基于RFID的智能药盒设计

秦海亮 戈力娟 汪亨 刘宇恒 张皓然 桑晓凯

摘要：本文设计的基于RFID的智能药盒以STM32单片机作为核心控制器，采用RC522射频刷卡模块读取IC卡在刷卡后会利用LCD1602液晶显示屏显示药名，用户可以实现通过按键设置系统时间及吃药时间，在吃药时间到后蜂鸣器发出提醒的效果。

关键词：单片机;RFID;智能药盒

1 设计背景

随着人们的年龄增大，避免不了身体的各方面技能都有所下降，抵抗力也会随之下降，导致各种疾病的发生，有一种疾病就是健忘症，学名叫阿尔兹海默症，人们常说的老年痴呆。由于现在环境不好，许多的老人都有些病痛难免要用药物来维持[1]。但是很多的老人对于吃药的时间就会忘记，需要其他人提醒才会想起来，但是不是时时刻刻身边都有人提醒老人去吃药，而且吃药并不是只吃一种药，现在的药品都是互相搭配，对于记性不好的老人来说很难记住应该吃哪些药以及药量，这也给老人造成了很大的困扰。智能药盒可以根据个人的作息时间来设定时间，也不仅仅只是体现在吃药方面，还可以提醒其他要做的事情，而且药盒的容量也随之扩大，可以放置更多的药品[2]。这样的药盒更加符合市场的需求，也更加具有实用价值。

2 研究内容

本文所介绍的基于RFID的智能药盒系统，运用单片机技术，可以设置每天早中晚三次吃药的时间和药物种类以及剂量，当吃药时间到了灯闪烁，当药盒打开，语音播报药物及剂量，并可判断老年人是否按时吃药，如果未按时吃药可以将提醒信息发送给老人的监护人。在文中对系统的软件、电路和实物功能、测试等都做了详实的介绍，根据现在老人健忘症的人数较多，照顾自己不便，因此本次设计结合单片机与OneNET平台来实现智能提醒。

3 系统硬件设计

3.1单片机最小系统电路设计

基于RFID的智能药盒系统中，将STM32F103C8T6单片机作为了核心的开发平台，在烧录程序时可以反复修改、擦除。STM32F103C8T6单片机最小系统电路由复位、起振和电源组成。

3.2显示电路设计

基于RFID的智能药盒系统采用LCD1602液晶显示屏显示当前的时间。LCD1602液晶显示屏的显示原理也是利用了所有液晶显示屏的统一特性，通过手册的指令集和时序图就可以了解到LCD1602的显示原理，实现内容的显示。LCD1602液晶显示屏与STM32F103C8T6单片机从电路上的连接来看是很简单的，引脚VSS负极与引脚VDD电源正极都要分别与单片机电路中的地和电连接，其中LCD1602液晶显示屏的V0引脚连接了10K的可调节的滑动变阻器，在连接后可以调节这个滑动变阻器实现调节显示屏的电压，从而控制显示屏的分辨率和背光亮度。而与单片机的PB8口和PB15口相连接的8个引脚是显示屏的数据线，用于显示数据。另外的RS引脚、RW和EN引脚都是用于读写、使能等作用的引脚，实现LCD16032液晶显示屏电路的连接。

3.3 RFID模块电路设计

系统采用RC522 射频刷卡模块采用刷卡的方式读取药名，每一张IC卡对应一种药品名称，在刷卡后会显示药品名称。RC522刷卡模块，其电路很容易，采用3.3V电压供电，但是本系统的供电电源为5V，因此需要变压模块将5.5V电压转为3.3V。模块的RST引脚与单片机P3.3口相连，MISO引脚与单片机的P3.4口相连，MISO、 MOSI、SCK、SDA引脚依次与单片机的PA3、PA2、PA1及PA0口相连，8引脚和GND引脚与变压模块相连接。

3.4 按键电路设计

独立按键的原理就是通过电平的变化来判断被按下的按键，在按键被按下的时候，与单片机连接时，单片机的I/O口都会有上拉电阻，如果这个I/O接口输出了高电平，在我们按下了这个按键后这个I/O口的电平就会自动变成低电平，因此通过代码中来判断I/O口的高低电平状态就可以了解到按键是否被按下。

3.5 声光报警电路设计

在基于RFID的智能药盒系统设计中，在吃药时间到后就会通过蜂鸣器与LED报警电路发出声光报警，提示用户吃药。在单片机的电路中，我们主要采用三极管的截止区和饱和区实现开关的功能。NPN类型的驱动电路，在高电平的情况下有效，就是当单片机的I/O口输出的是高电平的情况下蜂鸣器会发出声响;PNP型的驱动电路在低电平的情况下有效，就是单片机的I/O口输出低电平的情况下蜂鸣器发出声响。

3.6 与ONENET通信电路设计

由于要将老人吃药的时间、药名以及用量发送到OneNET网络平台，家属通过OneNET即可了解到老人的吃藥情况，而与OneNET的功能是利用ESP8266 WIFI模块实现的。ESP8266 WIFI模块与OneNET利用TCP的协议连接方式进行连接，在建立好WIFI热点后，通过手机搜索对应的热点名称，输入密码后就可以连接。

4 系统软件设计

本系统中选用的KEIL软件开发软件内部就包含了各种接口软件、开发工具组和环境的数据库等支撑代码编写的各类工具。

4.1 系统主程序设计

（1）初始化程序，在系统程序中包括对RFID射频模块、显示屏及串口的初始化，在完成初始化之后才能进入各模块的功能程序及子程序的调用;

（2）利用STM32F103C8T6内部的RTC获取时间并且显示时间;

（3）进入到判断，在程序中读取按键，用来设置吃药时间;

（4）吃药时间到后发出声光报警，提醒用户吃药;

（5）连接WIFI后，将吃药信息发送至ONENET物联网平台。

4.2 显示程序设计

主程序直接调用LCD1602液晶显示屏的子程序即可实现吃药时间等内容的显示。LCD1602液晶显示屏程序代码需要经过信号的检测、延时等一系列流程实现显示程序。

4.3 RFID射频模块流程设计

RC522刷卡模块的程序开始后，首先等待用户刷卡，在用户刷卡后开始识别卡片，进行寻卡，当确定卡片无误时，会选定卡片，然后读取卡的ID，进行ID的匹配，如果ID匹配失败，则会重新读取卡的ID，如果匹配成功，刷卡就会成功。

4.4 OneNET平台

在基于RFID的智能药盒系统中，利用ESP8266 WIFI模块将老人吃药的时间、药名以及用量发送到OneNET网络平台，家属通过OneNET即可了解到老人的吃药情况。在搭建OneNET平台时首先需要执行注册OneNET个人账号。

在OneNET平台的首页，可以点击“开发者中心”可以进入到开发者中心的界面中，在开发者中心可创建产品，即我们需要创建的平台项目。

在已经创建好的产品列表中可以打开智能药盒的产品，可查看老人吃药的时间、药名以及用量，家属通过OneNET即可了解到老人的吃药情况。

5 结语

在本文中对基于RFID的智能药盒系统的硬件电路和软件代码的设计与调试后，经过实物的测试，系统实现利用IC卡了解药名、吃药时间的设置功能，到时间提醒功能及与OneNET实现物联网通信等功能。

参考文献

[1]王振运，孟立凡，李菠.多功能基于RFID的智能药盒系统设计与实现[J].电子世界，2016（01）：189-190.

[2]陈燕萍，梁惠萍，李欣陈.老年人智能药盒设计研究[J].艺术科技，2016，29（12）：24.