第1章：核心硬件选型——主控芯片、传感器、执行器对比
大家好，我是你们的嵌入式系统讲师。今天咱们聊聊智能药盒的硬件选型。说实话，这块儿我踩过不少坑，今天把经验都抖出来。
智能药盒的核心硬件，说白了就三块：大脑（主控芯片）、眼睛（传感器）、手脚（执行器）。选对了，项目就成功了一半。选错了？嗯，后面改板子、重画PCB的滋味可不好受。
1.1 主控芯片：STM32 vs ESP32
主控芯片是药盒的“大脑”。我个人的习惯是，先看需求再选型，别一上来就追新。
| 对比项 | STM32F103系列 | ESP32系列 |
|---|---|---|
| 核心架构 | Cortex-M3 | Xtensa LX6双核 |
| 主频 | 72MHz | 240MHz |
| WiFi/蓝牙 | 无（需外挂） | 内置WiFi+BLE |
| 功耗 | 低（~50mA运行） | 较高（~80mA运行） |
| 开发难度 | 中等（HAL库） | 较低（Arduino/ESP-IDF） |
| 价格（批量） | ¥8-15 | ¥12-20 |
| 适用场景 | 纯本地控制、低功耗 | 需要联网、OTA升级 |
我的建议：
- 如果药盒只是本地定时提醒、不联网，选STM32F103。便宜、稳定、资料多。我在一个医疗项目中用过它，连续跑了两年没出过问题。
- 如果需要手机APP远程查看、云端记录服药数据，选ESP32。它自带WiFi，省一个通信模块的钱和空间。
避坑指南：我曾经在一个项目中选了STM32F103，后来客户要求加蓝牙功能。结果呢？只能外挂一个HC-05模块，成本增加了8块钱，还多占了一块PCB面积。早知道当初直接上ESP32了。
1.2 传感器选型：称重、红外、霍尔
传感器是药盒的“眼睛”。你要判断药有没有被取走，或者药盒有没有被打开。三种方案各有千秋。
1.2.1 称重传感器（HX711+电阻应变片）
这个方案最直接——药少了就是被吃了。我习惯用HX711模数转换芯片搭配电阻应变片。
- 精度：可达±1g，能分辨一粒药片
- 成本：模组约¥5-8
- 缺点：需要机械结构配合，药盒底部要留称重空间
- 代码示例（初始化）：
// HX711初始化（STM32 HAL库）
void HX711_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1; // SCK, DOUT
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
// 等待传感器稳定
HAL_Delay(100);
}个人经验：称重传感器最怕震动。药盒放在桌上，如果桌子不稳，读数会跳。我建议加一个滑动平均滤波，取10次数据的平均值，效果会好很多。
1.2.2 红外传感器（反射式）
红外对管检测药盒盖是否打开。简单、便宜，但只能判断“开/关”状态。
- 型号：ITR9909或TCRT5000
- 成本：¥1-2/个
- 优点：电路简单，一个IO口就能读
- 缺点：不能判断药量，只能判断盖子状态
1.2.3 霍尔传感器（磁性开关）
在药盒盖子上装一个小磁铁，PCB上放霍尔元件。盖子一开，磁场变化，输出电平翻转。
- 型号：A3144（单极霍尔）
- 成本：¥0.5-1/个
- 优点：非接触、寿命长、不怕灰尘
- 缺点：磁铁需要固定，装配麻烦一点
我的选择逻辑：
- 要精确知道吃了多少药？用称重传感器。
- 只想知道盖子有没有打开？用霍尔传感器，便宜又可靠。
- 红外传感器我一般不用在药盒上——环境光干扰大，容易误判。
1.3 执行器选型：舵机 vs 步进电机
执行器是药盒的“手脚”。自动出药、分药都得靠它。两种方案我都在项目中用过，各有脾气。
| 对比项 | 舵机（SG90） | 步进电机（28BYJ-48） |
|---|---|---|
| 控制方式 | PWM（50Hz） | 脉冲序列（步进驱动） |
| 角度精度 | 约1°（理论） | 约0.088°（取决于细分） |
| 扭矩 | 小（0.18kg·cm） | 中等（0.3kg·cm） |
| 成本 | ¥5-8 | ¥8-12（含驱动板） |
| 噪音 | 较小 | 较大（有嗡嗡声） |
| 适用动作 | 翻盖、拨动 | 旋转分药盘、推送 |
我的建议：
- 药盒只需要开盖、关盖？用舵机。代码简单，PWM一给就转。
- 需要精确控制分药盘旋转角度？用步进电机。28BYJ-48虽然便宜，但记得加驱动板（ULN2003），别直接用IO口驱动，会烧芯片的。
关键提醒：舵机有“死区”问题。你给1.5ms的PWM，理论上应该是中位，但实际可能偏1-2度。我建议在代码里做一次校准，把机械零位找出来。
1.4 综合选型建议
好了，咱们把三块拼起来。一个典型的智能药盒方案是这样的：
- 主控：ESP32（要联网）或STM32F103（不联网）
- 传感器：称重（HX711）检测药量 + 霍尔（A3144）检测盖子状态
- 执行器：舵机（SG90）控制翻盖
你想想看，这个组合成本大概在¥20-30之间，功能完整，可靠性也不错。我在去年帮朋友做的一个家用药盒原型上，用的就是这个配置，跑了三个月没出过故障。
最后一个小技巧：选型时留20%的余量。比如药盒需要检测10粒药，称重传感器量程选能测15粒的。为什么？因为药片大小不一样，留点余量心里踏实。
下一章咱们聊电路设计，包括电源管理、电机驱动、传感器接口这些实战内容。到时候我会把原理图拿出来一起分析。
公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321