基于STM32的智能手表药箱设计

王惠丽　刘志伟　刘颖　孙泽豪　赵滕

摘 要：阐述了一种基于STM32的智能手表药箱，主要服务于老年人群体。该智能手表药箱主要由储药盒装置、GSM/GPS模块、液晶显示模块等构成。在储药盒装置中提前装入少量急救药品，将其佩戴于老人腕部，日常作为手表使用，当出现突发疾病时，老人可从储药盒装置中取出药品服用，并按下求救按钮，系统将GPS定位信息通过GSM以短信息形式传送给指定监护人，从而解决老人及时救治的问题，具有重要的意义。

关键词：智能手表药箱 ；STM32；GPS；GSM

中图分类号：TH789 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.023

当前智能可穿戴设备领域发展迅速，随着我国逐步进入老龄化社会，与老年人健康相关的智能医疗服务产品将拥有龐大的市场。近年来，常出现老年人独自外出或一人在家身体突发病状无法及时服药或送医的情况，导致发生的事件逐渐增多，为了避免这类惨剧的发生，必须从老年人健康安全防护入手，研发出适合老年人的智能穿戴设备。正是从以上实际情况出发，本文设计了一种智能手表药箱。该智能手表药箱可存储少量药品，平时作为手表使用，突发紧急情况下可发出报警信息，从而解决老年人及时救治的问题。通过普及这款智能手表药箱，可大大降低老年人因为突发疾病时得不到及时救治的概率，打造老年人新的健康医疗服务方式。

1 智能手表药箱系统原理结构

该智能手表药箱工作过程为：使用前需要提前装入少量急救药品，并将其佩戴于老年人腕部，日常作为手表使用，具备普通手表功能，操作方便简单。当出现突发疾病时，老人可从储药盒装置中取出药品服用，并按下求救按钮，系统将GPS定位信息通过GSM以短信息形式传送给指定监护人，确保第一时间通知到家人，从而解决老人及时救治的问题。

该智能手表药箱主要由STM32单片机作为中央处理器、同时包括储药盒装置、GSM/GPS模块、液晶显示模块、供电模块、功能键、USB接口等部分构成，如图1所示。

供电模块采用锂电池，为中央处理器、GSM/GPS模块、液晶显示模块等提供电源。供电模块内部的可充电锂电池可以通过microUSB2.0接口充电。该USB接口还可以作为调试用接口使用。储药盒装置作为单独机械机构，不受中央处理器单元的控制，只作为存药使用。功能键通过信息触发装置连接中央处理器。触摸显示屏通过总线连接至中央处理器。

该智能手表药箱外观如图2所示，包含电源启动功能键、紧急求救功能键、触摸显示屏、储药盒装置、手表带。

2 智能手表药箱系统设计

2.1 储药盒装置机构设计

储药盒装置与智能手表药箱控制系统无关，在系统中主要负责药品存储。如图3所示，所述的储药盒装置包括储药盒6、两头带钩的钢丝7、滑块8、滑槽9、分离块10、弹簧11、滑块的凸起12、储药盒的凹槽13。储药盒6与滑块8通过储药盒的凹槽13与滑块的凸起12相配合连接在一起；弹簧11提供滑块运动的拉力；滑槽9和分离块10控制两头带钩的钢丝7的运动路径；两头带钩的钢丝7连接滑块8，并与滑槽9结合控制 滑块的位置。当储药盒6进入时，带动滑块8下移，原来位于槽内的两头带钩的钢丝7开始上移；当移动到滑槽9顶部时，受到分离块10的影响，两头带钩的钢丝7变斜，又受到弹簧11的影响，移动到分离块10上部的小凹角内。把储药盒6按进装置中，药盒锁住。当再次被按下时，两头带钩的钢丝7移向右侧的滑槽9，两头带钩的钢丝7顺利回到底部，储药盒6自动弹出。储药盒装置安装在药盒手表侧面，能够储存少量药品，当需要服用急用药时，可以按压储药盒6，取出事前放于药盒中的急用药品。

2.2 智能药箱功能单元设计

2.2.1 STM32单片机

STM32系列单片机是意法半导体公司生产的专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核。其中，STM32F103VET6型号单片机具有64k RAM，512k Flash，100引脚LQFP封装，处理速度可达72 MHz，其ROM和RAM也是目前同类型板载主芯片中容量最大的。具有2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN，工作电压范围为2～3.6 V，支持触屏控制，其外设完全满足本系统的功能要求，因此，本系统采用STM32F103VET6作为中央处理器。

2.2.2 GPS/GSM模块

GPS/GSM模块选用的是芯讯通（SIMCOM）无线科技公司的SIM808模块，该模块为GSM+GPRS+GPS+蓝牙功能组合模块，采用SMT封装紧凑设计，电源电压为3.4～4.4 V，可节省开发时间和应用成本。SIM808模块电路原理如图4所示。如图4所示将STM32单片机的串口PA2、PA3、GND分别与SIM808模块的RXD、TXD、GND接口相连，STM32单片机通过串口向SIM808模块发送AT指令，从而完成GPS定位和GSM短消息发送功能。

当按下紧急求救功能键后，STM32单片机立即通过串口发送AT指令至SIM808模块，从而获取当前GPS位置信息。然后再将位置信息通过串口发送AT指令至SIM808模块，通过GSM模块将短信息发送给指定的人员。表1中列出了GPS功能开发中主要使用的AT指令及模块返回值。本系统不仅支持中文短信，也能发送英文短信，因此，采用PDU模式开发了GSM模块的短消息功能。SIM808模块集射频电路和基带于一体，提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息等提供快速、可靠、安全的传输。图5为发送处理短消息的流程图。

2.2.3 显示模块

显示模块采用TFT式显示屏， 其规格为320×240的2.2寸真色彩液晶触摸屏，具备4位电阻式触摸功能。其特点为具有专用的触摸屏控制IC，可减少MCU负担，可通过CPU IO口经开关电路完全关闭LCD供电，包括背光和驱动IC，可降低功耗。板子背面通过测试点引出SPI总线及其他没有用到的IO口，方便开发。

3 结束语

本文将传统药箱功能与现代智能信息技术相结合，设计了一种适合于老年人使用的智能手表药箱装置。该系统结构设计合理，STM32单片机、GSM/GPS技术应用到位，功能电路实现较好，系统性能良好、稳定，较好地完成了设计指标。该系统成本低、实用性和可操作性强，打造了老年人新的健康医疗服务方式。

参考文献

[1]邓俊杰，刘红，阳小兰，等.可穿戴智能设备的现状及未来发展趋势展望[J].黑龙江科技信息，2015（28）.

[2]廖义奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系统设计[M].北京：中国电力出版社，2012.

〔编辑：张思楠〕