疾病防控隔离送药小车

摘要：基于单片机的疾病防控隔离送药小车，医护人员可以通过手机APP来设定送药小车的路线。送药：利用超声波避障模块通过超声波探测器识别障碍物并测量距离，超声波避障模块会将信号传输给单片机，单片机将信号指令传输给驱动模块，从而实现避障，送药小车到达地点后进行语音播报——提醒病人取药。返回：送药完毕后通过手机APP对小车发出返回指令，小车上的无线通信模块会接受此信号并将此信号传输给单片机，单片机接收到信号后会将信号传输给驱动模块，进而实现送药小车返回。本系统设计主要实现传染病防护，针对传染病人进行隔离送药、提高了送药效率、减少了医护人员工作量、减少了医护人员与传染病人接触、进而降低了医护人员被感染可能性。

关键词：单片机；超声波避障；寻迹送药小车

1 设计背景

针对医护人员与传染病人接触有很大被感染风险的问题研制出基于单片机的疾病防控隔离送药小车，来解决以下问题。送药小车会减少病人与医护人员的接触，进而降低了医护人员被感染可能性，保障了医护人员的安全。可以提高送药任务的效率、提高了医疗服务质量，降低了医疗运营成本，安全性和准确性。具有传染病人需要的药品会通过送药小车系统自动送达，无需等待或找医护人员。节约了时间和人力成本，减少了医护人员的工作量，提高了医护人员分药的正确率提高了医护人员救治病人的效率，实现了方便、高效、接触少的效果。

2 研究内容

基于单片机的疾病防控隔离送药小车的研究目的在于实现一套智能化、便捷化、安全化的送药系统。能够实现自动循迹、避障、语音播报等功能。通过手机APP向送药小车无线通信模块传输指令，无线通信模块再将指传   输给单片机，单片机再将信号传输给驱动模块，按照设定的路行驶，超声波避障模块识别到障碍物并测量距离，到达指定送药地点后单片机向语音播报模块指令——提醒取药。送药完毕后通过手机APP向小车发出返回指令，送药小车无线通信模块接收到指令后将此信号传输给单片机，单片机将该信号传输给驱动模块进而完成返回。

3 系统硬件设计

重点围绕送药小车的整体运行方案展开，单片机对检测到的数据的分析、处理，对控制模块发出指令。手机APP程序设定送药小车的行驶路线。手机APP与送药小车无线通信模块之间进行信号传输，在将信号传输给单片机，单片机进行数据的分析与处理，传输给驱动模块进行驱动，红外寻迹模块实现小车的自动寻迹功能。 超声波避障模块检测到障碍物并测量距离，将信号传输给单片机，单片机再将此信号传输给驱动模块，从而实现自动避障。对比了多种可行方案，并综合考虑设计难易程度、设计成本和准确度等方面，确定了送药小车技术的可实现方案。同时，针对各个模块的功能需求和性能要求，选择合适的传感器。系统框图如下图所示。

3.1 无线通信模块

常见的无线通信模块有ESP8266、ESP32、SIM900A、SIM800等，以上模块均可以实现无线通信功能，相比于以上型号模块HC-05的成本更加低廉，同时HC-05更加易于使用，其使用方法相对比较简单，其信号稳定，不易出现掉线等问题兼容性更好。

3.2 超声波避障模块

常见的超声波测距模块有HC-SR04、JSN-SR04T等，考虑测量范围、精度、价格等因素。一般来说，HC-SR04模块具有价格低廉、测量范围广、精度较高等优点。

3.3 电机驱动模块

除了TB6612之外，常见的电机驱动模块还包括L298N、L293D、TB6560等。TB6612相比于其他电机驱动模块，具有更高的性价比和良好的性能表现，是一种适用于多种应用场景的电机驱动模块。并且它的控制简便、使用方便灵活。

3.4 语音播报模块

在语音播报模块上选择型号：ASR02的语音模块，它的特点是可靠性高，性能强，不需编程，更强的抗噪音能力、更快的响应时间，免联网的纯离线。

3.5 单片机最小系统

8位的C51，16位的AVG，PIC等，传统的8位，16位微控制器当面对一些需求时显得应付不过来，因此选择了STM32系列，STM32属于一个微型控制器，第一是串口——USART，用于和串口接口的通信设备通信，而本次设计所需要的无线通信模块正是串口接口的模块。并且有低功耗特点，对成本，性能，功耗综合考虑后决定使用STM32F103C8T6作为本次设计的主控芯片。

3.6 红外寻迹模块

红外寻迹模块电路设计是小车系统的关键部分之一，实现小车的自动寻迹功能。将红外接收管连接到比较器电路中，并在接收管的输出端接入适当的电容，以消除电源杂波的影响。将比较器电路的输出端连接到单片机的输入端口，以便单片机能够读取红外接收管接收到的光信号，并控制小车的行进方向。

4 系统软件设计

4.1 编程语言选择及程序开发环境

采用C 语言来进行本系统的编程，采用Keil软件作为主要的编程工具，使用51单片机作为系统的主控芯片。Keil作为一个完整的软件开发环境工具。它包括创建、调试和构建C/C++源文件以及集成微控制器和外设模拟所需的项目。在Keil界面内将时钟和波特率进行配置，点击仿真按钮即可开始仿真，在进行仿真时可以在程序中设置节点。通过节点可以实现指定功能的针对性的仿真，设置节点主要是为了对整个系统程序的执行位置进行设定，这样可以通过一步一步的运行，对程序的运行结果进行判断，可以提升整个系统功能调试的速度。

4.2 系统软件总体流程设计

系统开始运行，各模块串口初始化，无线通信模块与手机连接，手机向单片机发出需要完成任务的地点红外传感器采集预定轨迹信息，并将信息送至单片机进行处理，单片机马上对I/O口进行连续的读取检验检测端口的电平，若其端口电平发生变化，则单片机根据预设程序发出指令并做出相应动作。例如，红外检测模块将检测信息传输单片机，单片机则根据小车的偏离程度进行不同速度的调节。本主流程图设计如下图所示。

5 结语

通过手机APP设定好的路线形式，解决了传染病人及时用药问题以及医护人员送药被感染的风险问题。本系统添加了自动寻迹、自动避障、语音播报等功能实现了在规定路线内的前进躲避功能，从而提高送药的效率、减少医护人员的工作量。无线通信模块实现对小车远程遥控，从而降低医护人员被感染的可能性。

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项目编号：2024年黑龙江省大学生创新创业训练计划项目S202413299017