.2 总体设计思路 ...................................................... 3 2.3 系统结构设计 ...................................................... 5 3 硬件电路的设计 .......................................................... 6

3.1 单片机最小系统 .................................................... 6

3.1.1. STC90C51RC/RD+系列单片机简介 ............................... 6 3.1.2. 晶振电路 ................................................... 9 3.1.3. 复位电路 .................................................. 10 3.2 显示电路 ......................................................... 11 3.3 键盘电路 ......................................................... 13 3.4 蜂鸣器报警电路 ................................................... 14 3.5 发光二极管电路 ................................................... 14 3.6 定时模式装入初值的计算 ........................................... 15 4 系统软件设计 ........................................................... 16

4.1 系统主程序 ....................................................... 16 4.2 系统软件子程序 ................................................... 18

4.2.1. 按键扫描子函数 ............................................ 18 4.2.2. 中断子函数 ................................................ 19

5 系统的调试 ............................................................. 20

5.1 软件调试 ......................................................... 20 5.2 硬件调试 ......................................................... 21 5.3 调试结果 ......................................................... 24 6 结论与展望 ............................................................. 26

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致谢 ..................................................................... 27 参考文献 ................................................................. 28 附录1 系统单片机与按键电路图 ............................................ 29 附录2 系统报警与显示电路图 .............................................. 30 附录3 编程程序 .......................................................... 31

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1 绪论

1.1 选题目的和意义

很多老年人随着年龄的增长，都有健忘的毛病，对于这些老年人来说在生病的时候甚至是日常生活中按时吃药是一个难题，如果需要在不同时间吃不同的药，几乎很难独立完成，这次的毕业设计题目所指的智能药盒就是针对这些老年人所设计的，是一种为了方便老年人服药而设计的药物存储容器，它可以更好地管理高龄人群吃药麻烦的问题，根据对老年人每天吃药的时间进行定时，来实现一天内对老年人每天三次或更多次的定时提醒，提醒使用者服用多种药物中的一种或多种，以帮助人们改掉不按时吃药的坏习惯。

1.2 目前智能药盒的现状

现状是刚刚起步，主要针对老年人，但随着对这种刚性的市场需求认识的加深，市场一定会迎来一个发展热潮。

一开始出现的便携小药盒，造型简单，容量小，不能满足人们的需求，于是，随即又发展出现了大容量且功能齐全的药盒。随着逐渐更新完善，发展出现了造型多样的全新设计的人性化智能电子药盒，易操作，能定时，更简单。为更多人带来了便利。电子药盒不仅用于收纳不同的药片，还可以放置保健品，这样也就拓展了电子药盒的消费对象，扩大了消费群体，提升电子药盒的使用价值。

以前大多电子药盒的电路通常由分立的数字电路器件组成，不仅功能单一，而且重量和体积都较大，特别是功耗大，提高了使用成本，因而具有很大的局限性。所以更加智能的电子药盒成为新的需要。

近几年，随着单片机技术的快速发展，以单片机为核心的大规模集成电路在各种产品中得到了极其广泛的应用。而以单片机为核心的数字电路正是由于具有功能丰富，体积小，功耗低等优势，符合电子药盒这一产品的特点，具有极大的市场潜力和开发价值。 如今电子药盒在选择机型的过程中综合考虑单片机性能体积和产品耐用性等因素，正向微型化，智能化的方向发展。

一切科技都是为了服务人们更好的生活。鉴于目前不少老年人苦于用药的合理管理和定时服用，智能的药品管理系统正是大众所需。

近几年，随着单片机技术的快速发展，以单片机为核心的大规模集成电路在各种产品中得到了极其广泛的应用。而以单片机为核心的数字电路正是由于具有功能丰富，体积小，功耗低等优势，符合电子药盒这一产品的特点，具有极大的市场潜力和开发价值。

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1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VCC接5V正电源。

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生重影，使用时可以通过一个1K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7~14脚：D0~D7为8位双向数据线。 第15~16脚：背光灯电源。

LCD1602指令与时序说明如下 ：

表 3-1 LCD1602指令表

数据位 RS 命令 RW DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 归位 0 0 0 0 0 0 0 0 0 * 输入方式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 显示开关 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光标、画面 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 功能设置 0 0 0 0 1 DL N F * * CGRAM地址 0 0 0 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 DDRAM地址 0 0 1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 读BF及AC 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0

写数据 1 0 数 据

读数据 1 1 数 据

LCD1602在工作的过程中，在数据线上传送数据时，需将传送数据在数据线上持续一小段时间，保证单片机的P0口数据传送或接收成功，其基本操作时序如表 3-2所示：

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表 3-2 LCD1602基本操作时序

操作 读状态 写指令 读数据 写数据

输入 RS=L，R/W=H，E=H

RS=L，R/W=L，D0～D7=指令码，E=高脉冲

RS=H，R/W=H，E=H

RS=H，R/W=L，D0～D7=数据，E=高脉冲

输出 D0～D7=状态字

无 D0～D7=数据

无

3.3 键盘电路

在单片机应用系统中，除了复位按键外，还需要其他按键，即键盘按键，以便控制系统的运行状态或向系统输入运行参数。键盘电路一般由键盘接口电路、按键（由控制系统运行状态的功能键和向系统输入数据的数字调节键组合）以及键盘扫描程序等部分组成。本系统键盘电路共有8个按键组成，按4×2的格式布置。键盘的电路连接如图 3-6所示：

图 3-6 系统按键电路连接图

键盘的工作原理是：按下键帽时，按键内的复位弹簧被压缩，动片触点与静片触点相连，按键接通，相应键向单片机端口发送一个低电平，松开键帽，按键断开。

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3.4 蜂鸣器报警电路

系统中单片机的P2.3脚与蜂鸣器相连，开启蜂鸣器功能。当单片机的管脚输出固定频率电平时蜂鸣器响起。声音是由振动所产生的，一定频率的震动就产生了一定频率的声音，其电路连接图如图 3-7所示：

图 3-7 蜂鸣器电路连接图

一般情况下，P2.3脚处于高电平，当系统进入报警时间时，单片机控制P2.3脚输出一定频率方波，蜂鸣器振动发声，实现声音报警功能。

3.5 发光二极管电路

发光二极管在系统中结合蜂鸣器报警同步作用，其电路连接如图 3-8所示：

图 3-8 发光二极管电路连接图

发光二极管一端接电源供电，通过电阻与单片机P2.4脚连接，一般情况下，P2.4

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为高电平，发光二极管处于熄灭状态，当进入报警时间时，P2.4脚降为低电平，发光二极管导通亮起，其中的电阻起到对通过二极管的电流的调节作用，使得二极管正常发光。

3.6 定时模式装入初值的计算

对于定时模式，是对机器周期计数，而机器周期与选定的主频密切相关。因此，需根据应用系统所选定的主频计算出机器周期值。现在以主频12MHz为例，则机器周期为

一个机器周期?实际定时时间Tc = x×Tp。

式中Tp为机器中期，Tc为所需定时时间，x为所需计数次数，x为所需计数次数。Tp和Tc一般为已知值，在求出Tp后即可求得所需计数值x，再将x求补码，即求得定时计数初值。即

（x）补?2n?x

例如设定时时间为Tc =5ms，机器周期Tp=1μs ，可求得定时计数次数

x?1212??s?1?s

主振频率12?1065ms?5000次 1μs设选用工作方式1，则n=16，则应设置的定时时间计算出值为 （x）补?216?x?65536?5000?15536

还需将它分解成两个8位十六进制数，分别求得低8位为B0H装入TLx，高8位为3CH装入THx中。

工作方式0、1、2的最大计数次数分别为8192、65536和256。

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4 系统软件设计

本软件所实现的功能是：单片机检测按键的输入信息，并实时地显示在LCD1602上，在系统记录下四次用药时间和每次的用药量之后，调节好系统时钟后系统开始运行，在运行的过程中，单片机将定时的四个时间与系统的实时时间相比较，相等时即报警，并显示此次用药的服用量。主程序调用子程序，子程序之间又嵌套调用，总之，各元件所对应的子程序在主程序的调用驱动作用下，协调运行工作，共同实现实现药盒的系统功能。

各个程序模块的结构如图 4-1所示：

初始化子程序键盘扫描子程序数据刷新子程序系统主程序中断子程序

图 4-1 各程序模块结构图

4.1 系统主程序

主程序模块主要完成控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，也可经两重或多重嵌套调用子程序，主程序下辖多个子程序模块，系统通过运行主程序将各个子程序模块的功能协调实现。整个的系统运行在主程序的无尽循环中，不断地进行运算操作，实现各阶段的相应功能。

在本系统的主程序中，随主程序运行到不同的阶段，主程序要在时钟的驱动下，首先完成对系统各个模块的初始化，之后进入到循环当中；在进入到循环后对键盘扫描子程序进行调用，扫描键盘输入信息，经运算后调用数据刷新子程序将输入信息实时地显示在LCD1602上，实现四次时间定时和和每次用药服用量的设定，然后完成对实时时间的调节；当实时时钟向前运行时，将定时时间与系统实时时间作比较，两者相等时则进入报警程序。 主程序流程如图 4-2所示：

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时间定时与用药量记录功能，然后加入定时显示提醒功能，最后完成蜂鸣器的声音报警提醒功能。

系统硬件的验证过程随系统软件的完善过程可分为以下几个阶段：

1、连接LCD1602模块到最小单片机系统，烧录程序，验证LCD1602的显示功能，并随软件的修改完善，LCD1602最终正常显示。

2、连接4×2键盘到系统中，随软件的不断完善。逐步启用8个按键。 3、连接LED发光二极管到系统中，并代替蜂鸣器验证定时和报警功能。 4、连接蜂鸣器到系统中，并在系统中添加相应的驱动程序，验证系统的声音报警功能。

系统的按键模块硬件实物图如图 5-3所示：

图 5-3 系统按键模块硬件实物图

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系统单片机最小系统如图 5-4所示：

图 5-4 单片机最小系统硬件实物图

随系统软件功能的增加，逐步向系统中添加其他功能模块，最后添加系统的报警功

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能模块，报警模块硬件实物图如图 5-5所示：

图 5-5 报警模块硬件实物图

5.3 调试结果

电路焊接完成后，经简单调试后，系统可以根据按键的输入信息正常的调节时间和用药量，并且在有定时键按下时，记录当前的显示内容。在调节好系统的时钟之后，最后一次按下系统时钟调节功能键，系统在调节好的时钟时间基础上向前运行，在报警时

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间到来时系统可以正常的发出声光的报警信息，同时显示设定的用药量，并在以后每天的同一时间再次运行到该时间时启动相同的报警程序。

LCD1602显示界面如图 5-6所示：

图 5-6 LCD1602显示界面图

在LCD1602显示界面图中，第一行显示第二行的功能，dsg为英文dosage的缩写，表示用量，共4个数据，表示四种药的用量，其调节范围为0~9；其后为时间显示区，采用24小时制。

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6 结论与展望

本系统以STC90C516为中心，具有LCD1602时间显示、四次定时、蜂鸣器提醒用药时间、显示四种药物用药量的功能。所使用的STC90C516系列单片机抗干扰能力超强，低功耗，高可靠。本系统只需一次设置，在使用过程中不需再进行除服药外的任何操作。本设计主要完成的工作有：

1、通过单片机内部定时器运行的时钟。 2、使用LCD1602同步显示时间。

3、使用LCD1602将按键输入信息实时显示在显示屏上，包括时间调整，用药量的调整，追求防呆设计。

4、按键完成对四次时间的定时。

5、蜂鸣器在系统设定时间进行声光信号的报警。

随着近年来我国人口老龄化的日益严重以及人们在健康观念上的日益重视，电子药盒已成为一个很具有现实意义和使用价值的电子装置，从本文的课题方向出发，还可以精化以下几个方面的工作:

1、从智能药盒的外形来看，家庭用的智能药盒还可以在系统的外部更加的简化，减少使用所需的按键，配置其他更合适更实用的显示模块降低资源耗费，并沿用一次设置而使用过程不用进行其他操作的思想，简化使用负担。

2、从系统的内部程序来看，本系统囿于我的水平和能力未能将系统程序的逻辑和算法优化到更高水平，该系统可进一步优化算法，使用更低级更便宜的单片机，降低系统所需的成本。

3、从系统功能来看，本系统还便于添加其他的应用，如集成DS1302添加类似万年历的功能，集成测温模块添加对家庭室内温度的监测功能等，可以更充分的的利用单片机的资源，并增加系统的可用性。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xl06.html