第二章 整体方案设计
2.1 滴液信息匹配系统简介
2.1.1 滴液信息匹配系统的简单介绍
该滴液匹配系统体积小，提供两种usb接口（mini-usb与micro-usb）供电，系统带有锂电池，可在充满电后连续使用一周时间，可通过拨动开关控制锂电池对单片机的供电。
2.1.2 滴液信息匹配系统功能简介
（1）读取病患所需药品功能，通过wifi模块接收手机/pc发送的病患所需药品信息；
（2）检测滴液瓶信息功能，通过nfc接收器检测滴液瓶瓶身上的IC贴片，得到滴液瓶信息；
（3）数据判断提醒功能，每次匹配完药品信息与患者信息后，如果信息匹配，则系统板上绿色指示灯灯常亮，信息不匹配则红灯闪烁且蜂鸣器发出声音警告。
2.1.3 滴液信息匹配系统使用注意事项
（1）病患所需药物的信息需先通过手机或者PC机传输到滴液匹配系统，在看到绿色指示灯熄灭或者绿色指示灯常灭时，方可开始检测滴液瓶信息是否与病患信息是否匹配，在绿色指示灯常亮时，无法检测滴液瓶信息。
（2）当系统进入待机，绿色指示灯常亮，当绿色指示灯亮度不足时，需要外界usb线进行充电。
2.2 滴液信息匹配系统设计方案
2.2.1 设计要求
该滴液信息匹配系统是将单片机技术与WiFi技术，RFID技术所糅合在一起，这三种技术保证了三项基本功能：1.通过WiFi远程获取病患所需药品的信息；2.通过RFID获取当前病患所要使用的药物；3.将当前药品信息与病患所需药品信息进行匹配，并表现出相应的效果。对于所使用的传感器，应当有性能高，信息传递速度快，抗环境干扰能力强，低成本，低体积的模块，这里WiFi模块选用了esp8266模块，RFID模块选择了MFRC-522模块，考虑到了可编程性和代码编程简易性，单片机选择了arduino nano单片机。
2.2.2 具体设计方案
本设计是基于arduino nano单片机的设计，具体设备方案如图1所示：
图2.1 滴液信息匹配系统各部件连接图
第三章硬件电路设计分析
3.1 arduino nano单片机的简介及电路设计
3.1.1 arduino nano单片机的简介
arduino nano是基于ATMEGA328芯片的arduino单片机，这是一款美国ATMEL公司生产的高性能，低能耗优点的AVR 8位微控制器[3]，这一款控制器结合了32 KB ISP闪存和读写能力、1024 B EEPROM、2kb SRAM，arduino单片机相较于其他市面上的单片机，其具有高灵活性，简单清晰性等特点，使得初学者在踏足嵌入式开发这道门槛的难度大大减小，也能够通过简单的语句了解单片机各个部件运作的原理。其简单的开发方式以及灵活性使得开发者将重心放在了创新想法与实现的效果上，使得开发者可以更快的完成个人项目以及团队项目的开发，大大节省了学习的成本，并且缩短了开发的时间周期。
3.1.2 主要性能参数
*工作1.8至5.5伏特之间
*23路通用I/O线
*14个数字I/O引脚
*32个通用工作寄存器
*串行USART，0(RX)，1(TX)可被用于接受数据与发送串口数据
*pwm输出，3，5，6，9，10，11口可应用于输出8bit pwm波形
*一个6通道10位A/D转换器
*五种软件可供选择的节电模式
*带内部可编程振荡器定时器
3.1.3 单片机时钟电路
在单片机最小系统中，时钟电路是与外部晶体完成振荡的电路，其工作原理是在单片机的外部，连接上振荡器来提供高频的脉冲，在通过分频处理后，将单片机内部的时钟信号，作为管制信号在芯片元件间进行协调。假定运行时钟频率为0或者超出单片机的工作频率，单片机将终止运行。
arduino nano的时钟电路如图3所示，时钟电路的时钟信号引脚为PB6(震荡电路反向放大器输出端)与PB7(震荡电路反向放大器输入端)，外接一个16MHZ的晶振。
图3.1 晶振电路
3.1.3 单片机复位电路
复位电路是构成最小系统必定需要的部分，[4]也是任何单片机都具有的基础组成部分，其作用是使系统进入初始状态，系统程序重新开始执行，系统的寄存器也也会被设置为预先设定的值。这一目的主要是当程序出现混乱或者死机现象时，可以通过复位电路使得程序初始化，而不需要通过断电的物理重启方式进行重启。
arduino nano的复位电路如图4所示，复位电路的引脚为PC6引脚，连接了通往vcc的1k欧上拉电阻R4与通往gnd的按钮S1，当按下S1的时候实现复位效果；此种复位电路的工作原理是在接通电源的情况下，PC6断开与GND的连接，通过上拉电阻R4与VCC连接，因此在按钮未按下时，PC6一端始终是高电平，此时MCU正常工作。一旦按钮S1按下，PC6引脚连接GND，触发低电平中断，中断当前程序，并重新启动MCU，实现复位效果。
图3.2 复位电路
3.2 WiFi控制模块简介及电路设计
3.2.1 ESP8266简介
ESP8266模块是一款具备体积小，低功耗[5]，价格低廉，丢包现象不严重等一系列卓越特点的高性价比UART-WiFi 透传模块，模块使用的是3.3V的直流电源，并支持STA(无线终端(主机))模式，AP(无线接入(从机))模式与STA+AP(主从一体)模式。ESP8266在业内拥有很强的竞争力的尺寸大小和低功耗技术，它是专门为移动设施与物联网运用设计的，可将使用者的设备链接LAN或WiFi无线网络进行Internet通讯[6]。实现网络传输与串行传输功用。
WIFI模块的特点有：
成本便宜：建设有线通讯方式需要安装电缆或者开掘电缆沟槽，导致需要大批量的人力和财力；相较之下使用无线数据传输无线电来建设专用的无线传输方式不需要安装电缆或开掘电缆沟槽，只要在每个设备终端链接无线传输站和安装适合高度的天线就足够。与有线的方式对比，用无线数据传输模块可以更大限度额节省能源和资源。
建立工程周期短：在对距离问题上要求比较严格时，例如需要相互通信的站点距离达到了数公里乃至数十公里，使用有线连接去完成这个任务，必需架设长距离的电缆或开掘更深的电缆沟，在时间周期上有概率要花费几个月的时间。与有线的方式对比，通过装配专用无线进行数据传输的方式，仅需要安装适合高度的天线，工程的周期就可以大大缩短，甚至可缩短到几天的时间。相较之下，通过无线链路的方式能够更快组建起通讯链路，缩短建设工程的周期。
良好的适应性：有线通讯的限制非常高，在遇到一些地形上难以建设的环境，例如高山、林地、湖泊等的地理情况，就会对实际应用环境的布线造成巨大干扰，将对有线网络下的布线工程有着极强的约制力，相比之下使用无线数据传输模块进行无线数据的传输则不会遭受这些制约，因而使用无线数据传输模块建立专用的无线数据传输方式与有线通讯比拟会有更好的适应性，且不会受到地理因素的干扰。
扩展性好：在用户建好一个通信网络后，需要添加新的设备进入网络时，假定采用有线的方式去实现这个功能，则必须重新布线，这将会产生结构性的问题，而且在重新布线过程中也可能造成线路的损坏。但如果采用无线数据传输电台建设专用的无线数据传输方式，只需将新的设施与无线电台相连接进行通讯，即可完全系统设备的扩展，比较之下有更加好的扩展性。
图3.3 WiFi模块
3.3.3 RFID控制模块电路设计
图3.6 RFID模块连线图
如图8所示，RFID模块与单片机通讯使用的是SPI通讯原理，SPI总线所需的四条总线SDA，SCK，MOSI，MISO，分别连接单片机的D10，D13，D11，D12，另外复位口连接上D9，以便重新复位RFID模块。
3.4 锂电池充电升压放电一体模块简介及电路设计
3.4.1 锂电池充电升压放电一体模块简介
该模块battery一端两个接口可连接锂电池；input一端两个接口可输入4.5-8v的电压，且留有miniusb接口，可直接连接usb数据线进行供电；output一端两个接口可输出4.3-27v的电压，通过模块上的电位器调节输出电压。
图3.7 锂电池充电升压放电一体模块
如图9所示，锂电池充电升压放电一体模块一共有6个引脚
第0脚：输入负极
第1脚：输入正极，接4.8-8v
第2脚：输出负极
第3脚：输出正极，接负载
第4脚：接电池负极
第5脚：接电池正极
3.4.2 锂电池充电升压放电一体模块电路设计
图3.8 电池模块接线图
如图10所示，电池模块引出6个接口，其中右下角两个接口作为外部供电/充电的接口；左下角两个接口通过拨动开关连接到单片机的VIN口与GND口对单片机进行供电；上边引出的接口则连接一块3.7v锂电池，当对电池进行充电时，模块上的红色指示灯常亮；在充满电后，绿色指示灯常亮。去除充电线后，模块上的指示灯不在显示；并可通过模块上的电位器控制输出到单片机的电压。
3.5 其他电路设计
3.5.1 LED显示电路
图3.9 LED连线图
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