基于MSP430智能医药箱系统设计及实现

黄卉 王首一 罗蒙 吴佩雯 周彩艳

(东南大学成贤学院 电子与计算机工程学院,江苏南京 210088)

随着物质生活水平的逐步提高,人们越来越重视自身健康状况,对于家用简易医疗设备的需求越来越广泛,促进了家用设备的信息化及智能化。本项目立足于原有医疗箱的基本功能,利用一系列措施对其进行改进,主要增加测量体温、心率、体现药箱内“药物状态”、万年历等功能,以实现更多的信息传递。

1 设计方案

MSP430F149智能医疗箱系统的主要职能是测量人体体温及心率。功能细分为人体体温测量、人体心率测量、药箱内“药物状态”检测、智能药箱开启、信息显示等多个方面。系统以MSP430F149为控制核心,通过外接测量设备、显示设备、机械设备、无线设备实现功能[1]。系统方案设计图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 MSP430F149为控制器

图1 系统方案图

图2 箱门机械结构图

图3 药物信息软件界面

MSP430F149IPM是TI公司设计生产的一款超低功耗的16位单片机。具有低电压、超低功耗、快速苏醒、16位精简指令集MCU、高精度12位ADC、片内比较器等特点。

2.2 MLX90614ESF红外非接触温度传感器

人体体温的测量主要通过传感器MLX90614ESF红外非接触温度传感器模块来实现。该模块是根据被测物体红外辐射能量来确定物体温度,能够实现快速准确测量。测量之后使用SMBus输出模式对测量数据和MSP430之间进行数据传输,经过MSP430平均数处理获得平均数,最终通过LCD显示屏显示。

2.3 pulsesensor脉搏心率传感器

人体心率的测量主要通过pulsesensor脉搏心率传感器来实现,该模块是根据光电反射原理来确定人体心率。当光束透过人体外周血管,由于动脉搏充血容积变化导致这束光的透光率发生变化,此时由光电变换器接受经人体组织反射的光线转变为电信号。该传感器输出模拟信号并直接将该电信号输入到MSP430单片机(MSP430F149自带AD),输入后单片机直接计算相邻的两个脉搏波的峰值点的时间并滤波,得到两次心跳之间的时间,即为IBI数值,经过BPM(心率)=60/IBI的简单计算即能够获得心率值[2]。

图4 系统流程图

2.4 机械驱动

在机械驱动方面设置了两种不同的箱门开启方式,为此使用了两种不同类型的电机。其中一个箱门使用MG995的数字舵机舵机,该舵机具有16KG超大的扭矩,通过给舵机输入不同占空比的PWM波,能够实现旋转0--180内任意快速的转动,实现箱门的智能开启。另一个箱门采用ULN2003型号的步进电机,它具有体积小方便在药箱内随意布置的特点。ULN2003步进电机配合固定齿比的齿组使其箱门按照系统要求开启和关闭。箱门的结构机械图如图2所示。

3 软件设计

3.1 安卓手机APP

软件“智能药箱”,它的主要功能是使用手机端通过扫描药物的条形码将药物存入手机中的“我的药箱”中,在我的药箱中可以查看到自己所存储的药物以及药物信息(生产日期、过期时间、药物用途等)。同时,还可以通过手机蓝牙连接到药箱,控制药箱开关。在日常生活中,可以在手机端查看自己家里的药箱中有何种药物,在根据自己的症状通过手机端蓝牙连接药箱打开所需药品所在药箱的抽屉或翻盖[3]。软件界面图如图3所示。

3.2 系统流程分析

MSP430主控系统主要用于实现触发判别功能、处理采集数据以及控制各级程序等功能。上电后无线模块和功能选择触发开始正常工作,根据接收到信息执行相应的操作或保持相应状态[4]。系统流程图如图4所示。

4 系统验证与结果分析

针对市面上传统医疗箱存在的弊端以及对未来智能家居的美好向往,本文设计了基于MSP430智能医药箱系统。经过长时间验证,系统能够准确测量出人体体温,心率、能够正确感知药箱“状态”,让使用者能够及时获取相应信息。系统整体结果示意图如图5所示。

[1]洪利,章扬,李世宝.MSP430单片机原理与应用实例详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.

[2]顾涛,李旭.单片机系统设计与实例开发 (MSP430)[M].北京:北京大学出版社,2013.

[3]坂木正文著,王自强.译步进电机应用技术/(日)[M].北京:科学出版社,2010.

[4]谢兴红,林凡强,吴雄英.MSP430单片机基础与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.