《基于stm32醫(yī)院送藥小車的系統(tǒng)設計》9300字（論文）

[20]。3.系統(tǒng)軟件設計3.1系統(tǒng)控制方式結(jié)構圖小車執(zhí)行送藥工作的前提在于各個模塊完成檢測后發(fā)出信號單片機處理后對使能端發(fā)送開始工作的使能信號，然后根據(jù)控制要求設計其輸入引腳上的電平，直流電機接收到電平后，就會作出相應的操作，同時考慮到小車際使用的人群，為了方便考慮只需要病區(qū)護士先放置藥品再拿病房號讓攝像頭掃描即可完成送藥前準備。系統(tǒng)控制方式結(jié)構圖如圖15所示。圖14系統(tǒng)控制方式結(jié)構圖3.2程序設計主流程圖系統(tǒng)的程序設計主流程圖如圖16所示，系統(tǒng)初始化后對信號進行采集、處理，如攝像模塊是否捕捉到病房號，藥物檢測電路是否檢測到藥物裝填輸出電壓。兩樣都齊備，控制單片機輸出的電平，進而來控制電機工作。圖15程序設計主流程圖3.3信號的采集及處理流程圖此系統(tǒng)對信息的采集和處理的操作流程為系統(tǒng)初始化、各傳感器模塊初始化、攝像模塊初始化、灰度傳感器采集及處理信號，控制單片機輸出的電平，進而來控制電機工作。圖16信號采集流程圖(1)信號采集流程圖如圖17所示。(2)智能小車循跡部分采用OpenMV編程實現(xiàn)，主要原理如下：首先將每一幀圖像從上向下均勻分成平行的三個區(qū)域，在每一層搜尋紅色色塊并獲取到其中心點的坐標，對得到的三個坐標的橫坐標進行加權平均得到總平均質(zhì)心坐標，最后，將該坐標、圖象中軸線的最低點坐標、圖象中心點坐標構成一個三角形，利用數(shù)學運算求解偏轉(zhuǎn)角度。(3)將求得的偏轉(zhuǎn)角度利用串口發(fā)送給小車的主控單片機，單片機據(jù)此調(diào)整左/右轉(zhuǎn)角度，進而實現(xiàn)巡線。3.4十字路口識別流程圖識別十字路口處理流程圖如圖17所示，在運行過程中攝像頭通過對左上角和右上角的感興趣區(qū)的巡查，同時檢測到紅色色塊，表示巡查到十字路口了，下一步操作是核對路邊貼的病房號。圖17識別十字路口處理流程圖3.5數(shù)字識別流程圖數(shù)字識別處理流程圖如圖18所示，攝像頭采集數(shù)字字模1-8中的任意一個進行NCC模板匹配算法識別，找到目的病房號，循跡執(zhí)行送藥工作。圖18數(shù)字識別處理流程圖3.6遠端送藥流程處理及流程圖為了解決遠端送藥過程中攝像頭不好實現(xiàn)一次四個并排的數(shù)字都完整拍下來的問題，先讓攝像頭根據(jù)匹配好的模板執(zhí)行送藥，過程中先直行通過十字路口，抵達遠端捕捉到路兩邊貼的數(shù)字，與匹配的數(shù)字進行比對。比如識別先識別左邊的數(shù)字與目標數(shù)值不符合則直接右轉(zhuǎn)尋找，從而實現(xiàn)遠端送藥。遠端送藥流程處理如圖19所示。圖19遠端送藥流程3.7返回時倒車流程圖及干擾消除小車在進行完送藥工作后先會執(zhí)行倒車操作，根據(jù)攝像頭是以是否查看到T字形路口作為判斷依據(jù)，如果識別到倒轉(zhuǎn)的十字路口即可進行偏轉(zhuǎn)角度的計算執(zhí)行倒車轉(zhuǎn)向返回至起點準備執(zhí)行下輪送藥。返回時小車返程流程如圖20所示。圖20小車返程流程4.系統(tǒng)仿真調(diào)試及制作4.1系統(tǒng)的仿真調(diào)試(1)按下裝填檢測電路仿真設計圖如圖21所示。圖21藥物檢測電路設計圖(2)按下仿真鍵仿真圖如圖22所示，使用開關的斷開與接收來表示藥物是否裝填。開關處在接通狀態(tài)時表示藥物未放置輸出的是低電平，開關處在斷開狀態(tài)時表示藥物已經(jīng)裝填輸出高電平。效果仿真圖如圖23表示。圖22藥物未裝填仿真圖圖23藥物裝填電路仿真圖(3)當攝像頭識別到病房房間號后，向單片機發(fā)送信號，小車運行到達后有蜂鳴器報警提示，但是由于Proteus庫中沒有OpenMV所以發(fā)出信號，仿真過程由按鍵摁下發(fā)出信號代替。按鍵部分指代模板匹配設定病房的過程如圖24所示。圖24按鍵部分(4)通過位置感應檢測小車是否到達設定病房，當小車通過時輸出高電平，報警模塊工作蜂鳴器作響。如圖25所示；圖25小車位置感應部分(5)報警模塊接收信號，通過三極管進行放大后蜂鳴器作響。報警模塊設計如圖26所示。圖26報警部分(6)啟動軟件的仿真按鈕，開始對整個系統(tǒng)進行仿真測試。上方的屏幕顯示零表示小車在起點位置如圖27所示圖27預置房間設定(7)摁下按鍵1，屏幕顯示1表示房間號設定成功28所示。圖28房間設定完成(8)當傳感器檢測到小車抵達病房1時,蜂鳴器報警作響提示病人取藥如圖29所示。圖29報警提示取藥4.2實物的組裝與測試考慮智能送藥小車的實際應用場所，設計本系統(tǒng)需實現(xiàn)的功能，即本系統(tǒng)可以完成功能，即節(jié)省人力克服干擾順利完成送藥功能，同時考慮智能送藥小車的實際適用人群，小車有操作便捷維護方便等特點。4.2.1本系統(tǒng)的電機驅(qū)動方式的說明電機驅(qū)動模塊管腳連接如圖30和31所示。即為L298NIN1接單片機PC4管腳，IN2接PC5管腳，IN3接PF5管腳，IN4接PF7管腳。PA0，PF8作為PWM的輸出端口分別接L298N的使能A端，使能B端。供電采用鋰電池供電正極接12V端口，負極接GND端口，其中L298N的GND端接單片機的GND端。圖30電機驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)向管腳腳配置圖圖31電機驅(qū)動模塊PWM管腳連接說明4.2.2本系統(tǒng)攝像頭的安裝與代碼展示(1)通信部分：使用全雙工異步收發(fā)串口通信。硬件部分可以視為將單片機的PA9，PA10管腳與攝像頭的PIN4和PIN5交叉相連即可實現(xiàn)硬件部分相連，硬件連接方式如圖32所示。圖32硬件連接方式(2)引腳配置：串口對引腳對應映射,通過將復用引腳設置為PC12和PD2,如圖33所示。圖33引腳配置(3)端口配置：首先將速度設置為50MHZ采用推挽復用的輸出方式并將兩個管腳初始化下一步執(zhí)行初始化的配置，如圖33所示。圖34AUSART端口配置(4)USART初始化：首先執(zhí)行波特率設置，給一個字符長度為8位的一個數(shù)據(jù)格式，并設置收發(fā)模式為同步雙工的收發(fā)模式并開啟相關的中斷。圖35USART初始化設置VIC寄存器配置：如圖36所示，首先將串口1設置為中斷通道并且賦予優(yōu)先級，賦予使能給IRQ通道，并將寄存器初始化再賦予串口1使能，便夠執(zhí)行通信。圖36VIC寄存器配置(6)十字路口前識別數(shù)字部分：小車在直行過程中感興趣區(qū)域同時捕捉到紅色表示識別到了十字路口，如圖37所示。圖37十字路口識別數(shù)字(7)轉(zhuǎn)向判斷：例如在執(zhí)行送藥前將小車送藥的房間設定為5號，到達判斷點先掃描左邊路口貼的數(shù)字，若沒有目標數(shù)字則立即右轉(zhuǎn)確定目標房間在右邊。如圖38所示。圖38遠端數(shù)字轉(zhuǎn)向判斷4.3測試結(jié)果4.3.1數(shù)字模板匹配測試(1)首先現(xiàn)在紙上寫數(shù)組模型如圖40所示。圖40數(shù)組模型(2)通過使用OPENMVIDE軟件進行截屏并將照片格式修改為.pgm格式進行保存并且引用如圖41，42所示?？紤]到小車運行過程中是不停運動的導致攝像頭誤差較大所以我們需要截取不同角度的很多張的模板。文中以數(shù)字1為例介紹。圖41總體模板保存圖42模板引用(3)將模板保存至攝像頭內(nèi)存卡中，連接并運行腳本實現(xiàn)數(shù)字模板識別匹配。效果如圖43所示。圖43數(shù)字模板匹配效果(4)將數(shù)字模板在攝像頭下掃描完畢后即可完成模板匹配，小車在完成模板匹配后即可開始直行送藥操作。4.3.2測試結(jié)果(數(shù)據(jù))測試所需器具：秒表、電腦、200g藥品、兩套數(shù)字字模實驗給出測試結(jié)果，如表2-4所示。表2單個小車送藥品至近端病房并返回時間次數(shù)病房號運送時間返回時間碰黑線次數(shù)1173022860316604296051860表3單個小車送藥品至中端病房并返回時間次數(shù)病房號運送時間返回時間碰黑線次數(shù)16(左)1211026(右)1311033(左)1110147(右)1312058(左)14121表4單個小車送藥品至遠端病房并返回時間次數(shù)病房號運送時間返回時間碰撞黑線次數(shù)15(左上)1714024(右上)2216138(左下)1914046(右下)1915057(左上)201515.結(jié)論本文設計了一款高性價比的智能送藥小車。本設計主要由STM32單片機、L298N電機驅(qū)動模塊、紅外檢測模塊、數(shù)字識別模塊及循跡模塊等部分組成。STM32單片機作為核心模塊控制其他各模塊協(xié)調(diào)運行。通過數(shù)字識別模塊及循跡模塊采集信息，STM32單片機控制電機驅(qū)動模塊實現(xiàn)藥物派送。在派送過程中通過對感興趣區(qū)域同時檢測到紅色部分得知是否遇到十字路口。紅外檢測電路用于檢測是否藥物裝填，當未接收到紅外光發(fā)射后，向單片機傳送高電平。根據(jù)放藥完畢后匹配好的模板執(zhí)行送藥工作。本文針對當前送藥過程占用太多人力等問題，基于STM32單片機的基礎上，對智能送藥小車的研究提出了新思路。本設計雖然實現(xiàn)了預期的功能，但是本設計仍舊誤差很大。誤差主要來自OpenMV攝像頭的圖像采集。一方面，采集圖像時受環(huán)境光的影響較大，使得小車巡線和數(shù)字識別時出現(xiàn)錯誤，另一方面，因為小車是運動的，循跡過程需要不斷修正，所以對攝像頭的支架的穩(wěn)定性要求較高。難度較大的是遠端的數(shù)字識別，因為是四個數(shù)字并排排列，攝像頭不能同時采集到四張字模，編程復雜且對模板匹配法的準確度要求較高，需要優(yōu)化。所以機械結(jié)構的尺寸設計有待提高。相信在更先進的將來，智能送藥小車可能已經(jīng)被集成在了另一個更高級的智能工具當中，也許是一體全能型的智能病區(qū)管家，也許是其他超出想象的東西，使人們的生活更加舒適。參考文獻[1]程立輝.基于數(shù)據(jù)包絡分析的護理效率評價與影響因素研究[J].護理學雜志,2022,35(15):60-62.[2]宋珊.基于數(shù)據(jù)包絡分析法的中醫(yī)醫(yī)院護理人力資源效率及影響因素分析.[D].長沙:湖南中醫(yī)藥大學,2021.[3]王波.基于機器視覺的載貨小車的設計與實現(xiàn)[J].中國新通信,2021,23(19):54-55.[4]彭圣吉.淺析自動化設備可靠性[J].電子世界,2021,59(03):1-2.[5]趙栓.基于PWM波的小型永磁發(fā)電機調(diào)速電路設計與實現(xiàn)[D].西安:西安理工大學,2019.[6]韓曉峰.基于PWM波的小型永磁發(fā)電機調(diào)速電路設計與實現(xiàn)[J].電子設計工程,2020,28(08):154-159.[7]陳小龍.基于灰度傳感器的智能小車避障尋優(yōu)系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].中國信息化,2018,(02):66-67.[8]殷留留,韓森,王芳.基于L298N的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設計與應用[J].信息技術,2017,(06):104-106+111.[9]歸銘李,李晨澤,覃琳.基于機器視覺應用的無人小車配送系統(tǒng)[J].科學技術創(chuàng)新,2021,(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