基于Cortex M3的智能药材管理系统

李淑玉，楼树美，李东辉

(信阳职业技术学院 数学与计算机学院，河南 信阳 464000)



数·理·化

基于Cortex M3的智能药材管理系统

李淑玉，楼树美，李东辉

(信阳职业技术学院 数学与计算机学院，河南 信阳 464000)

摘要：本设计采用Lm3s615平台，以GSM通信技术、传感器技术、单片机技术，无线通信技术和上位机等为基础，开发了针对高效药材管理的物联网智能药材管理系统[1]。系统分别实现了对药材的远程和近程的智能化管理。系统实现了对药材的智能化搜索定位，并可以全自动打开或关闭对应药材的药柜，减少了医务人员在大量药柜中寻找药材所需的时间，系统最后通过实验验证了设计的合理性，具有极好的推广价值。

关键词：Lm3s615单片机；GSM网络通信；智能监控

所谓智能药材管理系统，就是除一般的药材登记、药材介绍、药材库存功能外，还有一些高级的功能，如：可通过串口屏和上位机控制药材对应的药柜的开关状态，通过GSM网络和报警器进行火灾报警，结合摄像头和温湿度传感器对药材的环境状态监控。而传统的药材管理都是人工操作，费时费力，尽管一些药材管理软件可以实现药材进出货管理、药材登记，但是它们不能进行药柜控制和信息反馈，缺乏安防的功能。随着电子信息技术的发展，智能化、远程化、集成化将会是未来的方向，因此本系统产品如果经过实践和优化，将有广阔的市场前景。

1系统设计方案

1.1系统功能需求分析

图1系统功能框图

通过查询有关智能药柜的资料，并且对目前存在的麻省总医院药品的COSTAR系统的分析，我们初步设计了系统功能框图，见图1。

1.2系统总体方案设计

在药材管理系统的实际运行中，作为医院工作人员可访问药材库，实行远程监控，保证药材库的正常工作。在物联网实行药材管理过程中，可能导致多个用户端对药材库进行操作，因此必需依据IEC62351等相关安全标准，采用访问控制技术对用户接入进行认证与权限分配，防止非法操作；“基于Cortex M3的物联网智能药材管理系统”以信息传感设备、传感网络、互联网和智能信息处理为核心，确保数据传递的高效性、完整性、可靠性。通过对系统功能需求的分析和相关功能指标的规划，系统总体功能实现设计如下：

1.2.1基于药材抽屉的自动开关装置由MCS-51单片机的程序编写来控制药材抽屉上的步进电机模块，通过步进电机模块的运行，实现抽屉的自动开关。上位机发送具体操作指令通过Cortex M3发送到MCS-51单片机来控制抽屉的开关状态。

1.2.2基于药材抽屉的称重装置将称重传感器安装于柜体承放每一个抽屉的部位，并在抽屉的上方设置显示器(可选用液晶屏)，通过称重传感器将药柜的药材重量反映至显示器。可供多人同时抓药，克服了现有药柜在计量时准确性差、操作繁琐、效率低的缺陷，减少了配药时间。同时药材所剩余量信息直接反馈给Cortex M3最终上传到PC机。

1.2.3基于药材抽屉的内部温湿环境测控装置在每个抽屉内部安装温湿度传感器、小风扇和干燥器，将采集到的环境温湿度显示在外侧的7寸触摸液晶屏，通过传感网络将信息在同一时间反馈到PC机上，报警装置用来实时监测，如有环境不适，则将自动启动风扇或干燥器，确保药材存储在最适宜环境。

1.2.4基于药材抽屉的外部火灾预警装置在柜体外面装置烟雾传感器，监测外界环境，通过MCS-51将采集到信息进行处理和分析，通过数据分析监测火灾，在突发火灾时蜂鸣器高声鸣响，并通过GSM模块发送预警通知，可以有效防止火灾，减少损失。

1.2.5基于药材抽屉的整体监视装置添加了wifi 摄像头和路由器从而可以随时随地来监视整个系统的运行状态。如有异常，则会拍下照片记录当时的状态。

以上采集的数据信息都由Cortex M3后反馈传送至PC机，据数据反馈和外在需求，PC下发相应指令。

1.2.6终端操作系统用Visual basic来实现一个终端界面的远程操作和大触摸液晶屏实现近程控制。PC机界面主要包括：管理员登陆身份认证、各个药材抽屉开关状态显示、抽屉内部环境温度显示、各抽屉药材剩余量及其各个药材生产日期和有效期。采用数据库对药材的各种信息进行管理并且能够快速搜索。液晶屏界面实现与PC机相同的功能，还附加了各种药材的基本信息，操作方式更简便，界面更直观。

2设计原理及过程

本系统硬件部分主要包括：报警器模块、步进电机模块、GSM模块、称重模块、语音模块、摄像头模块、无线数据传输模块、温湿度采集模块、显示屏模块、烟雾模块等。

2.1部分传感器采集模块设计

2.1.1温湿度检测模块考虑到药材存储对温湿度要求较高，为了确保药材的安全可靠性，本系统通过使用温湿度传感器实时采集温湿度信息，并且显示在显示屏上和上位机，供管理人员查询。

2.1.2药材重量检测模块考虑到取药时人工称重的繁琐，本系统通过称重传感器实时采集药材的重量，并且显示在显示屏上和上位机。抓药时能够方便的读取已取药材的重量。

2.1.3烟雾检测模块本系统采用烟雾传感器对药材存储环境进行实时监控。一旦传感器检测到烟雾，及时进行报警，减少损失。称重模块、温湿度模块及烟雾称重模块的原理图见图2。

图2　称重模块、温湿度模块及烟雾称重模块的原理图

2.2步进电机驱动模块

当上位机或显示屏对步进电机发出指令时，步进电机根据指令正反转，从而实现了药柜的开关切换。本系统的步进电机驱动模块电路图见图3。

2.3显示屏模块

系统通过使用7寸串口触摸显示屏为义务人员提供查询各类信息和控制药柜开关的功能，还能为病人提供药材的基本知识。

系统使用的GSM模块是双频900/1800MHZ高度集成的TC35系列。TC35无线GSM通信模块，集成了标准的RS232接口以及SIM卡，其最高频率可达90MHz，片内4K以上FLASH程序存储器，8K左右的片内EEROM ，512B-1208B片内RAM，36个IO口。通过使用TC35无线GSM通信模块，烟雾传感器在检测到火灾时后，GSM会自动发送短信给相应人员等。

图3　步进电机驱动模块电路图

2.5无线模块

本系统将51单片机上采集的数据通过无线模块将数据发送到了lm3s615进行处理，lm3s615再将数据发到上位机。本系统采用的是RF1100-232无线收发模块，采用TI公司的高性能CC110L无线通信芯片，433MHz免费ISM频段免许可证使用，串口UART通讯方式，提供多达256个信道，低功耗工作，直线传输距离可达200～300m。

2.6摄像头远程监测模块

系统软件设计实现流程图通过组建局域网，将摄像头与电脑通信，管理人员通过电脑上的上位机软件可以调节摄像头监测角度，方便监测药柜整体的情况。

3软件系统的实现

系统软件设计实现流程图，见图4。

图4　系统软件设计实现流程图

3.1PC上位机界面设计

上位机界面的设置需要满足药材进出库管理、药材剩余量、存储环境温湿度和药柜开关状态显示，还需要可以对所需药材进行数据库搜索[2]。

在科技迅猛发展的今天，低碳经济已经深入到人们的生活，并且给人们的生活方式带来天翻地覆的变化。各个国家在发展低碳经济方面不甘落后，已经做出了相关的政策调整和出台有关的法律制度。相关企业在积极寻求自身长久发展利益的同时，应该不断探索低碳营销的方法。而作为一个普通的消费者，更加需要建立低碳消费的观念，促进整个社会朝着可持续发展的方向前进。在企业、消费者、国家和非营利组织的共同努力下，低碳营销模式就能取代之前的营销模式，逐渐成为21世纪营销模式的中流砥柱。

3.2显示屏界面设计

显示屏具有药材存储环境温湿度和重量显示的功能，还可以控制药柜的开关。除此附加了药材基本信息的介绍。

4系统性能测试结果及评估

经过几个月的努力，终于完成了智能药材管理系统的制作，考虑到此系统的现实意义，取名为基于Cortex M3的物联网智能药材管理系统。系统预先设计的功能都已经实现，并且已经达到了预期效果[3]。

4.1充分利用了Cortex M3与windows结合的优越性

一方面，本研究以Cortex M3作为核心处理平台，Cortex M3平台具有体积小、接口丰富、成本低、稳定性高的优势。能够满足药材管理系统的要求，另一方面，windows操作系统具有多任务、实时性高的特性，能够很好的完成Cortex M3传递过来的重要数据的存储。

4.2实现上位机下位机通信

PC机上实时显示温湿度、抽屉开关状态、及药材所剩量等。通过PC机控制药材柜各抽屉开关状态，自动实现药柜开关，快捷方便对药材进行存放。

4.3定量称取药材

该系统在抽屉地下添加了称重传感器，在液晶屏上显示药材的质量，可以方便的称取一定量药材。这样有效解决传统人工操作管理模式下的效率低下、易出错、重复性劳动问题。

4.4自动报警提示

该系统根据药材使用情况进行自动报警提示，便于对药材进行采购和管理。在此基础上，添加了大触摸液晶显示屏，可近程操作，不仅实现了药材基本信息监视，还添加药材信息介绍，更易操作，更人性化[4]。

系统基于药材抽屉的外部火灾预警装置。在柜体外面装置烟雾传感器，监测外界环境，采集到信息进行处理和分析，通过数据分析监测火灾，在突发火灾时警报器鸣响，还可通过GSM模块发送预警通知，可以有效防止火灾，减少损失。

参考文献：

[1]谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2] Ivar Jacobson，James Rumbaugh，Grady Booch.统一软件开发过程[M]. 周伯生，译.北京：机械工业出版社，2002.

[3] Karl Fogel.CVS:开源软件开发技术[M].肖虎勤，译.北京：机械工业出版社，2001.

[4] Rex Black.Microsoft Press [M].北京：北京大学出版社，2001.

(编辑：严佩峰)

On the Medicinal Materials Management System Based on the Intelligence of Cortex M3

LI Shu-yu，LOU Shu-mei，LI Dong-hui

(Institute of Mathematics and Computer Science, Xinyang Vocational& Technical College, Xinyang 464000,China)

Abstract：This design uses Lm3s615 platform,with GSM communication technology, sensor technology,chip technology, wireless communication technology and PC as the foundation to develop a network for the efficient management of medicinal herbs intelligent object management system. The system realizes the remote and short range intelligent management process of herbs. The system also realizes the intelligent search of herbs, and can automatically turn on or turn off the corresponding medicine cabinet, reducing the time of medical personnel to find the necessary medicine cabinet. At last, the rationality of the design is verified by experiments and has an excellent promotional value.

Keywords：Lm3s615 microcontroller; GSM network communications; intelligent monitoring

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：2095-8978(2016)01-0113-04

作者简介：李淑玉(1981—)，女，河南信阳人，讲师，研究方向：计算机网络及数据库技术应用.

收稿日期：2015-08-26