一种基于半导体帕尔帖效应的WiFi智能药箱系统

摘要

本发明公开了一种基于半导体帕尔帖效应的WiFi智能药箱系统，包括：智能药箱、手机客户端APP和便携式手环，智能药箱具有智能温控保存存储条件特殊的药物、压力传感检测药物余量、太阳能电池板后备供电、特定情况下紧急呼救以及WiFi远程通信等功能；便携式手环可以实时对佩戴这进行心率检测、跌倒检测，并且可实现智能语音播报提醒服药买药、GPS定位以及远程WiFi通信功能。手机客户端APP具有药物相关信息推送、提醒服药购药、接收药箱和手环发送的信息并自动采用设定方式处理以及在用户授权的情况下自动订购等功能。本发明的优点是：具有温度控制、药量检测、远程控制、应急处理等功能，能够更加全面的提高用户的使用体验和效率，提高用户的安全保障。

说明书

技术领域

本发明涉及智能药箱技术领域，特别涉及一种基于半导体帕尔帖效应的WiFi智能药箱系统。

背景技术

近年来，国内外对于老年人的健康问题格外关注。智能药箱就是针对老年人服药问题所设计的一类家用智能服药系统。目前的智能药箱系统是以让老人能按时按点吃药为目标设计的，主要有及时提醒以及监督取药两方面的功能。存在的主要不足在于：

(1)保存能力有限：目前的药箱仅限于保存对温度无特定要求或要求较宽松的药物，而不能存放对温度较敏感，有特殊存储需求的药物。

(2)智能化程度低：目前的药箱只局限于药物简单存放与获取，使用不便，功能机械化，与互联网及物联网的联系更是不够紧密。

(3)监督提醒功能不完善：目前的药箱只能局限于给药箱采用语音播报模块提示服药，对于药箱不在身边的人提醒服药功能不到位，并且不能根据药物余量进行提醒人们进行补药。

(4)缺失紧急情况处理能力：若老人突发心脏病、昏倒、摔倒等特殊情况，现有的智能药箱系统无法检测并通知家人处理。

(5)户外断电后功能丧失：现有的智能药箱系统大多为电池工作或者家用插电工作，一旦到户外出现电池用电耗尽等断电情况，药箱无法正常运转，所有的功能基本丧失。

半导体温控技术：半导体理论上的温度控制范围为：正温90℃到负温度130℃，体积小巧，便于携带，可以应用到大多数场合。半导体制冷技术建立在温差效应电基础上，半导体制冷也称温差电制冷或热电制冷。半导体片的工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料连结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。制冷片内部是由上百对电偶联成的热电堆，以达到增强制冷(制热)的效果。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种基于半导体帕尔帖效应的WiFi智能药箱系统，从更广范围的用户人群及更高的用户需求出发，通过半导体制冷、压力传感、WiFi通信、软件制作、心率检测、跌倒检测、紧急呼救、太阳能充电等技术的应用，在温度控制、药量检测、远程控制、应急处理等方面更具优势。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于半导体帕尔帖效应的WiFi智能药箱系统，包括：智能药箱、手机客户端APP和便携式手环；

WIFI模块分别安装在智能药箱和便携式手环上，用于实现智能药箱、便携式手环、手机客户端APP的信息交互；

智能药箱包括：储药盒、服药盒、单片机、温度控制模块、太阳能充电系统、药物余量报警系统；

温度控制模块由半导体片、驱动电路、温湿度采集模块组成。温湿度采集模块进行温湿度数据的读取；同时温湿度传感器实时测量药箱内的温湿度并且将数据回传给单片机，在设定某一温度后，单片机对传回的温湿度数据与设定的数值进行作差，通过PID算法进行运算并输出相应的PWM值给驱动电路，驱动电路再根据单片机的指令控制电流的方向以及大小进而控制半导体片的制冷或加热以达到精确控制温度的目的。

单片机控制驱动电路输出电流的大小以及改变电流的方向进而实现半导体片对药箱储药盒的制冷或加热，半导体片安装在储药盒内；

太阳能充电系统由太阳能板、电池和电压转换模块构成。

太阳能板通过电压转换模块将不稳定电压转变成适宜为电池充电的电压，向电池充电。智能药箱从电池取得稳定的供电电压。

药物余量报警系统用于监测智能药箱内药物的重量，将数据传输给单片机后进行运算处理。

储药盒用于存储药品，可拆卸，拆卸后能够进行装药，在手机客户端APP发送控制信号后，单片机控制储药盒将药品送入服药盒；服药盒可拆卸；

手机客户端APP具有用户登录、对智能药箱的远程控制、自动订购、医疗与健康知识的功能，实现对药箱内药物和药箱情况的查询和监测，实现用户远程掌控药箱功能和药物的信息提取；实现用户用药自动订购功能。

便携式手环包括：树莓派、语音播报模块、心率采集模块、跌倒状态监测模块、GSM模块；

树莓派为只有信用卡大小的微型电脑，其系统基于Linux，树莓派在便携终端控制器中具有较强的算力，可以不依赖于网络环境运行机器学习算法，从而与跌倒状态检测模块配合来准确判断跌倒状态，同时还用于与WiFi模块串口通信以及控制语音播报模块、心率采集模块、GSM模块的工作并且对这些模块回传的数据及状态按照已设定的逻辑方式进行处理；

心率采集模块采用光学心率传感器，通过电光溶剂脉搏波描记法来测量心率及其他生物计量指标，电容灯光射向皮肤，反射回来的光被光敏传感器传换成电信号，再转换成数字信号，计算出心率，对数据进行处理并在完成相应计算后通过WiFi模块发给手机客户端APP记录并显示；

语音播报模块能够准确播报药物服用时间及剂量，确保用户按时按量服用药物，实现提醒服药的功能。语音播报提醒用户药量不足、并提醒用户及时采购，并且保证能够在紧急情况下配合系统其他部分实现报警功能。

跌倒状态监测模块通过跌倒检测选择志愿者模拟老人摔倒，测出数据，再采用SVM模型，在PC端进行配置，然后烧写到树莓派上，能够检测老人是否发生跌倒，若监测跌倒则报警。

进一步地，太阳能充电系统还包括太阳能充电控制器，太阳能充电控制器连接于太阳能板和电池之间，能够在太阳能系统充电过程中起到防止充电过满和保护锂电池的作用。

进一步地，所述药物余量报警系统药物余量检测报警系统包括：压力传感器、模拟运算放大器、A/D转换器、单片机、显示和报警模块；

当药物放到压力传感器上时，压力传感器输出响应的模拟电压信号，通过放大电路将输出信号放大，而后送入A/D转换器进行模数转换，再将转换后的数字量送给单片机，单片机接收数据后，对数据进行处理，将其转换成为质量信息显示出来。并由此判断是否低于设定的阈值，若低于阈值，单片机会接收信息，通过WiFi模块上传到手机客户端APP，向用户报警。以达到了提醒人们及时补药的目的。

进一步地，本发明还公开了智能药箱使用方法，包括：根据服药方法，控制储药盒将药品送入服药盒中，老人从智能药箱取下服药盒便进行服药。储药盒具有RFID标签。老人或监护人可以取出储药盒后自行进行装药。储药盒装入智能药箱后，智能药箱通过RFID读写器读取储药盒上的RFID标签信息，获取药品信息和服药方法信息。

当到服药时间时，智能药箱自动控制储药盒将药品送入服药盒，并通过显示模块、语音等方式提醒老人服药。当老人从智能药箱中取下服药盒时，认为老人已经服药，经过一段时间和数次的提醒后，服药盒依然没有被取下，则向老人监护人、医疗单位发出报警信息。

进一步地，本发明还公开了智能药箱系统的应急处理方法，包括：在户外时便携式手环的WiFi模块保持与手机进行WiFi连接，如便携式手环的心率采集模块检测到心率异常或跌倒状态监测模块检测到用户跌倒，便携式手环会持续给手机客户端APP发送弹窗进行提示，持续时间2分钟，弹窗会提示用户进行取消弹窗或进入紧急模式。若2分钟内用户并未进行任何操作，则该系统直接进入紧急模式。紧急模式是手机客户端APP自动给相绑定的家人朋友进行发送信息提示，同时自动开启用户手机的GPS功能，将该遇到紧急情况跌倒或心率异常等情况以及用户的地理位置发送给其家人朋友，其家人或朋友需在1分钟内在APP中确认回应收到信息并对该用户采取相应救援措施。若其家人朋友在1分钟内并未回应，则手机客户端AP将未回应这一情况通过WiFi通信传递给便携式手环，同时也将GPS定位信息传递给便携式手环进行处理，WiFi模块通过串口通信将信息传递给树莓派，树莓派控制GSM模块进行紧急120拨号，120接通以后，树莓派通过语音播报模块控制小喇叭进行语音播报，重复播报用户地理位置以及用户所处情况，120再对用户进行紧急救援。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.半导体制冷相对于传统冰箱制冷方式。不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

使用半导体片既能制冷，又能加热

半导体片通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，自动化程度高。

使用半导体片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

智能药箱设置半导体片及其温度控制系统可以做到便捷、功耗低、可靠性高等优点。

2.智能药箱的体积较小，并且效率较高，由单片机控制，稳定性较好，智能药箱拥有更多的存储空间，保证药箱拥有对存储条件特殊药物的稳定性、可靠性，以及药箱的远程可控性、便捷性等。驱动芯片简单便捷，可承载电流大，可以很好的保证该部分功能的完成。能够实时检测药物余量，在低于某一设定值时，可自动进行语音播报提醒用户对药物进行补充。配备太阳能电池板，可以在断电情况下进行充电，节约电能，更加环保。

3.本发明能够达到对用户心率以及跌倒状态的精确检测，同时配合通信，以及设计的应急逻辑架构。能够处理很多突发情况，最大程度的保证了用户的安全性。尤其采用GSM模块进行紧急拨号120，并且通过语音播报模块和喇叭进行用户地理位置以及状态播报。

4.智能药箱APP端拥有更丰富的功能。通过WiFi模块连接智能药箱并快速上手使用。实现对药箱内药物和药箱情况的查询和监测，实现用户远程掌控药箱功能和药物的信息提取；实现用户用药自动订购功能，为用户用时补充药物提供方便；每日推送医药方面的新闻及健康相关的知识；同时配合手环设有应急功能。

附图说明

图1是本发明实施例系统通信示意图；

图2是本发明实施例智能药箱硬件结构及功能图；

图3是本发明实施例便携式手环硬件结构及功能图；

图4是本发明实施例驱动电路H桥架构图；

图5是本发明实施例药物余量报警系统原理框图；

图6是本发明实施例跌倒状态监测模块的检测流程图；

图7是本发明实施例手机客户端APP功能图；

图8是本发明实施例系统应急功能逻辑示意图；

图9是本发明实施例紧急模式逻辑示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1、2、3所示，一种基于半导体帕尔帖效应的WiFi智能药箱系统，包括以下部分：

温度控制功能

该系统的智能药箱部分的控制模块采用STM32芯片，该芯片高性能、低成本、功耗低；由STM32进行控制药箱的各种功能。

温控执行模块由半导体片TEC1-12706及驱动电路组成。温湿度采集模块采用DHT21温湿度传感器，该模块能够在较短的时间内进行温湿度数据的读取；同时温湿度传感器实时测量药箱内的温湿度并且将数据回传给单片机，将传感器相应的数据发送位于单片机IO口相连，实现串行通信，在设定某一温度后，单片机对传回的数据与设定的数值进行作差，通过PID算法进行运算并输出相应的PWM值给驱动电路，驱动电路再根据单片机的指令控制电流的方向以及大小进而控制半导体片的制冷或加热以达到精确控制温度的目的。

驱动电路

单片机控制器可以控制驱动电路输出电流的大小以及改变电流的方向进而实现对药箱的制冷或加热。由驱动电路这一工作特点，本发明创新性的采用了Tb6612电机驱动模块，该模块可以由单片机由IO口直接驱动，通过PWM值控制流经驱动模块的电流大小，也可以改变流经驱动电路输出IO口的电流方向，并且可以承载相对较大的电流，通过单片机的指令信息可以很好地完成上述驱动的电路的功能，实现温度控制。

若Tb6612不能满足后人对智能药箱部分的温度模块进一步设计，该驱动电路亦可以根据H桥以及外围逻辑控制模块进行改装。可以根据H桥原理再设计合适的驱动电路。同时配合逻辑门电路实现驱动电路的控制。如图4所示，该驱动电路主要部分有MOS管构成的H桥，上桥臂采用两个P-MOS管，下桥臂采用两个N-MOS管，采用这种形式的H桥具有电路形式简单，更方便控制等特点。ENABLE端为使能端，当其逻辑电平为1时单片机才能打开驱动电路。同时配合INPUT1和INPUT2的逻辑，当INPUT1的逻辑电平为1,INPUT2的逻辑电平为0时，半导体片流向正向电流；当INPUT1的逻辑电平为0,INPUT2的逻辑电平为1时，半导体片流向反向电流；由此对应半导体片的制冷和加热。实际中可以选用半桥驱动芯片IR2104来进行MOS管的驱动。R2104型半桥驱动芯片能够驱动高端和低端两个N沟道MOSFET，能提供较大的栅极驱动电流，并具有硬件死区、硬件防同臂导通等功用。

太阳能充电板及双电源供电

电源模块由太阳能板和两块12V锂电池构成。

太阳能电池板输出的电压是不稳定的，无法正常为锂电池供电。通过电压转换模块可以将太阳能板产生的不稳定电压转变成适宜为锂电池充电的电压，向锂电池充电。药箱等其他部分则从锂电池以及降压模块如LM2596取得相对稳定的供电电压。

同时为了保证太阳能充电系统的充电稳定性，在系统中需加入太阳能充电控制器，让其连接于太阳能板和两个锂电池之间，能够在太阳能系统充电过程中起到防止充电过满和保护锂电池的作用，在锂电池电量达到饱和时，及时切断系统的充电电流，中止通电状态，并且回传信息给单片机，单片机根据情况判断切换开关位置，为不同的电池充电。

药物余量的检测功能

近年来，随着现代科技进步，电子称重技术取得了突飞猛进的发展，电子秤在计量领域中也占有越来越重要的地位。尤其是商用电子衡器，以其准确度高、反应灵敏、性能稳定、结构简单，环境适应性强，便于与电子计算机结合而实现称重计量与过程控制自动化等特点，而被广泛用于工商贸易、能源交通、冶金矿山、轻工食品、医药卫生、航空航天等领域。因而，本发明采用称重传感器，检测药物余量。

重力检测设备的原理是一种利用力-电变化原理将非电量的重量转换为电量并加以显示的称量设备，也就是一种装有电子装置的衡器，实际上就是一个数据采集系统。当药物放到衡器上时，压力传感器输出响应的模拟电压信号，通过放大电路将输出信号放大，而后送入A/D转换器进行模数转换(A/D转换)，再将转换后的数字量D送给单片机，单片机接收数据后，对数据进行处理，将其转换成为质量信息W显示出来。其原理框图如图5所示，本发明从原理上看包括数据采集、数据放大、数据转换、数据处理及显示和报警四个部分。

本发明选用的是高精度的桥式压力传感器：YZC单点式称重传感器。称重传感器属于力敏感传感器的范畴，通常采用金属电阻应变片作为检测力的一种变换器件。它的量程大，精度高，满量程时误差为0.0002kg，符合本发明的要求。当有物体加在称重传感器上时，它会发生形变，产生的形变就会由称重传感器的应变片转换为与之对应的电，电量的大小在称重传感器确定的情况下只有受到的力的大小有关，从而实现力和电量之间的转换。然而由于传感器输出的模拟信号比较微弱而本发明对于重量的要求精度高，因此必须在称重传感器之后加一级模拟放大电路，实现对转换电量的放大，满足A/D转换器对输入信号电平的要求。本发明采用NE5534运算放大器对传感器输出的电压信号进行放大。由于传感器的输出电压信号范围为0～30mV，而A/D转换器输入电压变化范围是-2V～+2V，故放大倍数设定为100倍。本发明有较严格的精度要求，故所使用A/D转换器需要很高的精度。对于，A/D转换器，本发明选用14位的双积分型A/D转换器ICL7135，它和别的A/D转换器相比具有较强的抗干扰能力，可以提高测量的精度。

重物经过传感器得出的模拟电压信号经过A/D转换后得到数字量并不是重物的实际重量值，实际重量需要经过一些复杂的运算和处理才能得到，因此，它需要由单片机控制来提高药量称重的性能并降低成本。本发明通过一系列器件把药物实际重量显示出来，其中包括重量数值和单位，并由此判断是否低于设定的阈值，若低于阈值，单片机会接收信息，通过WiFi模块上传到客户端APP，向用户报警。以达到了提醒人们及时补药的目的。

心率检测装置

本发明设计采用光学心率传感器，它是智能穿戴设备中最为普及的用于心率检测的传感器之一，采用电光溶剂脉搏波描记法(PPG)来测量心率及其他生物计量指标，电容灯光射向皮肤，反射回来的光被光敏传感器传换成电信号，再转换成数字信号，计算出心率，便于携带和移动。对数据进行处理并在完成相应计算后通过Wi-Fi模块发给软件系统，先根据特定老年人年龄设置正常血压和心率范围，并据此分析本人健康状况，同时考虑不同人健康状况的差异，长时间检测后得到一个具有个人特质的监测阈值，若使用者心率长时间低于正常值，则阈值也会降低，若使用者心率长时间高于正常值，则阈值也会升高。老年人心率检测程序会先初始化A/D转换器，配置好ADC1的通道，并配置时钟定时器，定时2ms中断，并循环。每次中断，都读取一次A/D转换器输出的数字信号，并将其发送到客户端APP，计算心率值，进行显示。

跌倒检测装置

当前研究中常见的跌倒检测方法有很多，其中主要有视频分析法、环境感知法和穿戴设备检测法。视频分析法以计算机视觉为基础，通过在室内的固定位置安装摄像装置，从而实现对被监测目标运动状态的实时监控。它在图象及图象描述之间建立映射关系，使计算机能够通过图象处理和分析来理解画面中的内容，从而检测老人是否发生跌倒，此方法虽然检测结果精确，但监控范围有限且不便携。环境感知法则是在监测环境中安装多个位置功能各异的传感器设备例如红外探测器、声音传感器和震动计等仪器，以完成对老年人运动状态的判断。此方法由于所需装置繁多，系统庞大，所以只适用于某一固定的监测场所，由于其对于空间体积等的要求并不符合与药箱结合的条件，所以本发明也没有选择这类技术。相较于前两种设备，基于可穿戴设备的跌倒检测系统有着随时随地检测、及时性高和可用于室外等优点。

本发明对于老年人跌倒检测系统的实现主要考虑了以下四种方法。在可穿戴式老人跌倒检测系统的研制中采用阈值法来判断跌倒行为，此种方法对于跌倒的检测正确率理论伤高达100％，但在实际实验中仅有92％的成功率。卓在基于MPU6050加速度传感器的跌倒检测与报警系统设计中做出了针对不同年龄段老人设置不同阈值的尝试，MATLAB仿真时也得到了较为理想的精度，然而此种方法需要使用者自行设置阈值，因此使用繁琐复杂，不适合老年人群体。在基于随机森林的跌倒检测算法中提取跌倒行为的时域和频域特征，并以此为基础使用随机森林算法进行跌倒检测。该算法的正确率高达95.2％，但是提取特征的不全面往往会导致实际中正确率下降；麻文刚等在基于人体姿态的PSO-SVM特征向量跌倒检测方法[4]中利用支持向量机分类器检测跌倒行为，并根据人体姿态角，构建融合人体姿态角的PSO-SVM特征向量来进行跌倒检测，该方法取得了95.5％的正确率，96.5％的特异度和95％的敏感度。比较之下，本发明基于参数优化的支持向量机(Support VectorMachine,SVM)跌倒检测算法，采用了树莓派和MPU6050传感器来实现高精度跌倒检测系统。

本发明需要能在便携终端中运行机器学习算法且不依赖于网络环境，而树莓派性价比高，功能较全且实现方便，因此能够很好的满足要求。除此之外本发明的跌倒检测装置还利用智能药箱的存储单元、供电模块和蜂鸣器，传感器使用MPU6050。这些模块均与树莓派3B+结合，共同实现跌倒检测系统。其中，MPU6050是一款集三轴加速度计和陀螺仪为一体的MEMS数字传感器，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间，同时，其输出为数字信号，不需要额外的A/D转换器。MPU6050具有多个量程，本发明根据实际中跌倒时运动加速度大小选择的量程是±16g。

数据采集阶段本发明设计邀请10位志愿者(5位女生，5位男生)，通过要求他们模仿老年人动作特点，得到各种动作数据集。在充分保护志愿者安全的同时，要求他们佩戴检测设备并重复各种日常可能的动作例如动作幅度比较大的快跑、慢跑、跳跃和躺下和常见的跌倒动作等动作。接下来，进行数据的预处理和特征提取。对于此部分，如果仅使用单一方向的加速度会影响跌倒检测判断精度，因此本发明引进加速度均方根(root meansquare，简称RMS)的概念。对加速度进行分解，用HOR和VER分别表示水平方向和竖直方向的合加速度。其中，

由于设备的传感器容易被周边环境所影响，需要对原始数据先进行滑动平均滤波，该滤波算法实现简单且对周期性干扰有良好的抑制作用，适合本发明选用。传感器采集到的是时序数据，需要采用滑动窗口模型提取特征向量。

本发明采用的SVM算法在解决小样本、非线性二分类问题时具有一定优势，它的主要思想是通过超平面找到一个决策函数，将数据分为正类和负类，最后通过最大化支持向量与分类平面之间的距离得到最优解。对于非线性可分的问题，需要引入核函数来克服高维空间中的计算问题。常见的核函数有线性核函数、径向基核函数等。本发明选用形式简单且较平滑的径向基核函数。本发明采用的基于IGS-SVM的跌倒检测算法分为离线训练阶段和在线检测配置阶段两个部分，离线训练阶段流程主要由数据预处理，特征提取，划分数据集，参数寻优和IGS-SVM模型训练组成。在线检测阶段，将训练好的IGS-SVM模型保存至PC端，最后在树莓派嵌入式终端上进行配置，跌倒检测终端按照图6所示流程图进行检测。

为了验证本部分的跌倒检测准确率，本发明设计邀请10名以上的志愿者，佩戴跌倒检测设备进行测试，其中各个测试动作与提取特征时的动作一致。同时添加一些之前没有提取的动作，这些动作没有出现在训练集中，因此可以用来验证算法的泛化能力。

树莓派3B内置了蓝牙和WiFi模块，若采用不含WiFi模块的其他树莓派，可以使树莓派与ESP8266模块进行串口通信，相当于外接一个WiFi模块，树莓派通过WiFi模块进行与手机客户端APP通信。

语音播报功能

语音播报模块采用DY-SV17F芯片，芯片驱动喇叭播放达到语音播报的效果；

DY-SV17F模块驱动语音播放拥有多种驱动控制方式，本专利设计使用串口控制方式，可自定义语音播放内容。模块的使用方法类似U盘，按照规定的命名顺序下载音频即可。支持32M储存(一条4个字的命令空间为28K大小)，内部集成运放，外接小喇叭。并且此模块造型小巧，符合本发明应用于手环的造型要求。

本发明采用I/O独立模式1电平触发模式。此模式可以播放最多8段语音，由8个I/O进行控制。当电平按下时，可以触发指定语音段落循环播放，直至电平释放；播放中途释放电平时播放停止；

此模块能够准确播报药物服用时间及剂量，确保用户按时按量服用药物，实现提醒服药的功能。语音播报提醒用户药量不足、并提醒用户及时采购，并且保证能够在紧急情况下配合系统其他部分实现报警功能。

模块缺点：需要根据不同的驱动方式做相应的辅助电路进行选择，并且DY-SV17F仅具有语音播放功能不具有语音识别功能。

无线通信功能

WiFi模块采用ESP8266，通过该模块实现药箱、手环、手机客户端APP的三者间的信息交互；该模块可以通过配置，和单片机上的串口进行通信，利用WIFI传输数据。首先对ESP8266固件编程与烧写，修改WiFi账号密码以及服务器端地址和端口号，即可与当前WiFi相连，随后检测是否有正常的连接，如果有则检测当前连接源的通信信息和请求信息，然后进行信息的寻找和配对，找到对应的通信通道后，对请求发送的数据信息进行发送。

之后使用手机调试助手连接模块，将实现手机和其他设备UDP或者TCP连接的工具软件安装到手机上，并输入对方服务的IP地址和端口号，查看收发情况。至此，本发明实现了在局域网内的手机与模块之间的连接与通讯。

无线通讯模块有蓝牙模块，WiFi模块等，考虑到蓝牙模块传输距离短，穿透性能差，不同设备间协议不兼容，联网耗时比较久等问题，本发明采用WIFI模块进行设计。WIFI通讯具有灵活性和移动性，无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络，连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接，完美满足本发明智能药箱设计通讯的需求。

手机客户端APP功能

本项目所用智能药箱APP，则主要针对适用于国内较多手机品牌的Android系统，因此主要采用Java语言进行设计。在智能药箱APP设计中，采取分层架构的思想，将APP设计分为页面模块设计和功能模块设计。在APP页面模块设计中运用HTML5(超文本标记语言)针对智能药箱APP的用户操作界面进行设计，使页面动画美观，具有良好的人机交互效果。智能药箱APP具有用户登录，对智能药箱的远程控制，自动订购，医疗与健康知识的推送，广告植入等功能。在APP功能模块设计中，运用Java的开发环境Eclipse提供的多种开发工具设计APP的功能模块，对APP的多种功能进行兑现，并保障其安全稳定性。

智能药箱使用方法，包括：根据服药方法，控制储药盒将药品送入服药盒中，老人从智能药箱取下服药盒便进行服药。储药盒具有RFID标签。老人或监护人可以取出储药盒后自行进行装药。储药盒装入智能药箱后，智能药箱通过RFID读写器读取储药盒上的RFID标签信息，获取药品信息和服药方法信息。

当到服药时间时，智能药箱自动控制储药盒将药品送入服药盒，并通过显示模块、语音等方式提醒老人服药。当老人从智能药箱中取下服药盒时，认为老人已经服药，经过一段时间和数次的提醒后，服药盒依然没有被取下，则向老人监护人、医疗单位发出报警信息。APP功能如图7所示。

应急功能逻辑

如图8和9所示，现在基本每个人都会配备智能手机，手环搭载的树莓派中包含WiFi模块，在户外时手环的WiFi模块保持与手机进行WiFi连接，如手环的心率采集模块检测到心率异常或跌倒状态监测模块检测到用户跌倒，手环会持续给用户手机端APP发送弹窗进行提示，持续时间2分钟，弹窗会提示用户进行取消弹窗或进入紧急模式。若2分钟内用户并未进行任何操作，由冠心病发病持续时间为3--8分钟，在2分钟内若用户未进行任何操作，可以认为用户已经进入昏迷状态或丧失操作能力。则该系统直接进入紧急模式。紧急模式是APP端自动给相绑定的家人朋友进行发送信息提示，同时自动开启用户手机的GPS功能，将该遇到紧急情况跌倒或心率异常等情况以及用户的地理位置发送给其家人朋友，其家人或朋友需在1分钟内在APP中确认回应收到信息并对该用户采取相应救援措施。若其家人朋友在1分钟内并未回应，则手机端APP则将未回应这一情况通过WiFi通信传递给手环，同时也将GPS定位信息传递给手环进行处理，WiFi模块通过串口通信将信息传递给单片机，单片机控制GSM模块进行紧急120拨号，120接通以后，单片机通过语音播报模块控制小喇叭进行语音播报，重复播报用户地理位置以及用户所处情况，120再对用户进行紧急救援。

该药箱设有升级版，手环搭载GSM模块换成EC20模块。该版本针对一些没有智能手机或者不愿使用智能手机的老人，EC20模块可以包含GPS定位，发送信息以及拨号功能，以此完成上述紧急模式及其他部分功能。同时EC20模块可以进行上网，可针对这一特点对手环部分进一步优化功能。

本实施例对本发明所述的系统最核心部分，温度控制进行测试。

如表1，2所示，记录了初始温度为15℃，湿度为94％左右时，目标温度分别为5摄氏度和7摄氏度时，药箱制冷所需时间，测试表明，药箱制冷功能在对制冷时间的要求不是很苛刻的情况下效果良好，达到设计初的要求。

表格1目标温度为5℃时制冷效果测试结果

表格2目标温度为7℃时制冷效果测试结果

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。