多功能电子医药盒设计毕业设计论文文档格式.docx

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为了更明确的显示声音对单片机的遥控作用，使单片机控制远处可开启的药盒，体现声控单片机的运行情况。

对于多功能电子医药盒的设计，关键在于语音识别，语音处理技术是一门新兴的技术，它不仅包括语音的录制和播放，还涉及语音的压缩编码和解码，语音的识别等各种处理技术。

以往做这方面的设计，一般有两个途径：

一种方案是单片机扩展设计，另一种就是借助于专门的语音处理芯片。

普通的单片机往往不能实现这么复杂的过程和算法，即使勉强实现也要加很多的外围器件。

专门的语音处理芯片也比较多，像ISD系列、PM50系列等，但是专门的语音处理芯片功能比较单一，想在语音之外的其他方面应用基本是不可能的。

而无线通信技术现在多采用无线数字通信模块，其通信协议可以自己设定，通信频率可以在一定范围内可以改变，使传输数据的可靠性、安全性都大大提高。

基于上述要求本次设计拟采用三种设计方案。

在芯片方面，ATMEGA16L微处理器和凌阳SPCE061A微处理器以及二者的组合应用是三种备选方案。

两种微控制器都具有丰富的片上系统资源，可以通过外加辅助电路的方式实现语音辨识功能，从而满足对控制指令的语音采集、压缩、存储、解压和辨识等一系列功能的要求。

在指令系统方面，两者都支持C语言，省去了繁琐重复的堆栈操作，方便了程序员的编写，和读取。

在确定设计使用单片机后，还应对单片机加装部分外围电路才能使用，其中包括：

电源电路、音频电路、I/O电路等。

使其保证单片机各项功能的实现。

此外还有部分必须的功能电路，如：

复位按键，状态指示灯等等。

在药盒仓体方面，采用三个直流电机驱动，动力来自驱动后轮的直流电机，驱动器采用意法半导体生产的L298N直流电机驱动器，整个药盒由电源供电。

语音指令的识别过程是利用单片机的特定人语音识别功能来实现的。

首先对电子药盒进行训练，将语音命令转换为数字信号存储在单片机FLASH存储器中。

在需要控制药仓开启的时候，单片机通过采集声音信号，并量化处理为数字信号后，与存储器中预先存储的控制命令进行辨识，结果以字节数据方式从无线模组发出，药盒接收到控制指令后，控制驱动芯片和舵机，使电子药盒完成响应动作。

这些操作都是由预先编写并烧录在单片机中的C语言程序控制的。

在整个设计中，两个难点在于单片机外围电路的设计和控制程序的编写。

如果能很好的解决这两个方面的问题，电子药盒的工作应该会比较顺利。

2多功能电子医药盒设计概述

2.1设计目的

随着我国国民经济的发展，针对生活节奏的加快和社会老龄化的趋势，结合产业发展需要，设计出了多功能语音电子医药盒。

使用多功能电子医药盒提高了人们的生活效率：

针对年轻人，可以在忙碌的工作时提醒吃药的时间；

针对老年人，可以提醒按时吃药、安全吃药。

2.2设计实现总体功能

采用凌阳单片机的语音技术，传动技术，记忆与存储技术。

性能指标：

1．语音提示后，仓盖开启和闭合的时间：

1～2s；

2．药仓数量：

4仓设计；

3．能根据人的提示进行药物的选择；

4．人性化设计与友好的人机界面；

5．24小时内任意设定药物服用提醒；

6．语音互动，可以实现人机对话，具有小型机器人的识别能力；

7．四仓设计，分为底仓、固定仓与常动仓，介绍如下：

底仓：

为药物备用仓；

固定仓：

针对家庭中常常需要服用药物的人所设计，服药时间、数量等可进行自行设定。

常动仓（分两层）：

针对生活中的易发性疾病所设计，服药时间、数量等可进行自行设定，具备语音识别功能，可根据语音提示，自动进行药物的选择。

8．具有时间的记忆功能。

3系统总体设计方案

3.1设计总体功能图

3.2功能描述

3.2.1按键功能描述

时间调整键：

可对现在时间及设定时间进行调整，可实现5路定时提醒：

对于时间调整，可进行年月日小时分的设定。

设定药物键：

通过此键可进行服药位置、时间及数量（最大为4）的设定，对于服药位置，可进行层数（最大为3）与格数（最大为6）的设定。

采用默认键：

通过此键无需设定，即可享用标准方案：

位置：

一层2格；

时间：

早上8时，数粒：

2粒。

3.2.2定时的开启

当时钟计时达到预定时间，液晶自动显示药品位置、种类及服用量，语音播报液晶屏上显示的信息。

同时，单片机控制直流电机迅速转动，自动开启药盒。

3.2.3系统硬件设计方案

根据需要，系统硬件拟使用两块PCB板设计。

其中一块为语音遥控器，用于搭载凌阳SPCE061A单片机、电源电路、音频电路、I/O电路等外围电路。

另一块为车体控制板，用于搭载接口电路，电源电路及电机驱动。

调整“现在时间”及定时：

1）接通电源时为默认状态；

2）当前时间显示：

12：

00；

3）定时显示：

08：

4）数量显示：

2粒；

5）当前位置显示：

第一层。

3.2.4遥控器硬件设计方案

在无线语音遥控智能电子医药盒的设计中，凌阳SPCEO61A单片机作为遥控器的主控制器，需要增加一系列的外围电路的支持才能实现音频输入输出和识别，以及语音命令的输出等功能。

需要增加的外围电路有：

电源电路、MIC输入电路、音频输出电路、无线传输电路、复位电路、I/O接口电路。

1.电源电路

凌阳SPCE061A单片机内核电源电压要求为3.3V，其他逻辑器件要求5V供电，设计中采用DC9V供电，直流电压先通过LM7805得到5V直流电源为逻辑电路供电，然后通过SPY0029稳压到3.3V，为整个单片机内核供电。

另外，在LM7805的前端入一个二极管，目的在于防止电源接反而对整个电路造成损坏。

电路如图3-1所示。

图

3-1电源电路

2.音频电路

1）MIC输入电路

在使用SPCE061A的语音训练和声音控制的时候，需要使用MIC输入电路将语音信号接收，并传送至SPCE061A进行处理。

为提高输入的声音质量，MIC输入电路还应具备一定的滤波降噪功能。

电路中的∏性滤波器就能很好的实现这个功能。

同时使入电路可以实现自动增益（AGC）控制。

原理如图3-2其中X1是语音的MIC输入端。

图3-2MIC输入电路

2）DAC输出电路

在语音训练的过程中，凌阳SPCE061A需要输出信号提示音，以让训练者了解其工作状态，方便进行语音训练。

另外还要播报药盒的工作状态。

SPCE061A自带双通道DAC音频输出，DAC1、DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过DAC1和DAC2管脚输出，DAC输出为电流型输出，所以DAC输出经过SPY0030音频放大，以驱动喇叭放音。

这为单片机的音频设计提供了极大方便。

原理图如图4.3。

在P9上接一个2pin的插针外接喇叭，即可实现提示语音输出功能。

DAC电路中，SPY0030是凌阳的一款音频放大芯片，相当于LM386，但是它比LM386音质好，可以工作在2.4-6.0V范围内，最大输出功率可达700mW。

图3-3DAC输出电路

3.I/O接口电路

接口电路凌阳SPCE061A的两路16位I/O接口引出，因为一般逻辑电路都是8位并行总线，所以SPCE061A的I/O接口分为4组，每组8个端口加两个电源线，电源电压可由双刀双掷选择为3.3V或5V。

另外，串口和IOB7及IOB10复用，在此设计中用该资源将语音命令传输给串口nRF2401模组进行无线发射。

原理图如图3-4。

图3-4I/O接口电路

4.复位电路

在一些情况下，需要对SPCE061A进行硬件复位，有阻容电路完成上电复位功能，通电就自动复位，另外，还可以按键外部复位，原理图如图4.5。

图3-5复位电路

3.3产品使用注意事项

1.在使用本产品时禁止药物混放，同时，若在已放过药物的小格重新装药时，及时清洗小格，保证小格干净清洁，防止药物污染。

2.本产品应放在小孩接触范围之外。

3.本产品应在遮光，通风，干燥处保存。

4主要系统芯片及功能介绍

4.1凌阳单片机的选择

MCS－51单片机+语音芯片的不足：

1．集成性较低：

MCS－51单片机与语音芯片之间的连线与外围器件较多；

2．可编程性差，较难理解：

在看懂时序图的前提下才能理解其工作原理；

3．语音效果一般；

4．性价比较低，不易于接受和推广。

凌阳单片机的优点：

1.集成性好，语音信号的实时采集：

采用模块式集成结构，片内集成了2KBRAM、32KBFlash、ADC、DAC、并行I/O等，特别适合语音信号处理；

2.可编程性好：

2个16位可编程定时器/计数器，14个中断源，可以通过定时器、外部时钟输入、键唤醒等；

3.语音效果好：

7通道10位ADC，内置麦克风放大和自动增益控制功能；

4.性价比高，易于接受和推广。

4.2主要性能特点分析

电子医药盒的不足：

1．人的提示进行药物的选择；

2．按键设定，设置定时操作麻烦；

3．总体性能比较单一。

多功能电子医药盒的特点：

1．能根据人的提示进行药物的选择；

2．人性化设计与友好的人机界面；

3．24小时内任意设定药物服用提醒；

4．语音互动，可以实现人机对话，具有小型机器人的识别能力；

5．四仓设计，分为底仓、固定仓与常动仓，介绍如下：

a）底仓:

b）固定:

仓针对家庭中常常需要服用药物的人所设计，服药时间、数量等可进行自行设定。

c）常动仓（分两层）：

具有时间的记忆功能：

用户在吃药的第一天或前几天大多会记得按时吃药，用户在吃药同时按动一下智能药盒上设定好的按键，智能药盒就自动记住这个时间，以后每天同样的时间就会响铃、闪光和语音提示说话（hello，rememberme）提醒用户吃药，每天如此。

4.3系统主控制芯片及部件介绍

4.3.1无线语音遥控器主控制器SPCE061A介绍

经过上述讨论，实现声音智能控制功能最理想的控制芯片为台湾凌阳科技推出的SOPC（S