一种便携式吃药提醒装置的设计
裴吴然
摘要：针对越来越多的人经常忘记吃药的问题，本文提出一种便携式吃药提醒装置的设计方案，介绍了吃药提醒装置的整体构成，并详细阐述了各组成部分的电路设计和主要功能实现。该装置能够在设定的时间提醒病人吃什么药、吃多少药，有效避免了病人因为忘记吃药带来的不良后果。
关键词：便携；按时吃药；语音提醒
随着城市的快速发展，人们的生活节奏越来越快，在职工作人员的压力越来越大，身体越来越差，还有相当多的老年人，慢性病越来越多，吃药成为相当多的人日常生活的重要内容之一。但是在职工作人员因为工作繁忙，而老年人记忆较差，经常忘记吃药，这样不仅不利于身体的康复，甚至会导致病情加重。因此，设计一款便携式吃药提醒装置来提醒需要的人员按时、定量用药，能够很好的解决这一问题。
1便携式吃药提醒装置的整体设计
便携式吃药提醒装置主要用来在设定的时间提醒需要吃药的病人需要吃什么药和吃多少药。它主要由主控制器模块、语音录放模块、时钟模块、键盘输入模块、LCD显示模块、状态指示模块、电源模块等几部分组成，系统框图如图1所示。其中，主控制器模塊是根据键盘的输入，控制对应的模块做出相应的操作和响应。语音录放模块的作用是录制所需的语音信息，在设定的时间播放语音提醒。时钟模块的作用是准确记录时间。LCD显示模块是直观地显示时间和提醒的序号及时间等信息。键盘输入模块的作用主要是采集输入的键盘信息。状态指示模块主要是用来指示吃药装置的工作状态、充电状态等。电源模块的作用是给吃药提醒装置提供合适的电源，使之能正常工作。
2便携式吃药提醒装置各模块设计
2.1主控制器模块设计
主控制器模块主要根据键盘的输入，控制其他模块操作，总的工作量不多，所以一般的单片机基本都能胜任。考虑到跟其他模块的连接和功能需要以及工作电压，这里采用一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器STC89C52RC。STC89C52RC使用MCS-51内核，有8k字节Flash，512字节RAM，32位口线，内置4KBEEPROM，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，全双工串行口，工作电压3.8V～2-0v。STC89C52RC的时钟电路和复位电路构成最小应用系统，电路如图2所示。时钟电路为STC89C52RC提供了工作时钟频率，是采用外接16M的有源晶体振荡器来实现的。按键K5、电容CT3、电阻R16组成了复位电路，平常情况下，S3E89C52RC的复位端RST为低电平，当按键K5接通，使得STC89C52RC的RST端维持10ms以上的高电平时，实现复位。
2.2语音录放模块设计
语音录放模块的作用是录制提醒的内容，在设定的时刻，播放提醒内容。目前语音芯片较多，为了保证语音信息一次录完，采用录放时间为4至8分钟的ISD4003。ISD4003工作电压为3v，音质好，芯片操作命令通过SPI接口送入。片内信息存贮在闪烁存储器中，能够真实地再现语音，信息可保存100年，反复录音10万次。ISD4003的输出端需增加音频功率放大器，这里选用NS8002。NS8002工作电压为2-5.5V，最大输出功率3W，最小输出1.5W，工作电路简单。装置需要存放录制的信息，本设计采用大容量的数据存储器W25Q128BV，W25Q128BVI作电压为2.7-3.6V，通过SPI方式来执行代码，存储数据，容量为128Mbit，分为256块，每块64KB，每块分16个扇区，最小擦除单位为一扇区。
语音录放电路如图3所示，图中ISD4003的西、SCLK、MOSI、MISO、INT端分别与STC89C52的P2.4、P2.5、P2.7、P2.6、相连。W25Q128BV的cs、SCLK、SI、S0分别与STC89C52的P2.0、P2.1、P2.3、P2.2相连。语音信号通过麦克风MIC后经过由三极管v6组成的放大电路输入到ISD4003的信号同相输入端ANAIN+实现语音录入。播放的语音信号从ISD4003的输出端AUDOUT输出，经由NS8002组成的放大电路输出到扬声器RL，输出信号的音量可以调节RW2来实现。
2.3时钟模块电路设计
时钟模块主要是能够准确记录时间，便于按时提醒，这里采用了内含12C总线接口的低功耗的多功能时钟/日历芯片PCF8563。PCF8563有16个8位寄存器、1个地址寄存器、1个分频器、1个可编程时钟输出、1个定时器、1个报警器和1个400KHz的12C总线接口。时钟电路如图4所示，电路中在PCF8563的时钟由外接的32.768KHz晶振提供。PCF8563的SCL、SDA、INT引脚分别与STC89C52的P3.0、P3.1、INT2相连。
2.4 LCD显示模块电路设计
为了直观地显示时间等，采用工业字符型液晶LCD1602显示信息。LCD1602采用+3.3V供电，可以显示2行16个字符。液晶显示电路如图5所示。其中，液晶LCDl602的RS、RW、EN端分别与STC89C52的P1.5、P1.6、P1.7相连，LCDl602的D0～D7分别与STC89C52的P0.0～P0.7相连，LCD1602的VL连接10K电位器滑动端来调节液晶的对比度，STC89C52的P4.2通过三极管连接到LCD1602的第15脚控制液晶的背光亮暗，当P4.2输出高电平时，液晶背光亮，否则背光暗。
2.5键盘输入模块电路设计
为了更好的人机交互，装置设置了5个按键，分别是录音键、设定键、移动键、确认键、复位键。电路如图6所示，图6中K5为复位键，主要是在装置死机时让装置重新开始工作。K1、K2、K3、K4分别为录音键、设定键、移动键、确认键，每个按键的一端接地，另一端都通过10K电阻连+3.3V电源，同时通过二极管分别与STC89C52的P1.0、PI.1、P1.2、P1.3相连。另外4个二极管的阳极连接到STC89C52的而脚，当有按键按下时，产生中断。
2.6电源模块电路设计
电源电路的作用是给吃药装置提供合适的电源。装置采用太阳能电池和锂电池共同供电，使用USB接口供电。因为外接的是+5V电源，所以需要充电的芯片和电压转换电路，本设计选用了线性充电器LTC4054和三端集成稳压器AMS1117_3.3V。LTC4054只有5个引脚，可以直接从USB端口取电，充电电压设定在+4.2V。AMS1117_3.3V只有3个引脚，可以将+5V电压转换成+3.3V。电路如图7所示。电路中SUNl为6V左右的太阳能电池，儿为充电的USB接口，它们通过AMSlll7_3.3V共同给装置供电，通过LTC4054给锂电池充电，充电时，LED1发光。三极管v1、v3、电阻R5、R6、二极管D2组成了开关电路，当开关电路导通时，锂电池给装置供电，开关S1的作用是接通锂电池供电。
2.7状态指示模块电路设计
状态指示电路主要是用来指示吃药装置的工作状态、充电状态。电路分别如2、图7所示。在图2中，发光二极管LED3通过1K电阻连接到STC89C52的P3.6脚，当电路正常工作时，LED3闪烁。在图7中，LED1负极通过电阻连接到LTC4054的面端，LED1正极连接到USB接口的VBUS端，同时通过二极管D1连接到太阳能电池的负端，锂电池充电时，LED1亮。
3便携式吃药提醒装置重要功能实现
便携式吃药提醒装置的功能需要液晶显示和按键配合才能完成，本设计中液晶显示的内容如图8示。
3.1录音功能实现
录音时，先设定录音段数，录音段数与提醒次数相等，如一天需要提醒6次，那么段数就应该是1、2、3、4、5、6，假定需要录入的是第4次提醒的内容，录音段数就应该设定为04。首先按设定键，光标出现在第1行位置5，连续按移动键，移动光标到第2行位置3，连续按设定键让录音段数的第1位（即液晶显示屏第2行的第3位）显示0，按确认键，再按移動键，将光标移动到录音段数的第2位，通过连续按设定键让该位显示4，按确认键，录音段数设定后，按录音键，开始录音，语音信号通过麦克风接口输入，要录入的内容结束，按确认键。为了检查录音的内容是否正确，按确认键后，自动播放刚才的录音内容，如果内容正确，录音结束，否则重复以上步骤，重新录音。
3.2实时时间设定功能实现
在实时时间跟实际不符时，需要设定实时时间。时间显示采用24小时制。如当前时间是下午2点45分23秒，时间设定时，先按设定键，光标出现在第1行位置5，连续按设定键，改变数字，直到数字正确按下确认键，其他位置的数字设定通过按移动键移动光标、通过按设定键改变数字大小，数字调节正确按下确认键，直到在液晶显示实时时间的位置显示为14：45：23为止。
3.3提醒时间设定功能实现
提醒时间和提醒次数的设定根据医生要求和病人习惯来决定，如提醒次数为6次，对应的提醒序号为1、2、3、4、5、6，每个序号对应着一个提醒时间。提醒时间只需要设定时分就可以了。假定某天需要第3次提醒的时间是上午11半，那么提醒序号和提醒时间在液晶显示屏上就应该显示02 11：30。设定时，先设定提醒序号，再设定时间。设定过程中通过设定键改变数字，通过移动键移动光标，设定正确后按确认键。
4结论
本设计提出的便携式吃药提醒装置，具有实时时间显示、定时语音提醒的功能，还可以通过按键进行校时、设定提醒时间、更改提醒内容，有效避免了病人因为忘记吃药而带来的不良后果。该装置体积小，携带方便，实用性强，具有广阔的应用前景。
