智能药盒管家(四)软件编程

「硬件是身体，软件是灵魂。」

程序架构设计

┌────────────┐
│          主循环 ()             │
├────────────┤
│ 1. 读取当前时间 (RTC)          │
│ 2. 检查是否到服药时间          │
│ 3. 如果到时间 → 触发提醒      │
│ 4. 检测药格重量变化            │
│ 5. 如果取药 → 记录并上传      │
│ 6. 更新OLED显示               │
│ 7. Wi-Fi推送数据 (每10分钟)   │
└────────────┘

核心代码讲解

1. 头文件和全局变量

#include <WiFi.h>
#include <Wire.h>
#include "RTClib.h"
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include "DFRobotDFPlayerMini.h"
#include "HX711.h"

// OLED配置
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// RTC配置
RTC_DS3231 rtc;

// DFPlayer配置
HardwareSerial mySerial(2); // 使用UART2
DFRobotDFPlayerMini myDFPlayer;

// HX711配置 (4个药格)
HX711 scale1;
HX711 scale2;
HX711 scale3;
HX711 scale4;

#define SCALE1_DOUT  34
#define SCALE1_SCK   25
#define SCALE2_DOUT  35
#define SCALE2_SCK   25  // 共用SCK
#define SCALE3_DOUT  32
#define SCALE3_SCK   25
#define SCALE4_DOUT  33
#define SCALE4_SCK   25

// 药格重量 (克)
float weights[4] = {0, 0, 0, 0};
float lastWeights[4] = {0, 0, 0, 0};

// 服药时间表 (简化版：写死在代码里)
// 格式：{小时, 分钟, 药格编号(1-4), 是否已提醒}
struct MedSchedule {
  int hour;
  int minute;
  int pillBox;  // 1-4
  bool reminded;
};

MedSchedule schedule[4] = {
  {8, 0, 1, false},   // 早上8:00，药格1
  {12, 0, 2, false},  // 中午12:00，药格2
  {18, 0, 3, false},  // 下午18:00，药格3
  {20, 0, 4, false}   // 晚上20:00，药格4
};

// Wi-Fi配置
const char* ssid = "你的Wi-Fi名称";
const char* password = "你的Wi-Fi密码";

// 服务器地址 (腾讯云物联网平台)
const char* serverUrl = "http://your-api.com/pillbox/report";

2. Setup函数（初始化）

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);
  
  Serial.println("智能药盒管家启动中...");
  
  // 1. 初始化I2C
  Wire.begin(21, 22);  // SDA=21, SCL=22
  
  // 2. 初始化OLED
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println("OLED初始化失败");
    while(1);
  }
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("Smart Pill Box");
  display.println("Initializing...");
  display.display();
  
  // 3. 初始化RTC
  if (!rtc.begin()) {
    Serial.println("RTC初始化失败");
    while (1);
  }
  if (rtc.lostPower()) {
    Serial.println("RTC掉电，设置时间...");
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
  }
  
  // 4. 初始化DFPlayer
  mySerial.begin(9600, SERIAL_8N1, 26, 25); // RX=26, TX=25
  if (!myDFPlayer.begin(mySerial)) {
    Serial.println("DFPlayer初始化失败");
    while(1);
  }
  myDFPlayer.volume(15);  // 音量0-30
  
  // 5. 初始化HX711 (4个药格)
  scale1.begin(SCALE1_DOUT, SCALE1_SCK);
  scale2.begin(SCALE2_DOUT, SCALE2_SCK);
  scale3.begin(SCALE3_DOUT, SCALE3_SCK);
  scale4.begin(SCALE4_DOUT, SCALE4_SCK);
  
  // 校准（需要提前用已知重量校准）
  scale1.set_scale(2280.f);  // 这个值需要实际校准
  scale2.set_scale(2280.f);
  scale3.set_scale(2280.f);
  scale4.set_scale(2280.f);
  
  scale1.tare();  // 去皮
  scale2.tare();
  scale3.tare();
  scale4.tare();
  
  // 6. 初始化Wi-Fi
  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("Connecting WiFi...");
  display.display();
  
  WiFi.begin(ssid, password);
  int wifiRetry = 0;
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && wifiRetry < 20) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
    wifiRetry++;
  }
  
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    Serial.println("WiFi已连接");
    display.println("WiFi Connected!");
  } else {
    Serial.println("WiFi连接失败");
    display.println("WiFi Failed!");
  }
  display.display();
  delay(2000);
  
  Serial.println("初始化完成！");
}

3. 主循环（核心逻辑）

void loop() {
  // 1. 读取当前时间
  DateTime now = rtc.now();
  int currentHour = now.hour();
  int currentMinute = now.minute();
  
  // 2. 检查是否到服药时间
  checkMedicationSchedule(now);
  
  // 3. 读取4个药格的重量
  readWeights();
  
  // 4. 检测是否取药
  checkPillTaken();
  
  // 5. 更新OLED显示
  updateDisplay(now);
  
  // 6. 每10分钟上传一次数据到云端
  static unsigned long lastUpload = 0;
  if (millis() - lastUpload > 10 * 60 * 1000) {
    uploadDataToCloud(now);
    lastUpload = millis();
  }
  
  delay(1000);  // 1秒循环一次
}

4. 检查服药时间表

void checkMedicationSchedule(DateTime now) {
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    if (schedule[i].hour == now.hour() &&
        schedule[i].minute == now.minute() &&
        !schedule[i].reminded) {
      
      // 触发提醒
      triggerReminder(schedule[i].pillBox);
      schedule[i].reminded = true;
      
      Serial.print("提醒：该吃药了！药格");
      Serial.println(schedule[i].pillBox);
    }
    
    // 重置提醒标志（每分钟重置一次）
    if (schedule[i].hour != now.hour() || schedule[i].minute != now.minute()) {
      schedule[i].reminded = false;
    }
  }
}

5. 触发语音提醒

void triggerReminder(int pillBox) {
  // 播放对应药格的语音
  myDFPlayer.play(pillBox);  // 播放对应编号的MP3
  
  // OLED显示提醒
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("Time to take");
  display.print("Pill ");
  display.print(pillBox);
  display.display();
  
  // 指示灯闪烁 (GPIO 23)
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    digitalWrite(23, HIGH);
    delay(200);
    digitalWrite(23, LOW);
    delay(200);
  }
}

6. 读取药格重量

void readWeights() {
  if (scale1.is_ready()) {
    weights[0] = scale1.get_units(5);  // 取5次平均值
  }
  if (scale2.is_ready()) {
    weights[1] = scale2.get_units(5);
  }
  if (scale3.is_ready()) {
    weights[2] = scale3.get_units(5);
  }
  if (scale4.is_ready()) {
    weights[3] = scale4.get_units(5);
  }
}

7. 检测是否取药

void checkPillTaken() {
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    // 如果重量减少 > 5g，认为取药了
    if (lastWeights[i] - weights[i] > 5.0) {
      Serial.print("药格 ");
      Serial.print(i + 1);
      Serial.println(" 已取药");
      
      // 上传取药记录
      uploadPillTaken(i + 1);
    }
    lastWeights[i] = weights[i];
  }
}

8. 更新OLED显示

void updateDisplay(DateTime now) {
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  
  // 第一行：标题
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("Smart Pill Box");
  
  // 第二行：当前时间
  display.print("Time: ");
  display.print(now.hour());
  display.print(":");
  if (now.minute() < 10) display.print("0");
  display.println(now.minute());
  
  // 第三行：下次服药时间
  display.print("Next: ");
  // 这里简化处理，实际应该计算最近的服药时间
  display.println("08:00 Box1");
  
  // 第四行：药格状态
  display.print("Box: ");
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    if (weights[i] > 10) {
      display.print("●");  // 有药
    } else {
      display.print("○");  // 无药
    }
  }
  
  display.display();
}

9. 上传数据到云端

#include <HTTPClient.h>

void uploadDataToCloud(DateTime now) {
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    Serial.println("WiFi未连接，跳过上传");
    return;
  }
  
  HTTPClient http;
  http.begin(serverUrl);
  http.addHeader("Content-Type", "application/json");
  
  // 构建JSON数据
  String jsonData = "{";
  jsonData += "\"device_id\":\"pill_box_001\",";
  jsonData += "\"timestamp\":\"" + String(now.timestamp(DateTime::TIMESTAMP_FULL)) + "\",";
  jsonData += "\"weights\":[" + String(weights[0]) + "," + String(weights[1]) + "," + String(weights[2]) + "," + String(weights[3]) + "]";
  jsonData += "}";
  
  int httpResponseCode = http.POST(jsonData);
  
  if (httpResponseCode > 0) {
    String response = http.getString();
    Serial.println("数据上传成功：" + response);
  } else {
    Serial.print("数据上传失败：");
    Serial.println(httpResponseCode);
  }
  
  http.end();
}

void uploadPillTaken(int boxNumber) {
  // 类似uploadDataToCloud，但上传的是"取药记录"
  // 省略具体实现...
}

明天的计划

周五：调试优化 - 常见问题 + 改进方案

下期预告：智能药盒管家（五）—— 调试优化与常见问题

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