基于物联网技术的智能家用型中药熏蒸机设计
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作者:孙明杨 钱少伟 尹浩 欧阳婷
摘要：在当今社会，生活节奏加快、工作压力增大，身体亚健康问题越来越困扰着“现代人”，中医理疗越来越受青睐。中药熏蒸机是一种常用的中医理疗设备。但是传统的中药熏蒸机存在体积较大、功能单一、智能化程度较低、普及困难等问题，因此，基于物联网技术的智能家用型中药熏蒸机的提出，为中医药走进千万家庭提供了全新的思路。
关键字：物联网;中药熏蒸;健康理疗
中图分类号：TP393 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）15-0114-03
中药熏蒸机是一种常用的中医理疗设备，但传统的中药熏蒸机已经不能够满足当下的需求，人们更加追求方便快捷的健康理疗方式。传统的中药熏蒸机存在着许多缺点，如体积较大、功能单一、智能化程度普及较为困难等。因此，改良中药熏蒸机，使其家用化、智能化势在必行。将物联网技术应用到中药熏蒸机的改良设计中，使中药熏蒸机更加智能化、体积小、方便操作，成为智能中药熏蒸机的主要发展方向。
1 物联网概述
目前，物联网技术已被广泛应用于通信、家居、物流、交通等在内的多个行业和领域，医药卫生领域也不例外。物联网技术在现代医学领域的应用范围极为广泛，如健康社会远程医疗、健康管理教育全程管理、老人健康全程护理等[1]。
医学物理互联网的"网"就是通过把"物"有机地直接连成一张"网"，就这样能够让人可以轻松实现实时感知监测，将各种医疗信息产品服务对象与各种医疗信息相关技术数据的无缝交换和信息无缝连接，达到连续实时跟踪动态健康监测、连续实时跟踪医疗企业的健康管理，以及精准医疗决策和对医疗信息产品服务行业的健康管理教育。
从定义的提出来到方案的实施，物联网在各领域展开了全面的技术应用，这也给产业链上下游公司带来了更多的机会和挑战。随着物联网技术的逐渐成熟，其在医疗健康领域的应用也越来越广泛，为中药熏蒸机的改进奠定了坚实的理论和应用基础，并能提供强大的网络服务。除此之外，物联网可以与大数据技术相结合，大数据技术的智能数据处理也能为中药熏蒸机的改造提供理论和技术支持。
2 智能家用型中药熏蒸机概述
中药熏蒸治疗疗法利用中药熏蒸机将中药材在锅中煎煮后所形成的蒸汽，对人体进行熏蒸，以实现提高药物作用的一种中药外治疗法。熏蒸治是指药物通过热力作用于患处，皮肤机体经过一定的药物刺激，毛孔张开，微血管扩张，药物的有效化学成分直接渗入皮肤，甚至到达肌肉深部，或者通过毛细血管的吸收和循环传播到人体全身，从而可以达到缓解疼痛治疗疾病的主要目的。
智能家用型中药熏蒸机对传统中药熏蒸机进行技术改良创新，利用物联网技术，使中药熏蒸机实现智能化、小型化，更加方便家用。同时，智能家用型中药熏蒸机加入了语音交互模块，通过语音控制，方便中老年人群的操作。利用手机APP不仅可以实现远程控制，还可以监测机器使用状态，在一定程度上提高中药熏蒸机使用的安全性。中药熏蒸机还会根据个人需求和生活习惯制定相应的理疗方案，以此来达到最佳的理疗效果。
3 智能家用型中药熏蒸机设计
3.1整体设计
本款熏蒸机是基于STM32控制模块改进的智能家用型中药熏蒸机，通过监测当前环境实时的温湿度、声光变化，以及设备是否开启（开关量）等一系列可检测的项目设备指标，可以将相关检测数据反馈给控制器，然后通过控制器进行相关实时操作（查看机器当前状态、控制熏蒸的温度等一系列操作），旨在达到智能控制的目的，智能家用型中药熏蒸机工作流程图如图1所示。
3.2硬件模块
智能家用型中药熏蒸机的硬件系统（如图2）主要包括：（1）中央处理模块（2）通信控制模块（3）人机交互界面（4）电机驱动模块（5）温度检测模块（6）电源模块（7）驱动单元（8）语音控制模块。硬件模块工作的主要流程：先由中央处理模块开始工作，根据需求带动其他模块工作，然后采集相关驱动单元的状态，其中驱动单元包括：（1）LED液晶显示单元;（2）传感器单元（3）温湿度检测单元;（4）排风扇单元;（5）熏蒸剂加热单元，将采集的数据反馈给人机交互界面或者net平台来实现对驱动单元的检测与控制。
智能家用型中药熏蒸机的控制系统主要采用STM32F103单片机芯片， STM32采用了当今广泛应用的 arm 内核，有利于设备的运行稳定及日后芯片技术升级。同时，它还可集成网络通信模块等其他功能模块，后期研究和开发的工具相对齐全，开发资料多，功耗控制较低[2]。
3.3软件设计
软件设计的基本原则：采用C++软件语言进行设备开发，各功能模块之间进行解耦操作，执行强内聚、弱耦合的核心思想。每个模块只能实现单一功能，模块内部的子模块只为整体的单一功能而存在，模块之间可以通过约定好的接口进行交互。C++作为一种高级编程语言，功能非常强大，可支持跨平台操作，具有可移植性，进行软件设计的过程通常包括编辑、编译、连接、运行和调试等步骤。利用C++编程环境和ARM架构相结合，可以开发出一系列的外围驱动程序，极大地提高了ARM嵌入式系统运行的稳定性和效率，对底层硬件系统驱动中的算法进行了大量优化。同时，优化后的软件程序可直接应用于底层服务，是基于ARM架构的用户程序与基于硬件底层的系统程序之间相互联系的重要环节。
在软件终端系统初始化完成后，通过控制器接收、发送信号[3]，对采集的数据进行处理和分析，通过人机交互界面来实施具体的操作，以实现一系列对应功能。
3.4基于ZigBee技术的通信设计
ZigBee 网络是一种使用距离短、复杂程度低、自身组织、功耗低、数据速率低的无线温度传感器网络[4]，具有星型、树形、网状等多种不同的拓扑管理模式。传统的树状互联网网络传输路径基本上都是固定的，如果一个节点被打破，由于网络传输的路径无法自动调整，将会给后续叶子节点的信息数据传送带来严重的影响。为了改善和增强控制系统的可靠性与安全程度，该系统选择了以网状化的网络架构作为基础的网络拓扑管理架构。
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