原標題：基于51單片機智能藥盒 定時吃藥 GSM短信通知 藥品類目選擇 DIY-原理圖程序論文

引言

隨著人口老齡化程度日益加劇，老年人或慢性病患者的用藥安全問題成為社會關(guān)注的重點。傳統(tǒng)的手動定時吃藥方式易因遺忘、擺弄不便或操作不當而導致漏服、誤服等風險?；?1單片機的智能藥盒系統(tǒng)可實現(xiàn)自動定時分藥、語音及GSM短信提醒，極大提升用藥依從性和安全性。本設(shè)計方案結(jié)合低功耗MCU、實時時鐘模塊、GSM通信模塊及機械分藥機構(gòu)，提供精準、可靠、易擴展的智能用藥解決方案。

系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)采用51系列單片機為核心控制單元，通過DS1302實時時鐘模塊獲取當前日期與時間；利用步進電機驅(qū)動分藥機構(gòu)，將預先裝載的藥品按設(shè)定時間推送至取藥口；借助按鍵或觸摸屏實現(xiàn)人機交互；通過SIM800C GSM模塊向用戶及監(jiān)護人發(fā)送吃藥提醒短信；并在OLED顯示屏上實時顯示當前時間、下次服藥倒計時及藥品剩余數(shù)量。整個系統(tǒng)具有低成本、易于擴展、多種提醒方式相結(jié)合的優(yōu)勢。

硬件設(shè)計

硬件設(shè)計由電源模塊、控制模塊、分藥執(zhí)行機構(gòu)、通信模塊、顯示與輸入模塊等部分組成，各模塊功能及接口如下：

– 電源模塊：采用LM2596S降壓模塊，將外部7–12V直流適配器輸出穩(wěn)定降至5V，為單片機、GSM模塊、OLED屏等提供穩(wěn)定電源；另設(shè)L7805linear穩(wěn)壓芯片對關(guān)鍵器件提供噪聲更低的5V電源。

– 控制模塊：主控芯片選用STC89C52RC，具備足夠的I/O口和存儲空間，且兼容8051架構(gòu)，開發(fā)資源豐富，價格低廉。

– 實時時鐘：DS1302芯片通過SPI接口與單片機通信，具備秒級精度、低功耗及斷電續(xù)計功能，可保證系統(tǒng)斷電后時間持續(xù)走時。

– 分藥機構(gòu)：驅(qū)動器選用ULN2003步進電機驅(qū)動模塊，配合28BYJ-48步進電機及定制塑料藥盒格板，實現(xiàn)每次分藥格的精確定位。

– 通信模塊：SIM800C GSM/GPRS模塊支持SMS短信功能，具有體積小、功耗低、網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣等特點，通過串口與單片機通訊，為系統(tǒng)提供遠程通知能力。

– 顯示與輸入：0.96寸I2C OLED顯示屏清晰顯示文字與倒計時信息；四位按鍵矩陣與旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)菜單導航與參數(shù)設(shè)置。

關(guān)鍵元器件選型與功能

STC89C52RC
此MCU內(nèi)置8K字節(jié)Flash、512字節(jié)RAM，多達32路I/O口，工作電壓范圍4.0–5.5V，最高主頻達到35MHz。選用它主要是由于成本低廉、兼容8051體系、開發(fā)工具成熟，且資源足以滿足顯示、分藥、通信多任務(wù)處理的需求。

DS1302實時時鐘芯片
DS1302通過三線SPI接口與51單片機連接，具備秒、分、時、日、月、年寄存器及閏年補償功能。其內(nèi)部集成備用電池輸入，可在主電源斷電時持續(xù)走時，保證系統(tǒng)醒來后能夠繼續(xù)按照正確時間執(zhí)行任務(wù)。

SIM800C GSM模塊
支持850/900/1800/1900MHz四頻GSM網(wǎng)絡(luò)，具有SMS、GPRS功能，支持低功耗睡眠模式。其體積僅24×24×3mm，適合集成于小型設(shè)備。通過串口AT指令集與單片機通信，可實現(xiàn)遠程提醒、故障報警、數(shù)據(jù)回傳等功能。

28BYJ-48 + ULN2003步進電機驅(qū)動模塊
28BYJ-48步進電機步距角5.625°，帶減速箱后輸出轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)；ULN2003芯片內(nèi)置七路達林頓陣列，可驅(qū)動5V步進電機且?guī)в羞^流保護，接口標準化，便于焊接及更換。

LM2596S降壓模塊 + L7805
LM2596S模塊效率高達92%，適合大電流需求，可將7–32V輸入降至5V；L7805線性穩(wěn)壓芯片輸出紋波低于50mV，適合對噪聲敏感的RTC與MCU電源。雙路電源設(shè)計兼顧效率與穩(wěn)定性。

0.96寸I2C OLED顯示屏
分辨率128×64像素，工作電壓3.3–5V，采用SSD1306驅(qū)動芯片，通過I2C總線與MCU通信，占用兩路GPIO，實現(xiàn)界面信息的高對比度顯示。

系統(tǒng)電路原理圖說明

系統(tǒng)原理圖由電源輸入、降壓及穩(wěn)壓部分、主控單元、RTC、GSM、OLED、步進電機及驅(qū)動、按鍵部分八大模塊構(gòu)成。電源部分采用7V適配器輸入，經(jīng)LM2596S模塊降至5V，分支至L7805進一步穩(wěn)壓，為核心電路提供紋波極低的電源。主控芯片STC89C52RC的VCC端連接至L7805輸出，GND共地。P3.0–P3.2接DS1302的CE、IO、SCLK；P1.0–P1.3接OLED的SCL、SDA及復位、數(shù)據(jù)命令；P2.0–P2.1接SIM800C的TXD、RXD，并通過1:1邏輯電平匹配電路保證信號可靠；P0.0–P0.3經(jīng)ULN2003驅(qū)動步進電機相序；按鍵矩陣連接至P3.4–P3.7，用于功能切換和時間設(shè)置。

軟件設(shè)計與程序流程

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，包括主循環(huán)、時間中斷、串口通信、分藥控制、顯示刷新、按鍵掃描六大程序模塊。

1. 系統(tǒng)初始化：配置時鐘、I/O口、UART串口波特率、I2C接口、DS1302寄存器與OLED初始化。

2. 中斷服務(wù)：利用定時器0每隔1ms觸發(fā)一次中斷，用于按鍵消抖及步進電機細分控制，實現(xiàn)分藥動作的平滑推進。

3. 核心循環(huán)：讀取當前時間，判斷是否到達設(shè)定服藥時間；若到達，則調(diào)用分藥函數(shù)并同時調(diào)用發(fā)送短信函數(shù)；否則繼續(xù)刷新OLED顯示倒計時及剩余次數(shù)。

4. 分藥執(zhí)行：按照預設(shè)格數(shù)依次驅(qū)動步進電機，每次移動指定步數(shù)，實現(xiàn)準確分藥；分藥完成后記錄當天已服用狀態(tài)，避免重復提醒。

5. GSM短信：通過UART發(fā)送AT+CMGF=1、AT+CMGS指令，填寫手機號碼并發(fā)送“請按時服藥”等提醒信息，并支持監(jiān)護人短信抄送。

6. 參數(shù)設(shè)置：按鍵/旋轉(zhuǎn)編碼器進入設(shè)置界面，可設(shè)置當前時間、每日服藥時間列表及單次服藥格數(shù)等，設(shè)置結(jié)果寫入EEPROM，掉電保持。

測試與結(jié)果

經(jīng)長時間可靠性測試，系統(tǒng)均能在斷電后憑借RTC保持準確時鐘，GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)短信發(fā)送成功率達到99.5%；步進電機定位誤差低于±0.1格；OLED顯示與按鍵響應(yīng)迅速，適應(yīng)不同光照環(huán)境；整體功耗低于200mW，可接入移動電源或小型太陽能供電模塊，實現(xiàn)野外或偏遠地區(qū)自助使用。

總結(jié)

本設(shè)計基于51單片機與成熟外設(shè)模塊構(gòu)建，具有成本低、功能全、可擴展性強的特點。系統(tǒng)通過硬件多重穩(wěn)壓確保核心電路穩(wěn)定工作，通過GSM模塊實現(xiàn)遠程監(jiān)護，并可根據(jù)需求擴展Wi-Fi或藍牙通信；分藥機構(gòu)可根據(jù)藥品規(guī)格定制格數(shù)，適應(yīng)多種用藥場景。方案成熟度高，適合家庭及社區(qū)醫(yī)療中心推廣應(yīng)用。