FastBond智能可穿戴——可携带药盒

内容介绍

项目来源：
FastBond项目开展以来，自己一直在想做个什么项目，既要有意义能学到东西，还要有实用价值，并且是自己能力范围内能实现的。左思右想却想不出什么能做的东西……。某日和自家老爷子提起这个事情，老爷子提出一堆天马行空的想法，我都一一否决，告诉他我能力有限做不出来！然后就被严重鄙视了，自己也很郁闷。最后老爷子说，生活中有时其实不需要多高科技的东西。比如每天按时吃药这事，在生病时，根本不叫事；不舒服自然会提醒你吃药。可是人上了年纪，需要天天按时服药时，就很容易忘记。因为很多时候没有不舒服，可是药不能停。我说：您手机不是设定了有闹铃吗？可以按时提醒吃药啊！回答：没错，可是手机闹铃可以取消，万一被取消了，就麻烦大了！而且手机很容易让人分神，闹铃响了后，拿起手机关闭闹铃，就开始玩手机了，忘记要做什么了！由此打算给老爷子做一个提醒按时吃药的药盒。
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项目介绍：
该项目是一个简单的随身携带的药盒。简单是指只有一个功能——定时提醒功能。对设计要求：首先药盒体积不敏感，能够携带1~3天的药物即可。其次用电池供电，能做到长时间待机（3天以上）。能够按时提醒用药。

具体设计实现：

硬件选择：

模块	数量	说明
MAX32660-EVSYS开发板	1	美信DARWIN产品系列
DS3232模块	1	美信RTC时钟芯片
ADP151AUJZ-3.3-R7	1	LDO芯片.用于锂电池线性降压。

MAX32660：属于美信DARWIN产品系列，是一款超低功耗、性价比突出、集成度非常高的32位控制器。芯片封装非常小，4mm x 4mm 的TQFN已经是这个系列里最大封装，非常适合电池供电。MAX32660采用了带浮点运算功能的Cortex-M4内核，最大主频96MHz，带256KB Flash和96KB SRAM，性能很强劲。MAX32660-EVSYS是MAX32660评估系统提供结构紧凑的开发平台，在微小、易于使用的电路板实现对MAX32660全部特性的访问。主板上已安装基于MAX32625PICO的调试适配器；完成编程后，可将其直接拆卸。调试模块支持可选的10引脚Arm® Cortex®调试连接器，用于实现DAPLink功能。组合尺寸为0.65in x 2.2in，而主板独立尺寸为0.65in x 0.95in。外部连接采用双排连接头，兼容过孔和SMT应用。该电路板以非常小的空间提供强大的处理子系统，很容易集成到各种应用中。

DS3232是低成本温度补偿晶体振荡器(TCXO)，内置精度极高的温度补偿实时时钟(RTC)以及236字节电池备份SRAM。此外，DS3232还具有电池输入，可在器件主电源掉电时保持精确计时。集成晶振提高了器件的长期精度，并减少了生产线的元件数量。DS3232具有商业级和工业级温度范围，并采用工业标准的20引脚、300mil SO封装。 RTC可以计数秒、分、时、星期、日期、月份和年份信息。对于少于31天的月份，月末日期自动调整，同时包括闰年修正功能。该时钟可以工作在24小时模式或带/AM/PM指示的12小时模式。提供两个可编程定时闹钟和可编程方波输出。地址和数据通过I2C双向总线串行传输。精密的、经过温度补偿的电压基准和比较器电路用来监视VCC状态，以便检测电源失效，提供复位输出，并在必要时自动切换到备份电源。

LDO芯片：ADP151AUJZ-3.3-R7 厂家：ADI 用途：将输入电压转换为3.3V给单片机供电。

硬件连接：
要实现定制的功能，最终必须得自己制作PCB。目前还是个PCB制作小白，购买了KiCad的课程，还在学习。目前验证功能使用面包板作为模块的连接。MAX32660与DS3232之间用I2C协议通讯。闹钟的设置使用上位机通过串口与MAX32660通讯，硬件上使用microUSB口连接。
功能实现：
上位机使用PyQt5做界面，使用python来实现功能。药盒是没有任何显示界面，提醒用药时间是依赖DS3232的闹钟功能实现的，所以，当下位机与上位机连接时，上位机会通过互联网自动校正下位机时间。下位机定时将读取到的时间上送上位机，上位机定时刷新显示下位机时间。
```
    @pyqtSlot()  # 打开串口  关闭串口
    def on_pushButtonSerCtl_clicked(self):
        if self.ui.pushButtonSerCtl.text().find('打开') >= 0:
            try:
                # 超时设置,None：永远等待操作，0为立即返回请求结果，其他值为等待超时时间(单位为秒）
                # 使用115200波特率
                self.ser = serial.Serial(self.ui.comboBoxPort.currentText(),
                                         baudrate=115200, bytesize=8, parity='N',
                                         stopbits=1, timeout=1)
            except serial.SerialException:
                print('错误', '打开串口出错!')
            else:
                self.ser.flush()  # 刷新缓存
                self.ui.pushButtonSerCtl.setText('关闭')
                self.ui.pushButtonSet.setEnabled(True)  # 允许设置闹铃
                self.ui.comboBoxPort.setEnabled(False)
                self.findSerialPortThread.workstat = False  # 让线程停止工作
                self.timer.start(40)  # 刷新界面开始  100ms间隔刷新
                # 启动一次自动校时
                nettime = getBeijinTime()  # 获得网络标准时间
                print(type(nettime), nettime)
                if len(nettime) == 7:
                    buf = bytes(
                        (int(nettime[0]) % 2000, int(nettime[1]), int(nettime[2]), int(nettime[3]), int(nettime[4]),
                         int(nettime[5]), int(nettime[6])))
                    # print(buf)
                    self.ser.write(buf)
        else:
            self.ser.flush()  # 刷新缓存
            self.ser.close()
            self.ui.pushButtonSerCtl.setText('打开')
            self.ui.pushButtonSet.setEnabled(False)
            self.ui.comboBoxPort.setEnabled(True)
            self.findSerialPortThread.workstat = True  # 让线程工作
            self.timer.stop()  # 停止刷新
```
当上位机通过串口与下位机连接后，可以在上位机上设置闹铃。一共有两个闹铃。可以设置开启、关闭闹铃，可以修改闹铃的时间。闹铃允许设置时和分。使用两个字节保存数据，其中保存时的字节最高位用来保存闹铃的开启和关闭。
```
#处理时间函数
def timedeal(strtime,isopen=True):
    [hour,min]=strtime.split(":")
    if isopen==False:
        hour=int(hour)+128
    return int(hour),int(min)
```
下位机使用官网的IIC例程作为基础。从美信官网找到DS3232的说明文档。DS3232控制起来很简单，这个芯片所有的控制操作都是通过操作寄存器来实现的。0x00H~0x06H是时间寄存器，时间的读写都是通过这7个寄存器来实现的。0x07H~0x0AH为闹铃1的寄存器。可以设定秒、分、时、天。我这里是需要每天重复，所以仅仅需要设定秒、分和时，其余不用设置的置最高位为1即可，这里直接填写0x80H。0x0BH~0x0DH为闹铃2,闹铃2仅仅比闹铃1少了个秒，其余都是一样的。0x0EH是控制寄存器，最低两位控制着闹铃的启动，要启动闹铃，对应位直接置1即可。0x0EH是状态寄存器，最低两位对应着两个闹铃的状态，当闹铃响起时，对应的状态位就会为1，并且DS3232的INT管脚也会变为低电平，我这里没有接INT管脚，直接通过读取状态位寄存器判断闹铃是否响起。闹铃响起后，重置状态位寄存器，然后通过LED 闪光提醒用药（老爷子耳朵背）。

当闹铃亮起后，目前是通过按键消除LED的闪光警告，未来希望能够和药盒联动，当打开药盒时触发按键事件，关闭闪光警告，保证药盒被打开。

后续：
目前仅仅实现了药盒的系统验证。要实现实物，准备使用3D打样药盒，将整个电路藏于药盒中，这样就必须自制电路板了。MAX32660这么小的芯片，真没把握手工焊接！还有MAX32660的低功耗还有待实现，目前尚未对低功耗进行优化。电源部分ADP151AUJZ-3.3-R7为贴片芯片，这里不做验证，在制作PBC时贴上。

心得体会：
经过这次实践，深刻体味到了知易行难，动手之初觉着应该很简单，可做起来才发现大大小小困难，都需要一一解决。感谢电子森林的这次活动，也感谢硬禾学堂的各位大佬的细心指导！