一、项目概述与需求分析
做嵌入式开发这么多年，我接过不少项目，但剃须刀自清洁系统这个活儿，说实话，一开始真没觉得有多复杂。直到深入进去才发现——嗯，这里面的门道不少。今天咱们就来聊聊这个项目的起点：需求分析。
1.1 剃须刀自清洁系统简介
先说说这是个什么东西。你想想看，一把电动剃须刀，用完了往底座上一放，它自己就能完成清洗、消毒、烘干、充电这一整套流程。用户要做的，就是把刀头拆下来扔进去，按个启动键，完事。
我在项目中遇到过一位产品经理，他跟我说：「用户要的不是剃须刀，是每天早晨都能拿到一把干净的剃须刀。」这句话我一直记着。说白了，自清洁系统的核心价值，就是帮用户省掉手动清洗的麻烦。
系统通常由这几个部分组成：
- 清洁底座：包含清洗仓、液泵、加热模块、风扇
- 控制主板：MCU + 驱动电路 + 传感器接口
- 用户交互：按键、指示灯、OLED/LCD 屏幕（高端款）
- 电源管理：充电电路、电池检测、无线充电（可选）
我个人习惯把这类系统叫做「半自动家电」——它不需要用户全程参与，但也不是完全智能。你得给它设定好流程，它按部就班地执行。
1.2 核心功能需求
功能需求这块，我建议咱们分三个层次来看：
1.2.1 基础清洗流程
这是最核心的功能。用户把刀头放进去，按下清洗键，系统自动执行：
- 预冲洗：清水冲洗 10-15 秒，冲掉大颗粒胡渣
- 清洗液循环：专用清洗液循环 30-60 秒，溶解油脂和皮屑
- 漂洗：清水再次冲洗 15-20 秒，去除残留清洗液
- 烘干：热风烘干 3-5 分钟，温度控制在 45-55°C
- 消毒：UV 灯照射 2 分钟，或者加热到 65°C 以上保持 30 秒
关键点：每个步骤的时间、温度、液位都需要精确控制。我曾经见过一个方案，烘干时间写死了 5 分钟，结果在南方潮湿天气根本干不透。后来改成了湿度传感器闭环控制，效果就好多了。
1.2.2 用户交互功能
用户跟系统打交道，无非就是这几个场景：
- 一键启动/停止：长按 2 秒启动，短按暂停/继续
- 状态指示：LED 灯显示当前阶段（清洗中、烘干中、完成、故障）
- 液位提醒：清洗液不足时，指示灯闪烁 + 蜂鸣器提示
- 故障报警：电机堵转、温度异常、液泵空转等，通过特定闪烁模式区分
这里有个小技巧：指示灯的状态机设计。我习惯用「呼吸灯」效果表示待机，用「快闪」表示故障，用「常亮」表示完成。用户一看就懂，不需要看说明书。
1.2.3 安全保护功能
做家电产品，安全永远是第一位的。这个系统涉及水、电、热，稍有不慎就会出问题。
| 保护类型 | 触发条件 | 响应动作 |
|---|---|---|
| 干烧保护 | 液位传感器检测到无液，且加热器开启 | 立即关闭加热器，蜂鸣器报警 |
| 过温保护 | 温度传感器检测到 > 70°C | 关闭加热器，进入冷却模式 |
| 电机堵转 | 液泵电流超过阈值 3 秒 | 停止电机，尝试反转 1 秒后重试 |
| 漏电检测 | 漏电保护器检测到 > 5mA 漏电流 | 切断总电源，不可自动恢复 |
注意：干烧保护这个功能，我曾经吃过亏。早期版本只靠液位传感器判断，结果有一次液位传感器本身坏了，加热器一直开着，把清洗仓都烤变形了。后来我加了一路温度传感器做冗余判断，这才放心。
1.3 技术指标与性能要求
技术指标这东西，说白了就是「做到什么程度才算好」。我列几个关键指标，都是实际项目中会被 QA 和产品经理反复挑战的：
1.3.1 电气指标
- 输入电压：DC 12V / 2A（或 USB-C PD 协议，20V/3A）
- 待机功耗：≤ 0.5W（MCU 休眠 + 按键唤醒）
- 工作功耗：≤ 24W（加热 + 电机 + UV 灯同时工作）
- 电池续航：满电可完成 3 次完整清洗循环（约 30 分钟）
待机功耗这块，我建议用 RTC 唤醒 + 深度休眠模式。STM32L0 系列能做到 0.3μA 的待机电流，配合一个 1000mAh 的电池，理论上能待机好几年。当然，实际还要考虑漏电流和电池自放电。
1.3.2 清洗性能指标
| 指标项 | 要求值 | 测试方法 |
|---|---|---|
| 清洗残留率 | ≤ 5%（重量法） | 清洗前后称重对比 |
| 烘干后湿度 | ≤ 10% RH | 湿度传感器检测 |
| 消毒效率 | 细菌杀灭率 ≥ 99.9% | 第三方微生物检测 |
| 清洗液消耗 | ≤ 15mL/次 | 液位传感器计量 |
这里有个坑：清洗残留率。我刚开始做的时候，以为多冲几遍水就能洗干净。结果发现，刀头缝隙里的油脂根本冲不掉。后来加了「超声波辅助清洗」功能，效果立竿见影。当然，成本也上去了——这就是工程上的取舍。
1.3.3 可靠性指标
- MTBF（平均无故障时间）：≥ 5000 小时
- 使用寿命：≥ 3 年（或 1000 次清洗循环）
- 工作温度：0°C ~ 45°C
- 存储温度：-20°C ~ 60°C
- 防护等级：底座 IPX5（防喷溅），刀头 IPX7（可浸泡）
经验之谈：MTBF 这个指标，很多工程师觉得是「玄学」。其实不然。我习惯用「加速老化测试」来验证——把温度提高到 60°C，湿度 95%，连续运行 1000 小时，相当于模拟了 3 年的使用环境。如果这关过了，基本就没问题。
1.4 需求分析小结
写到这儿，你应该能感受到：一个看似简单的自清洁系统，背后涉及的需求其实相当复杂。从功能流程到安全保护，从电气指标到可靠性验证，每一个环节都不能马虎。
我个人习惯在项目启动前，先把需求文档写清楚。哪怕后面会改，也得有个基线。你想想看，如果连需求都没搞清楚就开始写代码，那后面返工的代价可就大了。
下一章，咱们会聊聊系统架构设计——怎么把这些需求转化成具体的硬件方案和软件架构。到时候我会分享一个我踩过的坑：关于「液泵选型」的血泪史。