1. 药盒硬件架构概览：主控芯片选型、传感器接口、电机驱动、电源管理模块介绍

各位同学，咱们今天聊聊嵌入式药盒的硬件架构。说实话，药盒这东西看着简单，但真要量产，坑可不少。我当年刚接手第一个药盒项目时，觉得不就是个盒子嘛，结果被电源和电机折腾得够呛。好，咱们一个一个模块来拆解。

1.1 主控芯片选型：别光看主频

主控芯片是整个药盒的大脑。选型时，我个人习惯先看三点：功耗、外设接口、成本。药盒是电池供电的设备，你不能选个动不动就几百毫安的芯片，那电池撑不了几天。

我常用的方案是 STM32L0 系列 或者 GD32E230。为什么？

• 低功耗：待机电流能到 1μA 以下，适合电池供电。
• 外设丰富：I2C、SPI、UART 都有，接传感器、电机驱动、显示屏都够用。
• 成本可控：批量采购价在 5-10 元人民币，性价比不错。

你可能会问：「为什么不用 ESP32？还能连 WiFi。」嗯，这里要注意：药盒是医疗设备，无线通信会增加功耗和认证成本。除非产品明确需要远程提醒，否则我建议用纯 MCU。

1.2 传感器接口：药盒的「眼睛」和「耳朵」

药盒需要感知环境，比如：药片有没有被取出？药盒有没有被打开？温度湿度是否正常？这些全靠传感器。

常见的传感器接口有：

• 霍尔传感器：检测药盒盖是否关闭。我用的是 AH3503，输出是数字信号，直接接 GPIO 就行。
• 红外对管：检测药片是否在槽位里。比如 ITR8307，发射管和接收管对射，药片挡住光线时输出高电平。
• 温湿度传感器：比如 SHT30，通过 I2C 接口读取数据。精度 ±0.3°C，够用。

接口设计上，我建议加 RC 滤波。为什么？传感器信号容易受电机干扰。我曾经遇到过红外对管误触发，查了半天发现是电机启动时产生的电磁干扰。加个 10kΩ 电阻 + 100nF 电容的滤波电路，问题就解决了。

1.3 电机驱动：别小看那个小马达

药盒的出药机构，说白了就是一个小电机。但电机驱动设计不好，药盒会卡药、噪音大、甚至烧驱动芯片。

我常用的电机是 N20 微型减速电机，额定电压 3V，堵转电流 200mA。驱动芯片用 DRV8837 或者 L9110S。

驱动电路的关键点：

• H 桥电路：控制电机正反转。DRV8837 内部集成了 H 桥，外围只需要两个电容。
• 电流检测：在电机回路串一个 0.1Ω 采样电阻，MCU 通过 ADC 读取电压，判断电机是否堵转。
• 续流二极管：电机是感性负载，断电时会产生反向电动势。不加续流二极管，驱动芯片很容易烧。我习惯在电机两端并联一个 SS34 肖特基二极管。

代码控制上，我一般用 PWM 调速。频率设 10kHz，占空比从 0% 慢慢升到 80%，这样电机启动平稳，不会「哐」一下弹出去。

// 电机 PWM 初始化示例（STM32 HAL 库）
void Motor_PWM_Init(void) {
    TIM_HandleTypeDef htim2;
    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 72 - 1;        // 72MHz / 72 = 1MHz
    htim2.Init.Period = 100 - 1;          // 1MHz / 100 = 10kHz
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim2);

    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;                  // 初始占空比 0%
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
}

// 设置电机速度，speed 范围 0-100
void Motor_SetSpeed(uint8_t speed) {
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, speed);
}

1.4 电源管理模块：续航的命脉

药盒是电池供电，电源管理直接决定了产品能用多久。我常用的方案是 锂电池 + 升压芯片。

电池选 18650 锂电池，容量 2600mAh，电压 3.7V。但 MCU 和电机需要 3.3V 和 5V，所以需要升压。

升压芯片我推荐 TPS61023 或者 MT3608。前者效率高（95%），后者便宜（1 块钱）。

电源管理的关键点：

• 电池保护：加 DW01 保护芯片，防止过放、过充、短路。没有保护板，电池鼓包是迟早的事。
• 低功耗设计：MCU 休眠时，关闭传感器和电机电源。我习惯用 MOS 管开关，比如 SI2301，GPIO 控制通断。
• 电压检测：通过电阻分压（比如 100kΩ + 47kΩ），MCU 的 ADC 读取电池电压。当电压低于 3.0V 时，提示用户充电。

这里有个坑：电机启动瞬间电流很大，会导致电池电压瞬间跌落。如果升压芯片响应慢，MCU 会复位。我遇到过这个问题，后来在电机电源输入端加了一个 470μF 电解电容，问题就解决了。

1.5 模块间通信：I2C 和 GPIO 的配合

各个模块之间怎么通信？说白了就是：

• 传感器：用 I2C 总线，SHT30、霍尔传感器都挂在这条线上。注意上拉电阻，我习惯用 4.7kΩ。
• 电机驱动：用 GPIO 控制方向（DIR）和使能（EN），PWM 控制速度。
• 电源管理：用 ADC 读取电池电压，用 GPIO 控制 MOS 管开关。

我建议把 I2C 总线的时钟频率设低一点，比如 100kHz。为什么？药盒内部空间小，走线长，高频容易受干扰。100kHz 虽然慢，但稳定。

好了，这一章的内容就这些。下一章咱们聊 PCB 布局与布线，我会讲讲怎么把电源、电机、传感器放在一块板子上，还不互相干扰。到时候见。