黃卉 王首一 羅蒙 吳佩雯 周彩艷

(東南大學(xué)成賢學(xué)院 電子與計算機(jī)工程學(xué)院,江蘇南京 210088)

隨著物質(zhì)生活水平的逐步提高,人們越來越重視自身健康狀況,對于家用簡易醫(yī)療設(shè)備的需求越來越廣泛,促進(jìn)了家用設(shè)備的信息化及智能化。本項(xiàng)目立足于原有醫(yī)療箱的基本功能,利用一系列措施對其進(jìn)行改進(jìn),主要增加測量體溫、心率、體現(xiàn)藥箱內(nèi)“藥物狀態(tài)”、萬年歷等功能,以實(shí)現(xiàn)更多的信息傳遞。

1 設(shè)計方案

MSP430F149智能醫(yī)療箱系統(tǒng)的主要職能是測量人體體溫及心率。功能細(xì)分為人體體溫測量、人體心率測量、藥箱內(nèi)“藥物狀態(tài)”檢測、智能藥箱開啟、信息顯示等多個方面。系統(tǒng)以MSP430F149為控制核心,通過外接測量設(shè)備、顯示設(shè)備、機(jī)械設(shè)備、無線設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能[1]。系統(tǒng)方案設(shè)計圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 MSP430F149為控制器

圖1 系統(tǒng)方案圖

圖2 箱門機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

圖3 藥物信息軟件界面

MSP430F149IPM是TI公司設(shè)計生產(chǎn)的一款超低功耗的16位單片機(jī)。具有低電壓、超低功耗、快速蘇醒、16位精簡指令集MCU、高精度12位ADC、片內(nèi)比較器等特點(diǎn)。

2.2 MLX90614ESF紅外非接觸溫度傳感器

人體體溫的測量主要通過傳感器MLX90614ESF紅外非接觸溫度傳感器模塊來實(shí)現(xiàn)。該模塊是根據(jù)被測物體紅外輻射能量來確定物體溫度,能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確測量。測量之后使用SMBus輸出模式對測量數(shù)據(jù)和MSP430之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,經(jīng)過MSP430平均數(shù)處理獲得平均數(shù),最終通過LCD顯示屏顯示。

2.3 pulsesensor脈搏心率傳感器

人體心率的測量主要通過pulsesensor脈搏心率傳感器來實(shí)現(xiàn),該模塊是根據(jù)光電反射原理來確定人體心率。當(dāng)光束透過人體外周血管,由于動脈搏充血容積變化導(dǎo)致這束光的透光率發(fā)生變化,此時由光電變換器接受經(jīng)人體組織反射的光線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。該傳感器輸出模擬信號并直接將該電信號輸入到MSP430單片機(jī)(MSP430F149自帶AD),輸入后單片機(jī)直接計算相鄰的兩個脈搏波的峰值點(diǎn)的時間并濾波,得到兩次心跳之間的時間,即為IBI數(shù)值,經(jīng)過BPM(心率)=60/IBI的簡單計算即能夠獲得心率值[2]。

圖4 系統(tǒng)流程圖

2.4 機(jī)械驅(qū)動

在機(jī)械驅(qū)動方面設(shè)置了兩種不同的箱門開啟方式,為此使用了兩種不同類型的電機(jī)。其中一個箱門使用MG995的數(shù)字舵機(jī)舵機(jī),該舵機(jī)具有16KG超大的扭矩,通過給舵機(jī)輸入不同占空比的PWM波,能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)0--180內(nèi)任意快速的轉(zhuǎn)動,實(shí)現(xiàn)箱門的智能開啟。另一個箱門采用ULN2003型號的步進(jìn)電機(jī),它具有體積小方便在藥箱內(nèi)隨意布置的特點(diǎn)。ULN2003步進(jìn)電機(jī)配合固定齒比的齒組使其箱門按照系統(tǒng)要求開啟和關(guān)閉。箱門的結(jié)構(gòu)機(jī)械圖如圖2所示。

3 軟件設(shè)計

3.1 安卓手機(jī)APP

軟件“智能藥箱”,它的主要功能是使用手機(jī)端通過掃描藥物的條形碼將藥物存入手機(jī)中的“我的藥箱”中,在我的藥箱中可以查看到自己所存儲的藥物以及藥物信息(生產(chǎn)日期、過期時間、藥物用途等)。同時,還可以通過手機(jī)藍(lán)牙連接到藥箱,控制藥箱開關(guān)。在日常生活中,可以在手機(jī)端查看自己家里的藥箱中有何種藥物,在根據(jù)自己的癥狀通過手機(jī)端藍(lán)牙連接藥箱打開所需藥品所在藥箱的抽屜或翻蓋[3]。軟件界面圖如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)流程分析

MSP430主控系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)觸發(fā)判別功能、處理采集數(shù)據(jù)以及控制各級程序等功能。上電后無線模塊和功能選擇觸發(fā)開始正常工作,根據(jù)接收到信息執(zhí)行相應(yīng)的操作或保持相應(yīng)狀態(tài)[4]。系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)驗(yàn)證與結(jié)果分析

針對市面上傳統(tǒng)醫(yī)療箱存在的弊端以及對未來智能家居的美好向往,本文設(shè)計了基于MSP430智能醫(yī)藥箱系統(tǒng)。經(jīng)過長時間驗(yàn)證,系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測量出人體體溫,心率、能夠正確感知藥箱“狀態(tài)”,讓使用者能夠及時獲取相應(yīng)信息。系統(tǒng)整體結(jié)果示意圖如圖5所示。

[1]洪利,章?lián)P,李世寶.MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

[2]顧濤,李旭.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)例開發(fā) (MSP430)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2013.

[3]坂木正文著,王自強(qiáng).譯步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)/(日)[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[4]謝興紅,林凡強(qiáng),吳雄英.MSP430單片機(jī)基礎(chǔ)與實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.