第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

中医药作为我国传承数千年的文化瑰宝，在当代健康中国战略中占据着愈发重要的地位，其疗效的发挥不仅依赖于精准的药材配伍，更取决于科学的储存管理与规范的抓取流程。然而，当前传统中药房的运营模式仍存在诸多亟待解决的问题：人工抓药需依赖药师经验完成药材选取与称重，不仅效率低下，难以应对高峰期的诊疗需求，且称重精度易受人为因素影响，可能导致药方配伍失衡，影响治疗效果；同时，药材储存环境的温湿度控制多依赖人工巡检，缺乏实时监测与预警机制，高温高湿环境易引发药材霉变、虫蛀，造成资源浪费与药效损耗，而低温干燥环境则可能导致部分药材有效成分流失，严重制约了中医药临床应用的稳定性与安全性。

随着医疗信息化与自动化技术的发展，中药房的智能化升级已成为行业趋势，但现有自动化设备多存在功能割裂的问题：部分设备仅专注于储存环境监测，缺乏药材抓取的自动化控制；部分设备虽实现了自动出药，却难以精准控制药材重量，且未与环境管理系统联动。这种单一化、碎片化的解决方案，无法满足现代化中药房对“高效抓取、精准称重、智能储管”一体化的需求，也制约了中医药服务质量的提升。

基于此，研发基于51单片机的自动中药柜具有重要意义。该设计通过整合多传感器与智能控制技术，既能实现药材抓取的自动化与称重的精准化，又能实时监控储存环境并及时预警，有效弥补了传统模式的不足。这不仅有助于提升中药房的工作效率与管理水平，保障药材质量与用药安全，更能推动中医药产业与现代信息技术的深度融合，为中医药的标准化、智能化发展提供切实可行的技术支撑，助力传统中医药在新时代的传承与创新。

1.2 国内外研究现状

在全球医疗自动化与中医药现代化的双重推动下，自动中药柜相关技术的研究已成为国内外关注的焦点领域。国外对医药仓储自动化的研究起步较早，在西药自动化分拣、智能药房系统等方面已形成成熟技术体系。例如，欧美国家广泛应用的机器人药房系统，通过机械臂与视觉识别技术实现药品的精准抓取与分拣，称重精度可达0.1g级别，并结合物联网技术实现全流程追溯；在环境监测方面，多采用高精度温湿度传感器与云平台联动，实现药品储存环境的实时监控与智能调节。但此类系统主要针对标准化包装的西药，对形态多样、易破碎的中药饮片适应性较差，且未考虑中药“炮制后储存”“配伍称重”等特殊需求，难以直接应用于中药房场景。

国内研究则更聚焦于中医药特性，近年来在中药自动化设备领域取得了一定进展。部分高校与企业开发的自动中药房系统，通过多仓位结构与步进电机控制实现药材自动出药，并集成称重模块提升抓取精度，如基于PLC控制的中药调配机已在部分大型中医院试点应用，效率较人工提升30%以上。在环境监测方面，研究者将温湿度传感器与单片机结合，开发了中药储存环境预警装置，通过蜂鸣器或指示灯实现超阈值报警，部分系统已支持通过蓝牙或Wi-Fi实现数据上传。然而，现有国内设备仍存在明显局限：一是功能整合度低，多数设备仅实现单一的“出药”或“监测”功能，缺乏“环境监控-自动取药-精准称重”的闭环设计；二是交互方式单一，多依赖设备本地操作面板，远程控制与个性化参数设置功能薄弱；三是成本较高，基于PLC或工业级控制器的系统难以在中小型药房普及。此外，针对中药饮片的重量动态控制技术尚未成熟，当药材形态差异较大时，称重误差常超过5%，无法满足中药配伍的精准性要求。

总体而言，国内外研究虽在自动化控制、传感技术等方面积累了一定经验，但针对中药房场景的“低成本、多功能、高精度”一体化解决方案仍存在技术空白。现有设备难以兼顾中药储存的环境敏感性、抓取的形态适应性与称重的精准性，这为基于51单片机的低成本自动中药柜设计提供了研究空间，通过整合成熟的传感技术与嵌入式控制方案，有望填补中小型中药房智能化升级的技术缺口。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕基于51单片机的自动中药柜展开，核心内容包括系统硬件设计与软件程序开发两部分。硬件方面，以51单片机为控制核心，搭建由温湿度传感器、蓝牙模块、步进电机、压力传感器及蜂鸣器组成的硬件电路，实现各模块的信号采集与指令执行；软件层面开发数据处理与控制程序，编写温湿度监测、蓝牙通信、步进电机驱动及重量比对逻辑，确保输入重量与实际称重的精准匹配，同时实现阈值设置与超范围报警功能。研究采用模块化设计方法，先完成各硬件模块的选型与调试，再通过程序编写实现模块间协同工作，结合仿真与实物测试优化控制算法，最终达成自动称重、环境监测及远程交互的集成功能。