内容介绍

智能药盒提醒器项目总结报告

一、所选任务

所选任务：2026 ADI CodeFusion Studio 设计竞赛 · 任务5（赛道五）· 入门级题目1 —— 智能药盒提醒器。

二、项目描述

本项目使用 ADI CodeFusion Studio 开发环境和 C 语言，实现了基于 MAX32655FTHR 的智能药盒提醒器。它面向"老人 / 慢病患者容易忘记按时服药"这一日常问题，用一块开发板把"定时提醒、声光报警、按键确认、记录保存、手机推送"整合在一起。

设备以 MAX32655 内置 RTC 作为时间基准，支持单次设定每日多个服药时间点（默认 08:00、12:30、18:00、21:30，最多 4 个）。到点后，蜂鸣器和板载红色 LED 进行声光报警，0.96 寸 128×64 OLED 屏幕显示提醒内容和剩余确认时间，同时通过 BLE 把提醒信息推送到手机。服用者按一下板载按键即可确认服药，系统自动记录为 TAKEN；若 20 秒内未确认，则自动记录为 MISSED，并继续调度下一次提醒。手机端使用 nRF Connect 即可远程配置服药时间表、校准当前时间、查询状态，无需专门开发 App。服药时间表、当日记录和墙钟时间均存入内部 Flash 并带校验，断电重启后自动恢复，时间和记录都不丢失。此外还扩展了 AHT30 温湿度传感器，在 OLED 上显示环境数据。

三、硬件介绍

主控：MAX32655FTHR 开发板，集成 Cortex-M4 内核、BLE 5.2 和 RTC，如图3.1所示。

图3.1 MAX32655FTHR 开发板

显示：0.96 寸 128×64 SSD1306 OLED，I2C 接口，地址 0x3C；SCL 接 P0.30（J7.11）、SDA 接 P0.31（J7.12），如图3.2所示。

图3.2 OLED图

报警：有源蜂鸣器，高电平触发，信号接 P2.0，如图3.3所示。

图3.3 有源蜂鸣器

输入：板载两个按键——SW2（P0.2）确认服药，SW3（P0.3）翻页 / 长按清空记录。
状态指示：板载 RGB LED——红色提醒、绿色已服药、蓝色 BLE 已连接。
环境检测：AHT30 温湿度传感器，I2C 地址 0x38，与 OLED 共用同一组 SCL/SDA，如图3.4所示。

图3.4 AHT30

全部外设使用 3.3V 供电，连接在开发板 J7 排针上，采用杜邦线搭建，无自绘 PCB。

四、方案框图与设计思路

整体以 MAX32655FTHR 为中心：左侧为输入——内置 RTC 提供时间基准、两个按键用于交互、AHT30 采集温湿度；中间为主控，集成 Cortex-M4、BLE 5.2 和 RTC；右侧为输出——OLED 显示、蜂鸣器声音报警、RGB LED 状态指示；上方通过 BLE 与手机连接，实现提醒推送和远程配置；下方为内部 Flash，负责时间表、服药记录和墙钟时间的掉电保存。

设计上采用**"外设中断 + 主循环轮询"的事件驱动模型**：RTC 闹钟中断只设置一个标志位，不在中断里做耗时操作；100ms 轮询任务检测到标志后再执行提醒、显示、推送，从而不阻塞 BLE 协议栈，保证手机连接稳定。方案框图如图4.1所示。

图4.1 方案框图

五、软件流程、调试软件说明与关键代码说明

软件流程：上电后依次初始化 WSF 内存池与串口日志、BLE 控制器与 32kHz 晶体校准、蜂鸣器、OLED、BLE 协议栈和药盒应用，最后进入 WSF 事件循环。系统通过一个 100ms 定时器驱动 pill_reminder_poll()：处理 RTC 闹钟标志、跨天清零、按键（确认 / 翻页 / 长按）、提醒超时、温湿度采样、Flash 持久化，并刷新蜂鸣器、LED 和 OLED。服药状态在 PENDING → TAKEN / MISSED 之间迁移，漏服后继续调度下一次提醒。图片预览

图5.1 软件流程图

调试软件说明：开发全程使用 CodeFusion Studio 编写、编译和烧录（OpenOCD），并通过串口日志（[main]、[pill]、[oled]、[store] 等标签）定位问题；BLE 侧使用 nRF Connect 连接 PillBox、订阅通知并写入命令验证。

关键代码说明：

1. RTC 闹钟：中断只置标志，重装先关中断

void RTC_IRQHandler(void)                      /* 中断里只记事件 */
{
    if (MXC_RTC_GetFlags() & MXC_F_RTC_CTRL_TOD_ALARM) {
        MXC_RTC_ClearFlags(MXC_F_RTC_CTRL_TOD_ALARM);
        pill_rtc_alarm_pending = true;         /* 不做任何耗时操作 */
    }
}

static int pill_rtc_set_alarm(uint32_t ras)    /* 重装下一次闹钟 */
{
    /* 关键：先关中断、清标志、写新值，最后重新使能 */
    while (MXC_RTC_DisableInt(MXC_RTC_INT_EN_LONG) == E_BUSY) { /* 重试 */ }
    MXC_RTC_ClearFlags(MXC_F_RTC_CTRL_TOD_ALARM);
    while (MXC_RTC_SetTimeofdayAlarm(ras) == E_BUSY) { /* 重试 */ }
    while (MXC_RTC_EnableInt(MXC_RTC_INT_EN_LONG) == E_BUSY) { /* 重试 */ }
}

说明：中断只置标志，声光报警、OLED 刷新和 BLE 推送全部交给 100ms 主循环处理，避免阻塞蓝牙射频事件。重装闹钟必须先关中断再写值——调试中发现直接写新值会导致第二次及之后的闹钟被静默丢弃（表现为"只有第一次提醒能响"）。

2. 服药状态机：PENDING → TAKEN / MISSED

static void confirm_reminder(void)             /* 按键确认 → TAKEN */
{
    if (active_slot < 0) return;               /* 只在提醒进行中有效 */

    slot_status[active_slot] = PILL_STATUS_TAKEN;
    last_taken_slot = active_slot;
    active_slot = -1;
    store_dirty = true;                        /* 标记待写入 Flash */

    buzzer_set(false);                         /* 停声光、亮绿灯 */
    LED_Off(LED_RED);
    LED_On(LED_GREEN);
    snprintf(message, sizeof(message), "PillReminder: %s TAKEN", time_str);
    send_ble_message(message);                 /* 推送手机 */
}

static void miss_reminder(void)                /* 20 秒未确认 → MISSED */
{
    if (active_slot < 0) return;

    slot_status[active_slot] = PILL_STATUS_MISSED;
    active_slot = -1;
    store_dirty = true;
    buzzer_set(false);
    LED_Off(LED_RED);
    snprintf(message, sizeof(message), "PillReminder: %s MISSED", time_str);
    send_ble_message(message);                 /* 下一次提醒继续调度 */
}

说明：这是"按键确认并记录服药状态"的核心。状态变化只置 store_dirty，真正的 Flash 写入留到主循环，避免在按键路径里插入几十毫秒的擦写阻塞；漏服只记录状态，不中断后续提醒。

3. 100ms 主循环调度

void pill_reminder_poll(void)                  /* 每 100ms 执行 */
{
    tick_count++;

    if (pill_rtc_alarm_pending) {              /* ① 闹钟到点 */
        pill_rtc_alarm_pending = false;
        if (active_slot >= 0) miss_reminder();
        start_reminder(pending_slot);
        arm_next_alarm();                      /* 立即装载下一次 */
    }

    if (rel_day > last_relative_day) {         /* ② 跨天：当日记录清零 */
        last_relative_day = rel_day;
        /* 记录复位为 PENDING、重装闹钟、标记持久化 */
        arm_next_alarm();
    }

    if ((wall_now / 60) != (last_saved_wall_seconds / 60)) {
        store_dirty = true;                    /* ③ 每分钟保存墙钟时间 */
    }

    btn1 = PB_Get(BUTTON1) != 0;               /* ④ SW2：短按确认服药 */
    btn2 = PB_Get(BUTTON2) != 0;               /*    SW3：短按翻页、长按清空 */
    if (btn1 && !btn1_last) {
        confirm_reminder();
    }
    if (btn2_held && ((tick_count - btn2_press_tick) >= SW2_LONG_PRESS_TICKS)) {
        clear_today_log();
    }

    if ((tick_count - active_start_tick) >=
        ((uint32_t)REMINDER_TIMEOUT_SEC * 1000U) / POLL_PERIOD_MS) {
        miss_reminder();                       /* ⑤ 20 秒超时 → 漏服 */
    }

    persist_records();                         /* ⑥ 需要时写入 Flash */
    /* ⑦ 刷新蜂鸣器节奏、RGB LED、OLED 页面，并非阻塞采样温湿度 */
}

说明：整个应用只有这一个调度点，闹钟、跨天、按键、超时、持久化、显示刷新全部收敛在此，顺序即优先级。按键用"边沿检测 + 按下计时"区分短按与长按，规避机械抖动。

4. BLE 文本命令协议与通知推送

static uint8_t pillWpWriteCback(dmConnId_t connId, uint16_t handle, ...)
{
    memcpy(cmd, pValue, len);
    cmd[len] = '\0';                           /* 取出手机写入的文本命令 */

    if (strcmp(cmd, "GET") == 0) {             /* 查询时间表 */
        pill_reminder_get_schedule_text(times, sizeof(times));
        snprintf(reply, sizeof(reply), "Schedule: %s", times);
        pillSendData(connId, reply);
    } else if (strncmp(cmd, "TIME ", 5) == 0) {/* 校准当前时间 */
        if (pillParseTime(&cmd[5], &wall_seconds)) {
            pill_reminder_set_base_time(wall_seconds);
            pillSendData(connId, "Time set: ...");
        } else {
            pillSendData(connId, "ERR: bad time");
        }
    } else if (strncmp(cmd, "SET ", 4) == 0) {/* 设定每日时间表 */
        count = pillParseSchedule(&cmd[4], minutes, PILL_SCHEDULE_MAX);
        if ((count > 0) && pill_reminder_set_schedule(minutes, count)) {
            pillSendData(connId, "Schedule set: ...");
        } else {
            pillSendData(connId, "ERR: bad schedule");
        }
    }
    return ATT_SUCCESS;
}

static void pillSendData(dmConnId_t connId, const char *msg)
{
    if (AttsCccEnabled(connId, PILL_WP_DAT_CCC_IDX)) {   /* 手机已订阅 */
        AttsHandleValueNtf(connId, WP_DAT_HDL, strlen(msg), (uint8_t *)msg);
    }
}

说明：复用 Cordio 的 WP 服务（数据特征本身支持 Write 与 Notify），因此不需要自定义 UUID、也不需要配对，手机用 nRF Connect 即可操作。命令集为 TIME / SET / GET / STATUS / BEEP / RESET；提醒、确认、漏服时固件主动推送 PillReminder: … take medicine / TAKEN / MISSED。

5. Flash 持久化：时间表、记录与墙钟时间

typedef struct {
    uint32_t magic, version, checksum;     /* 有效性校验（魔数/版本/校验和） */
    uint32_t day_key;                      /* 跨天计数 */
    uint32_t base_wall_seconds;            /* 墙钟时间，断电后由此恢复 */
    uint16_t schedule_minutes[4];          /* 每日提醒时间表 */
    uint8_t  status[4];                    /* 当日各时段服药状态 */
    uint8_t  count, reserved[3];
} pill_store_t;

bool pill_store_save(const pill_store_t *store)
{
    data.checksum = pill_store_checksum(&data);

    __disable_irq();                               /* 擦写期间必须关中断 */
    MXC_FLC_PageErase(PILL_STORE_ADDR);            /* 整页擦除 */
    for (i = 0; i < sizeof(pill_store_t) / 4; i++) {
        MXC_FLC_Write32(PILL_STORE_ADDR + i * 4, words[i]);   /* 逐 32 位编程 */
    }
    __enable_irq();

    MXC_FLC_Read(PILL_STORE_ADDR, verify, sizeof(verify));
    return memcmp(verify, &data, sizeof(data)) == 0;          /* 回读校验 */
}

说明：数据存放在内部 Flash 最后一页（0x1007E000），该页已在链接脚本中从代码区排除。结构带魔数、版本和校验和，上电校验不通过就回退默认配置；墙钟时间每 60 秒保存一次，因此断电重启后时间从断电前继续走，服药记录同样不丢失。

六、实物演示及说明

上电后 OLED 显示时间页；手机连接 PillBox 并订阅通知；写入 TIME 校准时间、写入 SET 设定时间表；到点后蜂鸣器响、红灯闪、OLED 显示 ALARM TAKE，手机收到 take medicine；按 SW2 确认后绿灯亮、状态变 TAKEN、手机收到 TAKEN,如图6.3所示；SW3 翻页查看服药记录页和环境页；不按键等待 20 秒则自动记录 MISSED 并继续等待下一次提醒；断电重启后时间和记录仍保留。

图6.1 开发板实物图

mergeimage.org-20260913082820.jpg

图6.2 OLED 时间页 / 记录页 / 环境页

图6.3 nRF Connect 收到提醒 TAKEN 通知

图6.4 CodeFusion Studio 软件截图

七、遇到的难点及解决方法

OLED 一直不亮：排查发现 MAX32655FTHR 的 GPIO 默认供电域 VDDIO 只有 1.8V，而 SSD1306 在 3.3V 供电下要求高电平 ≥2.3V，导致从机不应答。改用 GPIO 位操作软 I2C，并把引脚切换到 VDDIOH（3.3V）后解决。
第二次及后续提醒不触发：RTC time-of-day 闹钟第一次触发后，直接写新闹钟值会被静默丢弃。改为"先关中断 → 写新值 → 再开中断"后问题消失。
BLE 连接后提醒停摆：DM_ADV_STOP 事件会误停 UI 轮询定时器，导致连接建立后不再轮询。修正后跨广播/连接状态始终保持 100ms 定时器运行。
漏服状态被覆盖：下一个提醒触发时会把上一条 MISSED 立即改写。为状态机增加保护后，漏服状态得以保留显示。
读取 RTC 卡死：CFS 生成的外设初始化可能未启动 RTC，MXC_RTC_GetSeconds 会死等 RDY 标志。增加 RTC Init/Start 后解决。
断电时间归零：板子无后备电池，RTC 断电清零。通过把墙钟时间每 60 秒写入 Flash、上电恢复的方式，实现断电后时间从断电前继续走。

八、对本次活动的心得体会

本次竞赛让我完整经历了一次从硬件接线、底层驱动、BLE 协议栈到数据持久化的嵌入式开发过程。最大的收获是学会用"中断只置标志、主循环统一处理"的思路保证实时外设和无线协议栈的稳定；同时体会到了排查硬件供电域、中断时序这类"看似软件、实为底层"问题的重要性。CodeFusion Studio 与 MSDK 提供了很好的工程化支持，建议后续能在示例中补充 FTHR 排针与 GPIO 供电域的说明。感谢主办方和评审提供的学习机会。

智能药盒提醒器 项目总结报告