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应用力学与材料 提交日期：2014-10-20

ISSN：1662-7482，Vols。 719-720，第567-572页 接受日期：2014-11-10

DOI：10.4028 / www.scientific.net / AMM.719-720.567 在线：2015-01-13

copy;2015 Trans Tech Publications，瑞士

基于STM32F107的网络智能药柜设计

乔江和徐俊明

杭州电子科技大学电子器件与应用研究所中国杭州2杭州电子科技大学中国杭州824257165@qq.com，^bxujunming@hdu.edu.cn

关键词：老年人; 医学; 网络; STM32F107

摘要 本文设计了一个基于STM32F107和网络的智能系统柜，可以及时通知老年人吃药，并记录下药时间，并通过网络模块将结果发送给服务器。 服务器会记录服药时间，并根据时间来判断老年人是否及时服药。 如果没有，服务器会通过短信网关发送短信给家人的手机，让他们及时掌握情况。 对于总是忘记吃药的老年人更有用。

一、研究背景和意义

随着全球老龄化趋势的日益加剧，孤寡老人已成为不容忽视的社会问题。 不难发现，孤老服药通常会犯更多的错误。 不好的结果是可能导致身体不适的频繁发生。 因此，按时吃药接近老年人的健康。

目前国内外研究人员正在积极探索系统，有效提醒老年人及时吃药。 几年前，国外出现了一种基于RFID的药物追踪系统。 您可以利用RFID标签来触摸读写器，以获取您自己的药品信息并记录下服药时间。 但FRID技术对包装要求较高，不能及时做出正确的反应。 所以它有一些限制。

虽然这方面的国内研究非常少见。 市场上的产品只是警报提醒，不能监督老年人按时吃药。

因此，本文设计了一个基于STM32F107和网络的系统，可以解决双重监管下的老化遗忘吃药问题。 该系统的网络结构如图1所示。

图。1。 系统的网络结构

二、智能药柜系统的硬件设计

这种智能药品柜系统适用于家庭住宅，医院和养老院。 由于整个硬件系统成本低，人们更容易接受。 该系统的硬件结构如图2所示。 下面简要介绍各模块的硬件设计。

图2 系统硬件图

电源模块的硬件设计

4.3V和3.3V电压由电源模块输出，为控制器和每个模块提供电源。 MC29302是一款DC-DC降压芯片，可将5V电压转换为4.3V。 主要是为GPRS模块供电。 AMS1117-3.3提供3.3V电压，AMS1117-3.3是一款1A低压差稳压器，为其他模块供电。

网络模块的硬件设计

在这个系统中，控制器与三个网络模块相结合，即以太网，GPRS和WIFI。 这些网络不能同时工作，优先级为以太网gt; WIFIgt; GPRS。 网络模块的用途是将数据从系统传输到服务器。 此外，控制器可以判断哪个网络模块正在工作，并始终与服务器保持通信。

ENC28J60是以太网模块的控制器。 它是具有标准串行外设接口的以太网独立控制器。 ENC28J60符合IEEE 802.3的所有规范[1]，并利用包过滤机制来限制传入数据包。 ENC28J60有一个名为PHSTAT1的寄存器，读取LLSTAT位以获取以太网的当前连接状态。 另外，ENC28J60有一个可以存储数据的数据缓冲区，系统可以通过发送适当的命令来读取和处理数据。

USR-WIFI232-X用作YouRen技术公司生产的WIFI模块。 TCP / IP协议已经被嵌入到它中，以便待传输的数据可以自动协议转换。 另外，USR-WIFI232-X中还有一个网络状态引脚，STM32F107可以读取该引脚的电平来判断WIFI的网络状态。 WIFI模块的基本配置可以通过Web或AT命令配置[2]。

GPRS模块采用新讯科技公司生产的SIM900A，通过串口与STM32F107相连。 包括配置和数据传输在内的所有操作均由AT命令完成。 此外，SIM900A还有一个DTR引脚，可以在低电平时使其进入睡眠模式。 在休眠模式下，SIM900A只能产生10mA电流。

显示模块的硬件设计

显示模块是设备控制的主要部分。 LCD12864将用于该系统。 由于电源电压较低，字数较大，因此更适合老年人。 LCD12864具有一个STM32F107能够通过SPI从它获取字的字体芯片。 STM32F107和LCD12864之间的连接方式有两种模式：并行和串行。 在这个系统中，由于数据传输的速度很快，所以使用了并行。

USB模块的硬​​件设计

USB模块用于修改药柜参数，即网络参数，盒号和闹钟。 该模块中嵌入了CH376T，该模块嵌入了USB通信的基本协议。 提供了三种通信接口来连接STM32F107和CH376T：并行，串行外设接口和异步串行接口。 在这个系统中，SPI将被采用。 此外，CH375T中还有一个512字节的数据缓冲区，并将接收到的数据存入其中。 接收到数据后，中断请求引脚将处于低电平触发STM32F107。 然后它从数据缓冲区读取数据并通过发送相应的命令来处理数据。

玩家模块的硬件设计

播放器模块旨在通过播放音乐来警告用户。 该模块分为四个部分：阅读，转换，放大和

播放器。 结构图如图3所示。

图3 玩家模块的结构图

TF卡是TranFlash的简称。 它是一种超小型移动存储卡，拥有小尺寸和大容量[3]。控制器通过发送命令读取来自TF卡的音频信号。 数字音频信号将通过音频解码器VS1003转换为模拟音频信号，该音频解码器可以重新编码一些音频格式，如MP3，WMA，MIDI等。 然后，由VS1003重新编码的音频模拟信号被发送到音频前置放大器以放大信号。 音频前置放大器由双运算放大器LM358组成。 前置放大器的增益由反馈电阻决定[4]。 由音频功率放大器LM4890组成的信号的功率放大可驱动1W扬声器。 低电平时，LM4890具有一个关断音频的引脚，具有降低功耗的优势。 整个音频电路如图4所示。

图4 音频放大器电路

三、智能药柜系统的软件实现

UIP协议栈介绍 TCP / IP是使用最广泛的网络通信协议。 但由于其代码量大，不适合8/16位微处理器。 uIP是由瑞典计算机科学研究所的Adam Dunkels而不是TCP / IP开发的轻量级TCP / IP协议。

使用基于UIP协议的一系列接口函数来处理数据包。 Uip_periodic（）主要是程序中的接口，旨在将数据构建到IP数据包中。 在当前连接中接收到数据包时，它将由uip_newdata（）函数处理; 数据将由uip_input（）根据是否需要发送。 应用程序和UIP通过UIP_APPCALL连接，当需要处理数据或连接时将调用该应用程序^[5]。

GPRS的AT命令。 AT命令适用于终端设备和PC应用程序之间的连接和通信。 它在每个AT命令行中只能包含一个命令，其中不允许多个响应。 字符串的第一个和最后一个格式的字符是AT。 通过AT命令发送GPRS数据的过程如下所示

1. AT CGDCONT = 1，“IP”：TCP / IP协议设置为连接网络。
2. AT CGATT = 1：它使模块连接到GPRS。
3. AT CIPSTART =“TCP”，“55.210.240.28”，“80”：目标是设置服务器的IP和端口号，这对通信更重要。
4. AT CIPSEND：将在数据发送时使用。
5. AT CIPSTATUS：它能够通过这个AT命令查询模块的状态。

四、软件设计

软件设计主要分为四个部分。

第一部分是网络数据的传输和接收。 需要对以太网，WIFI和GPRS三种网络连接进行编程。 内嵌TCP / IP协议的WIFI和GPRS模块可直接通过串口接收或发送数据包; 然而，必须移植上面介绍的UIP协议的以太网模块与GPRS和WIFI有很大不同。 有必要设置主机的IP地址，网关和子网掩码，分别使用uip_sethostaddr（），uip_setdraddr（）和uip_setnetmask（）完成。 在发送数据后，在协议栈中构造IP数据包，如果需要，数据将被发送到应用层进行处理。 如果需要返回数据，它将通过uip_send（）进行缓冲并等待硬件发送。

第二部分软件是音频信号获取和重新编码。 更重要的部分是TF卡和VS1003的初始化。 初始化的目的是获取音频的大小和相应的地址。 TF卡中存放文件的格式为FAT32分区，具有文件大小，扇区数等参数，文件地址由簇号和扇区号决定。 因此，必须将FAT程序移植到STM32F107以获取音频信号。 初始化后，控制器将根据地址读取音频信号，然后发送至VS1003进行重新编码。

第三部分软件是按键扫描。 消除抖动的关键是键盘应用的重要先决条件，可以通过使用时间延迟来解决。 为了提高程序执行的效率，经常使用多级中断。 一旦按下按钮，可能会触发中断; 程序将进入中断程序处理这些键。

第四部分是USB通信。 首先，需要通过发送相应的命令来配置CH376T的USB模式。 如果收到数据，中断请求引脚将为低电平并触发中断。 在中断功能中，数据将从缓冲区中读取，用于修改药柜参数。

设计流程图如图5所示。

图5 软件设计流程图该系统的软件

五、MFC应用程序的设计

MFC应用程序被编程为客户端，通过USB与药柜通信。 MFC是Microsoft Corp（类库）提供的类库。 它以C 类的形式封装了Windows API，并包含一个应用程序框架[7]。 MFC的框架由不同类型的组件构成，在应用程序中自动生成相应的事件功能。 函数将在调用时执行

这些组件被触发。

图6 MFC应用程序的框架

在这个系统中，创建MFC的主要目的是与药柜进行数据通信。 图6所示的客户端框架分为四部分：号码设置，本地时间设置，六个闹钟设置和以太网设置。 CH376T驱动程序文件和函数库应该被添加到应用程序中以提供必要的功能。 当参数设置完毕后，按下按钮调用数据传输功能。

参数配置界面如图7所示。

图7。 参数配置

六、结论

该系统利用网络与老年人，药品柜和家庭相结合，可以解决因时间模糊概念而导致的老年人遗忘吃药问题。 另外，它使用三个网络模块与服务器进行通信，确保在任何地方连接网络。 通过音乐模块，老年人可以将喜欢的音乐下载到系统作为警报环，这可以增加吃药的兴趣。 该药柜可用于社区，家庭，养老院等。

致谢

这项工作得到了浙江省科技计划项目（2012C23057）的支持。

参考文献

1. 陈小龙，周伟华，“ENC28J60以太网控制器应用于网络的三相电能表”，“技术文摘”。 第一卷。 10，第1-4页，2010年3月。
2. Kien Nguyen，Yusheng Ji和Yamada，“S. 使用并发连接和多路径TCP改善WiFi网络，“2013 IEEE第14届国际研讨会和研讨会。 第一卷。 10，p。 1-3，2013。
3. Torres，Colli-Menchi，Rojas-Gonzalez和Sanchez-Sinencio，“低功耗高PSRR无时钟电流控制D类音频放大器”，IEEE固态电路杂志。 第一卷。 2，第1553-1561页，2011年2月。
4. MAR Gonzalez，ES Silencer，“Design of a class of class D audio amplifier IC using sliding mode control and negative feedback，”IEEE Trans on Consumer Electronics。 卷。 53，第2号，第609-617页，2007年5月。
5. 李献辉，刘江彪，蔡卫宇，“基于STM32的Web服务器控制系统的设计与实现”，控制系统计算与工程。 第一卷。 88，p。 2012年4月146-149。
6. Hangman，“GSM电路交换服务和GPRS共享资源系统中的GPRS性能估计”，无线通信和网络会议。 第一卷。 3，p。 1417-1421,2006。
7. 王颖，“基于MFC编程框架的场景仿真系统设计”，2010 IEEE第6届多媒体信号处理研讨会。 第一卷。 1，p。 1-4，2010。lt;

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