智能藥盒是專為需要長(zhǎng)期服藥的慢性疾病患者或易健忘的老年患者按時(shí)吃藥而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。通過(guò)手機(jī)APP設(shè)置服藥提醒，能夠保證合理科學(xué)的用藥，從而避免一些糖尿病、高血壓以及心臟病等疾病患者因忘記服藥而引發(fā)不測(cè)。本方案為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，用戶可在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)類似的衍生應(yīng)用。

1、方案特點(diǎn)

本方案使用RTC模塊和Data Flash來(lái)分別儲(chǔ)存實(shí)時(shí)時(shí)間和提醒時(shí)間（RTC報(bào)警）的數(shù)據(jù)。可實(shí)現(xiàn)的功能包括：

- 通過(guò)WeMos ESP8266模塊連接瑞薩IoT Sandbox；

- 記錄服藥事件；

- 通過(guò)手機(jī)APP設(shè)置服藥提醒；

- 通過(guò)聲光提醒；

- 服藥記錄可傳至手機(jī)端APP；

- 電池低電量提醒；

- 4位7段LED上可顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。

圖1.智能藥盒系統(tǒng)連接圖

主要參數(shù)：-電源：Micro USB（5V）或3.0V（2節(jié)AAA電池）-工作電壓：3.3V-提醒聲音：高于80分貝- Wi-Fi：2.4GHz-工作溫度：室溫-系統(tǒng)整體功耗：71.6μA（MCU進(jìn)入STOP模式，關(guān)閉Wi-Fi模塊電源）圖2.1 RL78/G13框圖

2、系統(tǒng)原理

智能藥盒使用RL78/G13 MCU和一個(gè)WeMos ESP8266模塊（Wi-Fi模塊）以及手機(jī)APP來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，可以通過(guò)Wi-Fi模塊連接到Renesas IoT Sandbox。

圖2.智能藥盒系統(tǒng)框圖

手機(jī)APP通過(guò)MQTT協(xié)議可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程，使RL78/G13生成提醒并保存服藥記錄。服藥時(shí)間一到，智能藥盒上對(duì)應(yīng)此服藥時(shí)間的藥倉(cāng)指示燈會(huì)亮，藥盒同時(shí)會(huì)發(fā)出提示音，患者便會(huì)知道該服哪個(gè)藥倉(cāng)里的藥。如果患者在收到服藥提醒后按下了記錄按鍵，則會(huì)留下服藥記錄，且該記錄可通過(guò)Wi-Fi傳至手機(jī)APP，由此智能藥盒可判斷患者是否已經(jīng)按時(shí)服藥。智能藥盒的基本操作步驟如下：

（1）可通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)SW4選擇由Micro USB接口供電或是電池供電。上電后系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行初始化。WeMos ESP8266復(fù)位，4位7段LED開(kāi)啟。10秒后，智能藥盒進(jìn)入STOP模式。

（2）通過(guò)MQTT協(xié)議與手機(jī)APP進(jìn)行信息的通訊。當(dāng)正確添加智能藥盒后，實(shí)時(shí)時(shí)鐘校準(zhǔn)信息便通過(guò)MQTT協(xié)議自動(dòng)發(fā)送至藥盒。RL78/G13單片機(jī)會(huì)將實(shí)時(shí)時(shí)鐘更新為當(dāng)前時(shí)間（HH:MM）并把時(shí)間信息顯示在4位7段LED屏上。同時(shí)，RL78/G13還會(huì)通過(guò)MQTT協(xié)議發(fā)送響應(yīng)以表明智能藥盒當(dāng)前在線。

（3）手機(jī)APP會(huì)自動(dòng)查看智能藥盒當(dāng)前的狀態(tài)（在線/離線）。如果處于在線狀態(tài)，可以點(diǎn)擊“Add”和“Clear”進(jìn)行下一步設(shè)置。如果處于離線狀態(tài)，請(qǐng)檢查網(wǎng)絡(luò)連接并等待Wi-Fi模塊上的LED以1秒為間隔閃爍（Wi-Fi和MQTT連接成功），此時(shí)點(diǎn)擊“Reconnect”使藥盒和手機(jī)APP建立連接。如果LED燈不能以1秒為間隔閃爍，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)連接有問(wèn)題，可回到“步驟（2）”重新添加藥盒。

（4）通過(guò)手機(jī)APP可設(shè)置3個(gè)（最多）提醒，設(shè)置的信息會(huì)通過(guò)MQTT發(fā)至智能藥盒來(lái)提醒患者按時(shí)服藥。每個(gè)提醒時(shí)間也都會(huì)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)閃存中。在設(shè)置提醒的頁(yè)面點(diǎn)擊“Add”進(jìn)行“Hour”和“Minute”的設(shè)置，然后點(diǎn)擊“Save”即可。在手機(jī)APP上點(diǎn)擊“Clear”可以刪除所有的提醒，且相應(yīng)的操作信息會(huì)通過(guò)MQTT發(fā)送至智能藥盒上。

（5）一個(gè)提醒到時(shí)后，RL78/G13的RTC鬧鐘報(bào)警中斷產(chǎn)生，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出提示音并啟動(dòng)振動(dòng)馬達(dá)，同時(shí)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)藥倉(cāng)的LED燈。如果此時(shí)用戶按下服藥記錄鍵（SW1），智能藥盒會(huì)通過(guò)Wi-Fi模塊利用MQTT協(xié)議將服藥記錄發(fā)送至云端。在手機(jī)APP上點(diǎn)擊“Record”可以看到所有的服藥記錄。

（6）4位7段LED用來(lái)顯示實(shí)時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)。每按下一次SW1或者每發(fā)生一個(gè)中斷，4位7段LED都會(huì)點(diǎn)亮10秒鐘。

（7）如果系統(tǒng)由電池供電，電池電壓會(huì)定期被檢測(cè)。每當(dāng)RTC的1小時(shí)中斷產(chǎn)生時(shí)，RL78/G13的A/D轉(zhuǎn)換器會(huì)檢測(cè)電池的電壓。如果電池電壓低于2.5V，智能藥盒的蜂鳴器每分鐘響一次以提醒用戶及時(shí)更換電池。接收到手機(jī)APP的電池檢測(cè)指令后，RL78/G13也會(huì)進(jìn)行一次電池電壓檢測(cè)，并通過(guò)Wi-Fi模塊利用MQTT協(xié)議將電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)APP。

（8）如果系統(tǒng)的RTC時(shí)間與手機(jī)端不同步，在手機(jī)APP上點(diǎn)擊“More”和“Time Correction”，實(shí)時(shí)時(shí)間信息會(huì)通過(guò)MQTT協(xié)議發(fā)送至藥盒。RL78/G13會(huì)更新實(shí)時(shí)時(shí)鐘。在手機(jī)APP上點(diǎn)擊“More”以及“Delete box”后，APP中的藥盒信息會(huì)被刪除。點(diǎn)擊“Add box”可以重新添加新的藥盒。

（9）當(dāng)系統(tǒng)由電池供電時(shí)，為了延長(zhǎng)電池的使用壽命，可以按下SW3按鍵來(lái)關(guān)閉Wi-Fi模塊的電源。此時(shí)藥盒與網(wǎng)絡(luò)的連接中斷，仍然會(huì)在之前設(shè)置的服藥時(shí)間發(fā)出聲光提醒，但是服藥記錄不會(huì)上傳到云端。

3、硬件電路

智能藥盒主要電路包括電源電路、電池電壓檢測(cè)電路、功能鍵檢測(cè)電路、蜂鳴器控制電路、直流振動(dòng)電機(jī)控制電路、WeMos ESP8266模塊電源控制電路、藥倉(cāng)LED的控制電路以及4位7段LED顯示電路。

圖3.智能藥盒店里原理圖

（1）電源電路

ISL9120是一款高性能的降壓-升壓穩(wěn)壓器，可幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電源、Wi-Fi、藍(lán)牙、內(nèi)存卡或LCD模塊等外圍設(shè)備的高效電源管理。該穩(wěn)壓器的輸出電流可達(dá)800mA（Vin = 2.5V, Vout = 3.3V），另外，其自適應(yīng)電流限制PFM架構(gòu)可以提供極其出色的電源管理效率。ISL9120將智能藥盒的3V電池升壓至3.3V，或?qū)SB電源的5V降壓至3.3V，使其可為包括單片機(jī)、WeMos ESP8266模塊、LED等在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)電路供電。

（2）電池電壓檢測(cè)電路

本系統(tǒng)采用電池供電。當(dāng)電池電壓低于一定值（如2.5V）時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通知用戶更換電池。它使用兩個(gè)分壓電阻和一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器監(jiān)測(cè)電池電壓。為了達(dá)到低功耗的目的，本系統(tǒng)還使用一個(gè)輸入/輸出端口控制電池電壓檢測(cè)電路的開(kāi)啟和關(guān)閉。

（3）功能鍵檢測(cè)電路

智能藥盒帶有功能鍵檢測(cè)電路，在IDLE模式下，用SW1的下降沿將系統(tǒng)喚醒至標(biāo)準(zhǔn)模式，同時(shí)，4位7段LED開(kāi)啟并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間。發(fā)生RTC報(bào)警中斷后，按下SW1產(chǎn)生INTP1中斷來(lái)通知MCU停止報(bào)警，并讓W(xué)i-Fi模塊發(fā)送服藥記錄。按下SW2產(chǎn)生INTP2中斷來(lái)通知MCU向Wi-Fi模塊發(fā)送Wi-Fi用戶名及密碼的配置指令。按下SW3產(chǎn)生INTP0中斷來(lái)通知MCU關(guān)閉或開(kāi)啟Wi-Fi模塊的電源，用來(lái)降低系統(tǒng)功耗。

（4）蜂鳴器控制電路

RTC報(bào)警中斷發(fā)生后，單片機(jī)從PCLBUZ0向蜂鳴器控制電路輸出0.512kHz的方波，使蜂鳴器鳴響。

（5）直流振動(dòng)電機(jī)控制電路

智能藥盒的直流振動(dòng)電機(jī)控制電路在報(bào)警發(fā)生后，一個(gè)輸入/輸出端口輸出一個(gè)高電平以驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。

（6）Wi-Fi模塊電源控制電路

智能藥盒的Wi-Fi模塊電源控制電路通過(guò)輸出引腳P60，控制Wi-Fi模塊的供電電源的開(kāi)啟和關(guān)閉。

（7）藥倉(cāng)LED的控制電路

7個(gè)LED燈分別對(duì)應(yīng)7個(gè)藥倉(cāng)。當(dāng)發(fā)生RTC報(bào)警中斷，對(duì)應(yīng)服藥日的LED燈開(kāi)啟。例如：LED1對(duì)應(yīng)著周一的服藥提醒，而LED7對(duì)應(yīng)著周日的服藥提醒。

（8）4位7段LED顯示電路

本系統(tǒng)采用4位7段LED屏顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘的信息。每按下一次SW1或者每發(fā)生一個(gè)中斷，4位7段LED都會(huì)顯示當(dāng)前時(shí)間。

4、系統(tǒng)BOM說(shuō)明

智能藥盒電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用RL78/G13 MCU、ISL9120IRAZ降壓轉(zhuǎn)換器兩個(gè)芯片、20V/3.7A P-MOS、32.768KHZ石英晶振、直流振動(dòng)馬達(dá)、蜂鳴器、連接器等30多種電子元器件。

圖4.智能藥盒BOM表

BOM表種，RL78/G13是是一款功耗低多功能通用MCU，32.768KHZ石英晶振的負(fù)載電容為12.5PF，馬達(dá)為3VDC驅(qū)動(dòng)9000RPM，20V/3.7A MOS管采用SOT23-3封裝，電阻器要求±1%精密。該智能藥盒屬于基礎(chǔ)性方案，用戶可以深度二次開(kāi)發(fā)，將其用于從家用電器和消費(fèi)類電器到工業(yè)設(shè)備（配料和配方控制）、醫(yī)療保健（保健院、養(yǎng)老院）和安全等各種應(yīng)用。

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