智能藥盒是專為需要長期服藥的慢性疾病患者或易健忘的老年患者按時吃藥而設(shè)計的產(chǎn)品。通過手機APP設(shè)置服藥提醒，能夠保證合理科學的用藥，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。本方案為基礎(chǔ)設(shè)計，用戶可在此基礎(chǔ)上開發(fā)類似的衍生應(yīng)用。

1、方案特點

本方案使用RTC模塊和Data Flash來分別儲存實時時間和提醒時間（RTC報警）的數(shù)據(jù)。可實現(xiàn)的功能包括：

- 通過WeMos ESP8266模塊連接瑞薩IoT Sandbox；

- 記錄服藥事件；

- 通過手機APP設(shè)置服藥提醒；

- 通過聲光提醒；

- 服藥記錄可傳至手機端APP；

- 電池低電量提醒；

- 4位7段LED上可顯示實時時間。

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WeMos ESP8266模塊（Wi-Fi模塊）以及手機APP來實現(xiàn)功能，可以通過Wi-Fi模塊連接到Renesas IoT Sandbox。

圖2.智能藥盒系統(tǒng)框圖

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

（1）可通過撥動開關(guān)SW4選擇由Micro USB接口供電或是電池供電。上電后系統(tǒng)開始進行初始化。WeMos ESP8266復位，4位7段LED開啟。10秒后，智能藥盒進入STOP模式。

（2）通過MQTT協(xié)議與手機APP進行信息的通訊。當正確添加智能藥盒后，實時時鐘校準信息便通過MQTT協(xié)議自動發(fā)送至藥盒。RL78/G13單片機會將實時時鐘更新為當前時間（HH:MM）并把時間信息顯示在4位7段LED屏上。同時，RL78/G13還會通過MQTT協(xié)議發(fā)送響應(yīng)以表明智能藥盒當前在線。

（3）手機APP會自動查看智能藥盒當前的狀態(tài)（在線/離線）。如果處于在線狀態(tài)，可以點擊“Add”和“Clear”進行下一步設(shè)置。如果處于離線狀態(tài)，請檢查網(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），此時點擊“Reconnect”使藥盒和手機APP建立連接。如果LED燈不能以1秒為間隔閃爍，說明網(wǎng)絡(luò)連接有問題，可回到“步驟（2）”重新添加藥盒。

（4）通過手機APP可設(shè)置3個（最多）提醒，設(shè)置的信息會通過MQTT發(fā)至智能藥盒來提醒患者按時服藥。每個提醒時間也都會儲存到數(shù)據(jù)閃存中。在設(shè)置提醒的頁面點擊“Add”進行“Hour”和“Minute”的設(shè)置，然后點擊“Save”即可。在手機APP上點擊“Clear”可以刪除所有的提醒，且相應(yīng)的操作信息會通過MQTT發(fā)送至智能藥盒上。

（5）一個提醒到時后，RL78/G13的RTC鬧鐘報警中斷產(chǎn)生，系統(tǒng)會發(fā)出提示音并啟動振動馬達，同時點亮對應(yīng)藥倉的LED燈。如果此時用戶按下服藥記錄鍵（SW1），智能藥盒會通過Wi-Fi模塊利用MQTT協(xié)議將服藥記錄發(fā)送至云端。在手機APP上點擊“Record”可以看到所有的服藥記錄。

（6）4位7段LED用來顯示實時時間數(shù)據(jù)。每按下一次SW1或者每發(fā)生一個中斷，4位7段LED都會點亮10秒鐘。

（7）如果系統(tǒng)由電池供電，電池電壓會定期被檢測。每當RTC的1小時中斷產(chǎn)生時，RL78/G13的A/D轉(zhuǎn)換器會檢測電池的電壓。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更換電池。接收到手機APP的電池檢測指令后，RL78/G13也會進行一次電池電壓檢測，并通過Wi-Fi模塊利用MQTT協(xié)議將電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至手機APP。

（8）如果系統(tǒng)的RTC時間與手機端不同步，在手機APP上點擊“More”和“Time Correction”，實時時間信息會通過MQTT協(xié)議發(fā)送至藥盒。RL78/G13會更新實時時鐘。在手機APP上點擊“More”以及“Delete box”后，APP中的藥盒信息會被刪除。點擊“Add box”可以重新添加新的藥盒。

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

3、硬件電路

智能藥盒主要電路包括電源電路、電池電壓檢測電路、功能鍵檢測電路、蜂鳴器控制電路、直流振動電機控制電路、WeMos ESP8266模塊電源控制電路、藥倉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，可幫助實現(xiàn)對系統(tǒng)電源、Wi-Fi、藍牙、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、WeMos ESP8266模塊、LED等在內(nèi)的整個系統(tǒng)電路供電。

（2）電池電壓檢測電路

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

（3）功能鍵檢測電路

智能藥盒帶有功能鍵檢測電路，在IDLE模式下，用SW1的下降沿將系統(tǒng)喚醒至標準模式，同時，4位7段LED開啟并實時顯示當前時間。發(fā)生RTC報警中斷后，按下SW1產(chǎn)生INTP1中斷來通知MCU停止報警，并讓Wi-Fi模塊發(fā)送服藥記錄。按下SW2產(chǎn)生INTP2中斷來通知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中斷來通知MCU關(guān)閉或開啟Wi-Fi模塊的電源，用來降低系統(tǒng)功耗。

（4）蜂鳴器控制電路

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

（5）直流振動電機控制電路

智能藥盒的直流振動電機控制電路在報警發(fā)生后，一個輸入/輸出端口輸出一個高電平以驅(qū)動電機產(chǎn)生振動。

（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輸出引腳P60，控制Wi-Fi模塊的供電電源的開啟和關(guān)閉。

（7）藥倉LED的控制電路

7個LED燈分別對應(yīng)7個藥倉。當發(fā)生RTC報警中斷，對應(yīng)服藥日的LED燈開啟。例如：LED1對應(yīng)著周一的服藥提醒，而LED7對應(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屏顯示實時時鐘的信息。每按下一次SW1或者每發(fā)生一個中斷，4位7段LED都會顯示當前時間。

4、系統(tǒng)BOM說明

智能藥盒電路結(jié)構(gòu)簡單，采用RL78/G13 MCU、ISL9120IRAZ降壓轉(zhuǎn)換器兩個芯片、20V/3.7A P-MOS、32.768KHZ石英晶振、直流振動馬達、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石英晶振的負載電容為12.5PF，馬達為3VDC驅(qū)動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發(fā)，將其用于從家用電器和消費類電器到工業(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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