目錄基于單片機(jī)的家庭智能藥管家硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 1硬件選用及介紹 1.1單片機(jī)模塊的選用及介紹 1.2MR628語(yǔ)音合成模塊選用介紹 1.3時(shí)鐘模塊選用介紹 41.4溫濕度模塊選用及介紹 41.5SIM900A短信模塊設(shè)計(jì)介紹 1.6液晶顯示模塊 2硬件電路設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)的需求分析 82.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.3單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) 92.4語(yǔ)音合成模塊的電路設(shè)計(jì) 2.5時(shí)鐘模塊的電路設(shè)計(jì) 2.6溫度傳感器模塊的設(shè)計(jì) 2.7液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì) 12.8電源電路的設(shè)計(jì) 122.9系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)電路圖 1.1單片機(jī)模塊的選用及介紹隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步，單片機(jī)產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展的也變得更加迅猛，各種單片機(jī)的產(chǎn)品層出不片機(jī)相比，速度上具有明顯的優(yōu)勢(shì)的。STM32單片機(jī)程序都采用的是模塊化的，接口相對(duì)51單片機(jī)來(lái)說(shuō)更為簡(jiǎn)單些，所以針對(duì)本設(shè)計(jì)具有多種類(lèi)型的模塊的特點(diǎn)，選用STM32單片機(jī)更為恰當(dāng)，因?yàn)樗陨砭哂卸喾N功能，工作速度快，而51的自身功能少，需要的外圍元件多，要求技術(shù)上對(duì)電子非常熟悉。本系統(tǒng)采用的是尺寸為21.86mm*52.34mm的STM32F103C8T6單片機(jī)核心板。使用的調(diào)試方式為SWD的調(diào)試方式。具有板載8M晶振和RTC晶振，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存24V04,高速晶振為8MHz,低速晶振為31.768k,具有1.54mm整數(shù)倍間距插針。單片機(jī)核心板的USB串□支持一鍵下載，程序更新方便，板載的24C04數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，有便于存儲(chǔ)參考，具有電源的指示燈，板子還能進(jìn)行LED燈的編程。其外觀圖如圖1.1所示。圖1.1STM32F103C8T6開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖以及開(kāi)發(fā)板所限制的電壓。STM32F103C8T6工作時(shí)，環(huán)境溫度一般需要控制在-102攝氏度之間，工作電壓在1.5伏到2.5伏之間。由內(nèi)外兩部分構(gòu)造構(gòu)成，外部封裝采用的是LQF48引腳，里面嵌入了Flash閃存，型號(hào)為32~128KB,能完成存儲(chǔ)、燒寫(xiě)對(duì)應(yīng)的串口程序RISC工作內(nèi)核，Cortex-M3是新一代基于ARM的處理器。它包含兩個(gè)12位自動(dòng)實(shí)時(shí)同步基于ADC的數(shù)據(jù)通道、三個(gè)16位自動(dòng)定時(shí)器定時(shí)器和一路的PWM,PWM基于脈沖寬度調(diào)制本設(shè)計(jì)采用的是MR628語(yǔ)音合成模塊。MR628是一款性?xún)r(jià)比較高的數(shù)字語(yǔ)音合成模塊，250字節(jié)，可同時(shí)進(jìn)行文本解析和語(yǔ)音播放，實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)間隔的語(yǔ)音合成。它是一個(gè)內(nèi)置的音1、接線方式：如圖1.2,紅色線為VCC,必須接5V,黃色為信號(hào)線，即模塊的RXD,需要接單片機(jī)或者TTL模塊的TXD,黑色為地線，接GND,注意不要接錯(cuò)。2、控制命令：通信方式為串口通信，波特率為9600,校驗(yàn)位None,數(shù)據(jù)位8,停止位1,(1)語(yǔ)音合成命令：以<G>為幀頭，后面接需要進(jìn)行語(yǔ)音合成的內(nèi)容，迎使用MR628語(yǔ)音合成模塊”,則發(fā)送：<G>歡迎使用MR628語(yǔ)音合成模塊注意是英文狀態(tài)(2)取消語(yǔ)音合成：發(fā)送<G>即會(huì)立刻停止本次語(yǔ)音合成；(3)播放背景音樂(lè)：內(nèi)置兩首背景音樂(lè)，發(fā)送<M>1即播放背景音樂(lè)1,發(fā)送<M>2即播放背景音樂(lè)2,發(fā)送<M>0關(guān)閉背景音樂(lè)，注意<M>0只能關(guān)閉背景音樂(lè)，不能停止語(yǔ)音成播放完畢，背景音樂(lè)依舊會(huì)一直播放，直到收到<M>0。播放提示音內(nèi)置兩首提示音，發(fā)送<I>18即播放背景音樂(lè)1,發(fā)送<I>19即播放背景音樂(lè)2。提示音與背景音樂(lè)不同，提示音播(4)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)示例：只要有串□的單片機(jī)都可以驅(qū)動(dòng)MR628語(yǔ)音合成模塊，圖1.3為DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為1.5V采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAMDS1302存在時(shí)鐘準(zhǔn)確度不高，容易受到環(huán)境因素的影響以及會(huì)出現(xiàn)時(shí)鐘混亂的情況，這屬于時(shí)鐘存在的一個(gè)缺點(diǎn)。但是由于DS1302能用于數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和記錄，尤其是對(duì)于一些具有特別含義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間一同記錄。根據(jù)它的這一特點(diǎn)，這樣的記錄對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的測(cè)控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因進(jìn)行查找具有重要的意義。一般情況下的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有具體的時(shí)間記錄，所以，僅僅能夠記錄數(shù)據(jù)但是卻無(wú)法記錄其出現(xiàn)的準(zhǔn)確的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一是需要使用計(jì)數(shù)器，會(huì)占用硬件的資源，另外一方面是需要設(shè)置中斷、查詢(xún)等，一樣會(huì)導(dǎo)單而且，某些測(cè)控系統(tǒng)或許不允許。但如果在系統(tǒng)中使用時(shí)鐘芯片DS1302,那就能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。設(shè)計(jì)方案采用微型SHT21溫度傳感器如圖1.4,新一代微型sensirion濕度和溫度傳感器在產(chǎn)品尺寸與溫度智能化綜合應(yīng)用技術(shù)方面已經(jīng)成功建立了一個(gè)新的應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：它們內(nèi)部分別嵌入了另外一系列分別適用于熱回流部件焊接的微型雙列扁平管和無(wú)引腳的SDNF,微型封裝，底部3×3mm,高度1.1mm。該相位傳感器將其高頻輸出信號(hào)通過(guò)相位標(biāo)定轉(zhuǎn)換為一個(gè)pc的高頻數(shù)字信號(hào)，采用一種標(biāo)準(zhǔn)化的PC輸出格式?？梢灾苯油ㄟ^(guò)電池輸入信號(hào)命令對(duì)其數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)修改(8/12bit乃至12/14bit的數(shù)字RH/T,傳感器的通用芯片SHT21配有4C以替代CMOSens的芯片，除開(kāi)它本身就附帶有的一個(gè)數(shù)據(jù)的讀取存在誤差，所以通過(guò)對(duì)其進(jìn)行誤差分析，圖1.5和1.6分析了溫濕度傳感器在25攝相對(duì)濕度最小典型分辨率1典型響應(yīng)時(shí)間38S工作范圍0圖1.525°時(shí)相對(duì)濕度的最大誤差溫度最小分辨率1℃℃典型℃℃℃工作范圍℃響應(yīng)時(shí)間75S圖1.6溫度典型誤差和最大誤差1.5SIM900A短信模塊設(shè)計(jì)介紹此調(diào)試模塊的直流供電要求條件一般為5V直流供電，計(jì)算機(jī)僅在調(diào)試初期的使用計(jì)算機(jī)USB時(shí)的供電要求條件就已經(jīng)可以直接達(dá)到這個(gè)供電要求。因?yàn)樗皇窃黾恿?000uf的一個(gè)TTL電平串□兼容采用自適應(yīng)兼容2.3V和5V的直流單片機(jī)。它們還可以與其他單片機(jī)電路進(jìn)行直接集成鏈路。待機(jī)時(shí)間在80min左右控器也同樣可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。該應(yīng)用模塊的主要功能優(yōu)點(diǎn)之一，那就是它只同時(shí)保留232□,在用戶進(jìn)行編程學(xué)習(xí)或者進(jìn)行開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中時(shí)它可以實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)聽(tīng)51低端的智能單片上主機(jī)的內(nèi)在原因，節(jié)約了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和技術(shù)研究的大量時(shí)間。支持3G和4G的移動(dòng)電話通訊卡。此款模塊TTL電平兼容2.3V系統(tǒng)，5VTTL系統(tǒng)需要通過(guò)232控制模塊。此模塊的優(yōu)點(diǎn)是一路TTL的兩個(gè)接口分別同時(shí)支持2.3V射頻單片機(jī)與5V射頻單片機(jī)。即同時(shí)支持51類(lèi)型5V單片機(jī)與STM32單片機(jī)。兩路常用天線交換接□為SAM天線交換接□,IPXMINI天線交換接□(兩路無(wú)需天線焊接)。一路232電平模塊接口，也就是說(shuō)一個(gè)用戶可以通過(guò)一根232-USB型的串口線直接把這個(gè)電平模塊的連接在一臺(tái)電腦里面來(lái)進(jìn)行調(diào)試。還可以通過(guò)USB-TTL來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)到你的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)直接控制串□模塊的工作方法，是通過(guò)一個(gè)串□(AT)模塊發(fā)送的控制指令(AT)信號(hào)來(lái)直接控制這個(gè)串□模塊。1.6液晶顯示模塊設(shè)計(jì)中常用的顯示屏一般有OLED顯示屏如圖1.7所示，和LCD顯示屏。但是兩者的發(fā)光原理具有明顯的差異，OLED面板的屏幕的對(duì)比度、亮度以及可視角度燈各方面的性能都要比LCD面板優(yōu)越。由于家庭智能藥管家需要顯示的數(shù)據(jù)較多，所以在本次設(shè)計(jì)中我們自然會(huì)選擇清晰度和對(duì)比度等性能更為優(yōu)越的OLED顯示屏。當(dāng)前我們普遍使用的OLED顯示屏上一般主要包含有IC和SPI兩種通訊接口基本信息和接口定義，這兩種通訊接口采用無(wú)線通訊協(xié)議有所不同。工作示例：如果我們要在左上角顯示一個(gè)亮點(diǎn)，需要發(fā)送0x01(16進(jìn)制的1)到數(shù)據(jù)地址，例如：Wire.write(0x40);//寫(xiě)地址82硬件電路設(shè)計(jì)記服用藥物的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響治療的效果，從而影響患者身體的恢復(fù)。部分是軟件程序的設(shè)計(jì)。硬件電路的設(shè)計(jì)具體是利用STM32F103C8T6單片機(jī)、件部分的設(shè)計(jì)是利用C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，編譯系統(tǒng)程序，并以程序代碼和文檔統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。9電源模塊光敏電阻時(shí)鐘模塊鍵盤(pán)模塊GSM短信模塊語(yǔ)音模塊基于單片機(jī)STM32F103C8T6設(shè)計(jì)的家庭智能藥管家系統(tǒng)，在打開(kāi)開(kāi)關(guān)接通電源后，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行初始化，接下來(lái)單片機(jī)讀取時(shí)鐘模塊DS1302的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)顯示屏0.96OLED顯示；此模塊下可以實(shí)現(xiàn)利用手動(dòng)鍵入控制詳細(xì)的服藥的提醒時(shí)間并在顯示屏有清楚的顯示，按鍵可以設(shè)置吃藥提醒時(shí)間，語(yǔ)音模塊播報(bào)提醒語(yǔ)音。2.3單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)為系統(tǒng)的主控制器。同時(shí)它還擁有一個(gè)高性能的RISC內(nèi)核，其內(nèi)部工作運(yùn)行頻率最高可以達(dá)到72MHz,讓其可適用于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；單片機(jī)與下載口電路、光敏電阻電路、電源電路等一起組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，電路原理圖如圖2.2所示。rr4PASSRLSCKADCINVSSJVDO1PBI2SHNSSTI單片機(jī)芯片共有48個(gè)管腳，每個(gè)管腳所對(duì)應(yīng)這不能的作用，例如傳感器模塊的接入、電源電路、OLED顯示屏電路等。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)家庭智能藥管家系統(tǒng)的定時(shí)提醒、語(yǔ)音播報(bào)、溫濕度監(jiān)測(cè)、光照度的傳輸、處理、專(zhuān)3NC4專(zhuān)94K20pf2月6任務(wù)。具體電路設(shè)計(jì)如圖3.3所示。將5V左右的穩(wěn)壓電源引入電源正極VCC端，電源負(fù)極GND端接地，4接口端需要接STM32F103C8T6單片機(jī)U1-RXD引腳，5接口端接入STM32F103C8T6單片機(jī)U1-TXD引腳處。語(yǔ)音模塊VCC_5V1234562.5時(shí)鐘模塊的電路設(shè)計(jì)到語(yǔ)音模塊，一起完成定時(shí)提醒功能。如圖2.4所示，該時(shí)鐘模塊引腳1(VCC)接通電源，引腳2(GND)接地，引腳4(DAIA)與單片機(jī)STM32F103C8T6引腳DS1302相連，引腳3(CLK)與單片機(jī)STM32F103C8T6引腳DS1302相連，引腳5(RST)連接單片機(jī)STM32F103C8T6DS1302,以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘數(shù)據(jù)的處理、發(fā)送。它的供電電壓較小，在接通電源后，會(huì)有不穩(wěn)定狀態(tài)的產(chǎn)生，狀態(tài)持續(xù)2s,需要123452.6溫度傳感器模塊的設(shè)計(jì)情況，便于評(píng)估藥物的存放環(huán)境，防止藥物受潮變質(zhì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路見(jiàn)圖2.5,在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中需要使用的濕度傳感器一般位于一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行配置的穩(wěn)定范圍內(nèi)見(jiàn)圖2.6,但是由于長(zhǎng)期陽(yáng)光曝曬或直接暴露在正常環(huán)境溫度使用范圍以外的一定環(huán)境濕度條件下，特別是在相對(duì)濕度大于>80%時(shí)，可能陽(yáng)光會(huì)直接輻射導(dǎo)致相關(guān)信號(hào)發(fā)生暫時(shí)性的快速漂移(60小時(shí)后信號(hào)漂移+3%rh)。但是當(dāng)定位傳52.7液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)度值。系統(tǒng)的OLED顯示屏采用的模塊是四腳連接□的，其中，引腳1連接到輸入電壓，引腳2為接地，引腳3為連接到輸出工作電壓，電路設(shè)計(jì)的原理圖如圖圖2.7O