企业官网建设流程全解析

简介：本资源是一套完整的基于STM32F103RCT6微控制器的空气净化器嵌入式开发资料，面向嵌入式初学者、电子设计爱好者及物联网实践者，解决室内空气质量监测与智能调控的实际工程问题。资源包共162个文件，含38个头文件（.h）与36个源码文件（.c），覆盖传感器驱动（温湿度、甲醛）、PWM风扇控制、LCD显示及系统初始化等核心模块；另有原理图（.schdoc）、PCB设计文件（.pcbdoc）、Keil工程配置（.uvprojx/.uvoptx）、编译输出（.axf/.hex）及调试脚本（.bat），完整呈现从硬件设计到固件烧录的全流程。压缩包大小为4.05MB，结构清晰、模块解耦，便于理解各外设（ADC、TIM、GPIO、UART）协同逻辑。目前已有1493人学习下载，适合用于课程设计、毕业设计或STM32实战进阶，可直接编译运行并快速验证多传感器融合与闭环控制效果。 先说下这套资料的成色。基于STM32F103的空气净化器设计资料，我拿到手之后完整捋过一遍，程序不是那种东拼西凑的Demo，原理图不是缺线少网的截图，PCB也不是只有孤零零一块板框。它是一套能直接编译、直接打样、能跑起来控制风机和显示PM2.5的完整工程。对于刚学完单片机基础、想拿一个真实产品练手的开发者，或者正在做家居小电器方案选型的工程师，这份资料的价值在于：把STM32F103最常见的几大外设——PWM、ADC、DMA、I2C、定时器中断——全部放在一个真实产品场景里串了一遍。今天我把整个设计逻辑摊开讲一遍，包括硬件选型、代码框架、PCB细节和调试中踩过的坑。

1. 项目概述与整体设计思路

1.1 空气净化器的核心功能拆解

空气净化器这东西，功能上看起来简单：开风机、过滤空气、显示个空气质量。但真正落到产品层面，控制逻辑比想象中要多一点。这套资料实现的功能我列一下：

• 按键开机/关机，支持三档手动风速（弱、中、强）
• 自动模式：根据PM2.5浓度自动调节风速档位
• 睡眠模式：低转速、关闭指示灯、降低噪音
• 实时显示PM2.5浓度、温湿度、当前风速档位
• 定时关机功能（0.5h / 1h / 2h / 4h）
• 紫外灯和负离子发生器的开关控制接口
• 蜂鸣器按键提示音

这些功能说多不多，但每一块都要吃MCU的资源。风机转速靠PWM调速，PM2.5检测靠ADC采样粉尘传感器的模拟电压，温湿度用I2C读传感器，显示用I2C或SPI驱动OLED，按键和蜂鸣器占普通GPIO。整套系统跑下来，STM32F103C8T6这种48脚的中配芯片，资源刚好够用，不会觉得局促，也不会浪费。

1.2 为什么选STM32F103作为控制核心

选题阶段很多人会纠结：空气净化器用51单片机不行吗？用ESP32不行吗？用Arduino不行吗？

说实话，都能做。但这个项目选STM32F103有几个非常具体的理由。第一，它主频72MHz，Cortex-M3内核，跑空气净化器这种级别的控制算法绰绰有余，而且未来想扩展WiFi通信、传感器融合算法，算力都够。第二，外设齐全，TIM支持多路PWM输出，ADC有12位分辨率且支持DMA，I2C和USART都有，这些外设组合起来非常贴合空气净化器这种“采集-处理-控制-显示”的典型架构。第三，成本低、供货稳定、参考资料多，遇到问题几乎都能找到现成解答。

还有一个细节：STM32F103的引脚大部分是5V容忍的，这意味着按键、蜂鸣器这类5V逻辑的外围器件，可以直接互连，不需要额外加电平转换，硬件设计省事很多。我实际做下来，整板除了电源部分，几乎不需要什么专用芯片，设计难度就被拉低了不少。

1.3 功能模块与引脚资源分配

动手画原理图之前，我习惯先做一张资源分配表，把每个功能模块占用的引脚、用到的外设、通信方式全部列清楚。这样做的好处是后面画原理图、写代码、调板子，遇到问题容易定位。下面这张表是我在这个项目中实际用的分配方案：

这里要提醒一句：I2C总线上挂两个设备没问题，但要注意地址不能冲突。SHT30默认地址0x44，SSD1306常见地址是0x3C，两个不冲突，所以能共用一条I2C总线。如果你换别的型号传感器，第一件事就是核对地址是否冲突，否则会出现设备无法应答的诡异问题。

2. 硬件设计：从最小系统到整机电路

2.1 STM32F103最小系统设计要点

空气净化器的控制板，核心就是STM32F103最小系统加上外围电路。最小系统这部分看似简单，但很多人第一次画板子就栽在这里。我列几个关键点。

时钟电路：STM32F103用8MHz无源晶振，两个负载电容取18pF到22pF。晶振的两个引脚分别接电容到地，电容值不需要特别精确，20pF左右就行。注意晶振底下尽量不要走其它信号线，否则容易被干扰导致启动失败或者时钟频率不对。

复位电路：NRST引脚接一个100nF电容到地，加一个10kΩ上拉电阻。这样上电时能保证可靠的复位。很多人画最小系统时把复位电路省了，调试器连接时可能还能正常工作，但实际产品上电瞬间芯片状态不确定，很容易出现偶发性死机。

BOOT引脚：BOOT0必须通过10kΩ电阻下拉到地，让芯片从Flash启动。BOOT1随便接，一般也下拉。有时候下载失败，排查到最后发现是BOOT0悬空，电平不确定导致芯片没有正常进入用户程序，这种问题最坑人。

电源去耦：每个VDD引脚旁边放一个100nF陶瓷电容，尽量靠近引脚放置。VDDA引脚要单独接一个10Ω电阻再连3.3V，同时对地接一个1uF+100nF电容，给ADC提供干净一点的模拟电源。这个问题和后面ADC采样数值跳变有直接关系。

2.2 电源拓扑与风机驱动电路

空气净化器的电源拓扑比普通单片机板要复杂一点，因为系统里同时存在12V、5V、3.3V三种电源轨。我用的方案是：

• 外部12V DC适配器输入
• 12V直接给风机和紫外灯供电
• 12V经DC-DC降压到5V，给传感器和蜂鸣器供电
• 5V经AMS1117-3.3降到3.3V，给MCU、OLED供电

这里有一个设计取舍要说明一下：为什么不直接用一个5V适配器，然后风机也用5V？因为大多数空气净化器的风机额定电压是12V或24V，5V供电会导致转速上不去、风量不够。所以电源输入端直接按12V设计，这样整机结构上更接近真实产品。如果你手头只有5V风机，也可以简化成只用5V和3.3V两路，电路会简单很多。

风机驱动电路是硬件设计的核心。STM32的GPIO只能输出几毫安电流，肯定不能直接驱动风机，所以要在中间加一级MOS管。我用的是一颗N沟道MOS管，型号可以选AO3400这类低导通电阻的管子。电路结构是：PWM信号串一个100Ω电阻接MOS管栅极，栅极对地接一个10kΩ下拉电阻，防止MCU复位瞬间PWM输出高阻状态导致风机误转。MOS管的源极接地，漏极接风机的负极，风机正极接12V。风机线圈是感性负载，所以MOS管漏极要并联一个续流二极管，二极管负极接12V，正极接漏极。这个二极管必不可少，否则MOS管关断瞬间会产生很高的尖峰电压，轻则造成系统复位，重则击穿MOS管。

另外，紫外灯和负离子发生器这类负载，功率不大，用一颗NPN三极管（比如S8050）驱动就够了。注意继电器的场合不要用三极管，这东西线圈电流太大，必须用MOS管或者专门驱动芯片。

2.3 传感器、显示与交互电路

PM2.5检测我选用的是夏普GP2Y1010AU0F粉尘传感器。这个传感器是空气净化器里的经典方案，淘宝上很容易买到，价格也不高。它的输出是一个模拟电压，浓度越高电压越高。但硬件电路有几个坑：传感器内部有一颗红外LED，需要周期性的脉冲驱动，典型的驱动脉冲是10ms周期、0.32ms脉宽，LED的驱动电流大概几十毫安。这意味着传感器不是简简单单三根线接上去就能用，还得有LED驱动和运放调理电路。好在资料里已经把GP2Y1010AU0F的典型应用电路给出来了，照着画就基本没问题。

温湿度传感器我用的SHT30，I2C接口，精度和稳定性都比DHT11好不少。DHT11不是不能用，只是它的时序靠软件模拟，代码里容易因为中断干扰导致读取出错。而SHT30走硬件I2C，不需要精确延时，写代码省心很多。

显示部分用0.96寸OLED，SSD1306控制器，I2C接口，只需要接VCC、GND、SCL、SDA四根线。OLED的显示内容我建议分成三个区域：第一行显示当前模式和风速档位，第二行显示PM2.5数值，第三行显示温湿度。UI不用做得花哨，黑色底白色字，信息清楚就行。

按键电路一定要做处理。直接用GPIO接按键到地，内部上拉，这是最简单的做法。如果担心EMC干扰导致误触发，可以在按键两端并联一个100nF电容做硬件消抖。注意PCB布局时按键要放在结构上手指能按到的位置，不然画出来好看但装进壳子里按不到，就尴尬了。

2.4 原理图设计里几个容易踩的坑

原理图阶段踩过的坑，我总结几次最耽误时间的。

第一，粉尘传感器的模拟输出线和风机PWM线在原理图里如果靠得太近，打样回来后PM2.5数值会漂得离谱。这是因为PWM信号在PCB上会产生电场干扰，而GP2Y1010AU0F的输出阻抗不低，很容易耦合噪声。解决方法是模拟信号走线尽量短、尽量粗，并且在传感器输出到ADC引脚之间加一个100nF滤波电容。

第二，I2C上拉电阻不能省。STM32内部虽然有上拉，但驱动能力不够，总线频率高了波形就会变形。我在SCL和SDA上各接了一个4.7kΩ上拉电阻到3.3V，这个阻值是常规做法，实测通信稳定。如果你把OLED和传感器都挂在这条总线上，上拉电阻一定要加，不然显示雪花或者传感器读不到数据。

第三，12V和3.3V电源轨的地，在原理图上虽然都是GND，但布局布线时要把电源地和模拟地分开处理。我采用的是单点接地，整个PCB的地平面铺铜后在电源输入端附近汇合。这个做法能有效降低电机PWM开关噪声对ADC采样的干扰。后面PCB章节还会再详细讲。

3. 程序框架与核心代码实现

3.1 程序架构与工程组织

程序部分我使用KEIL5开发环境，标准外设库编写。使用HAL库的思路完全一样，只是API名字不同。整个工程我按模块划分文件，每个模块一个.c和一个.h，大致结构如下：

• main.c：初始化外设，主循环调度
• pwm.c：风机PWM初始化及占空比设置
• adc.c：ADC+DMA采样及滤波处理
• sensor.c：SHT30温湿度读取、PM2.5浓度计算
• oled.c：OLED显示驱动
• key.c：按键扫描与事件处理
• control.c：主状态机、模式控制和风机档位管理
• timer.c：定时器中断，作为系统时基

这种模块化组织方式的好处是，改动任何一个功能模块，不需要牵扯其它文件。比如我后期想换一个传感器型号，只需要改sensor.c，主循环里的调度逻辑完全不用动。

主程序的框架是一个超级循环加定时器中断。10ms的定时器中断负责按键扫描和LED闪烁这类时间敏感任务，主循环负责较慢的传感器读取、显示刷新和模式控制。这样做避免了在一个大循环里用delay延时，导致按键响应迟钝的问题。

3.2 PWM配置与风机调速

风机调速是空气净化器最核心的控制功能。我用TIM2的通道1产生PWM信号，频率设为20kHz。为什么是20kHz而不是1kHz或者200Hz？因为风机在低于15kHz的PWM频率下会发出人耳可闻的“滋滋”声，20kHz接近人耳听觉上限，噪音基本听不到。同时20kHz对MOS管的开关损耗也不大，是一个比较均衡的选择。

定时器时钟是72MHz，要输出20kHz，只需要做一次分频：72MHz除以3600等于20kHz。所以我设置预分频PSC=0，自动重载值ARR=3599，输出比较寄存器CCR就是占空比。占空比从0到100%对应CCR从0到3599。三档风速我分别取占空比30%、60%、90%，睡眠模式取20%，这样既保证最低转速能维持空气循环，又不会出现电机堵转。

PWM初始化代码大致如下：

void PWM_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); // PA0复用为TIM2_CH1 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 3600 - 1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 1800; // 初始50%占空比 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); } void Fan_SetDuty(uint16_t duty) { TIM_SetCompare1(TIM2, duty); }

这里有个常见错误：定时器的时钟来自APB1，APB1预分频如果不设置，默认就是72MHz。如果你改过RCC的时钟树配置，一定要用SystemInit默认的72MHz主频设置，否则PWM频率计算会出错。我调试时遇到过PWM频率变成18kHz的情况，查了半天发现是时钟树配置被改过。

3.3 ADC采样、DMA与PM2.5计算

粉尘传感器的输出电压要经过ADC转换变成数字量。STM32F103的ADC是12位分辨率，采样范围0到3.3V。我使用ADC1的通道1，对应PA1引脚，采样模式配置为连续转换加DMA循环搬运。

DMA的作用是让ADC自动把采样结果搬运到内存数组里，CPU不需要每次转换完都进一次中断。我在内存里放了一个32个元素的数组，DMA循环填充，主循环里定时对这32个数做平均滤波，这样能有效压低传感器输出中的随机噪声。

ADC和DMA的初始化核心配置如下：

#define ADC_BUF_SIZE 32 uint16_t adc_buf[ADC_BUF_SIZE]; void ADC_DMA_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); // PA1模拟输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // DMA1通道1搬运ADC1数据 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)adc_buf; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_BUF_SIZE; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); }

传感器输出电压和PM2.5浓度的换算，这里要特别说明。GP2Y1010AU0F的输出电压和粉尘浓度近似线性，但不同批次、不同环境下传感器的基准电压和灵敏度都有差异。资料代码里我留了一个宏定义做换算，默认按浓度=(输出电压-0.6V)*200计算，单位ug/m3，输出电压低于0.6V按0处理。这只是给调试用的参考值，真正要做到比较准，必须拿标准粉尘源做两点校准。如果你只是做样机演示，这个换算关系完全够用。

ADC采样还有一个硬性要求：传感器LED脉冲和ADC采样时序要配合。GP2Y1010AU0F的LED脉冲宽度0.32ms，必须在LED点亮之后的280us左右去采样，得到的才是有效的浓度对应电压。这部分如果传感器模块已经集成了驱动电路，就不用自己操心时序；但如果买的是裸传感器，就必须在程序里控制LED脉冲和采样间隔。资料里的代码用的是传感器模块，所以主循环直接读AD值就行。

3.4 OLED显示与按键扫描

OLED显示驱动本身不复杂，SSD1306的初始化代码网上到处都是。我讲两个容易忽略的细节。第一，I2C通信时序要稳定，建议把I2C时钟频率控制在400kHz以内，STM32F103的I2C外设跑400kHz没有问题。第二，OLED的刷新频率不用太高，每秒刷新几次就够，而且不要在主循环里刷一整个屏幕，那样占用时间太多。我采用的方式是：数据变化的时候才更新对应的区域，通过设置显示坐标，只更新变化的部分。这样主循环的CPU占用率很低，可以腾出时间做别的事。

按键扫描用10ms定时中断来做。每次进入中断，读取四个按键的GPIO电平，放入一个状态缓冲区，然后通过边沿检测判断是短按还是长按。我实现的逻辑是：

• 短按：按键按下时间小于1秒，释放时触发一次按键事件
• 长按：按键持续按下超过1秒，触发一次长按事件

这样功能键、开关机键就可以区分短按和长按的操作。比如开关机键短按是开机/关机，长按是进入睡眠模式。这种交互逻辑在实际产品里很常见，代码实现也不复杂。

3.5 模式控制与状态机

空气净化器的状态，我定义成4种：待机、手动、自动、睡眠。整机运行的核心就是一个状态机，状态切换条件来自按键事件和PM2.5浓度。

手动模式最直接：用户按下风速+或风速-，程序把档位值在1、2、3之间循环，然后调用Fan_SetDuty设置对应的占空比。

自动模式是重点。我设定两个阈值：PM2.5小于35ug/m3判定为优，风机转低档；35到75ug/m3为良，转中档；大于75ug/m3转高档。这个阈值参考了空气质量标准，实际可以根据产品定位调整。自动模式下的档位变化不是瞬时的，我加了一个防抖逻辑——连续3次检测都超过阈值才切换档位，避免浓度在阈值附近时风机频繁变速。

睡眠模式的逻辑稍微特殊一点：风机固定20%占空比，OLED背光调暗或者直接关掉显示，所有按键的LED指示灯也熄灭。这样夜间运行时不会产生光污染。

定时关机我放在主循环里处理，倒计时结束直接进入待机状态，关闭风机和紫外灯，同时OLED显示关机画面。时间基准用的就是定时器10ms中断里累计出来的秒数，不开额外定时器。

代码的模块化程度再强调一下：主循环只负责调度，具体逻辑都在各模块文件里。这五六个模块文件看下来，整个控制逻辑是清晰可见的。后面如果要加空气质量历史曲线、手机APP控制，都是在现有框架上扩展，不需要重写底层。

4. PCB设计：布局、布线到打样

4.1 布局分区思路

PCB布局我采用的是功能分区法，整板分成四个区域：电源区、电机驱动区、主控区、接口区。分区的核心原则是强弱分离——大电流、高频开关的电路，跟小信号模拟电路必须拉开距离。

电源区放在板子一角，包含DC输入端子、防反接二极管、DC-DC芯片、LDO和对应的滤波电容。电机驱动区紧挨着电源区，因为风机电流就是从电源轨直接来的。主控区放在板子中间，STM32F103、晶振、复位电路、去耦电容、SWD接口都在这里。接口区分布在板子边缘，包括OLED接口、传感器接口、按键接口、蜂鸣器接口。

为什么要这样分？因为风机驱动线上的电流是脉冲式的，会产生很强的电磁干扰，如果主控区和驱动区混在一起，ADC采样和I2C通信很容易被干扰。实际测试时我发现，驱动区靠近传感器接口的话，PM2.5数值会周期性跳动，频率和PWM频率吻合，把分区拉开之后问题就消失了。

4.2 布线规则与层叠方案

这个项目用两层板就能搞定，不需要上四层。两层板的关键是地平面的完整性。

布线规则我按电流大小来定宽度。12V电源输入线和风机供电线，至少1.5mm宽，最好能到2mm。5V电源线至少1mm宽。3.3V电源线0.5mm以上。信号线0.25mm到0.3mm都行。不要小看这条规则，很多板子打样回来一开风机就重启，就是电源线太细、压降太大导致的。

晶振布线要特别注意：晶振引脚的两根线走短走直，并且尽量包地处理，即晶振底下铺一圈地铜，周围不要走其它信号线。我见过有人在晶振旁边走了一根PWM信号线，结果系统时钟总是不稳定，时好时坏，最后查出来就是干扰问题。

粉尘传感器的模拟信号线从接口到ADC引脚之间，走的线要短，旁边不要走数字信号线。可以在传感器信号线上串联一个100Ω电阻，引脚处再加100nF电容到地，组成一个低通滤波器，能滤掉一部分高频干扰。

过孔的使用也有讲究。电源引脚必须打两个以上过孔连接到另一层的电源网络，单过孔在大电流下电阻偏大。地过孔越多越好，因为过孔是连接顶层和底层地铜的关键通道，数量少了地平面就不完整。

4.3 出图打样前的检查清单

出Gerber文件之前，我强烈建议过一遍下面这些检查项，都是实战中攒下来的经验：

• 检查所有的封装焊盘和实际元器件尺寸是否一致。电容电阻的封装比较容易看错，0603和0805差一个数量级，用卡尺量一下最保险。
• 检查DC输入端的极性。防反接二极管的方向一旦画反，上电瞬间就烧板。
• 检查晶振两个负载电容是否都接到GND。很多人只画一个电容，导致晶振起振困难。
• 检查MOS管的D极和S极有没有接反。接反的话PWM怎么调风机都不转，因为体二极管把电流直接旁路了。
• 检查丝印是否压住焊盘。压在焊盘上的丝印会影响焊接，尤其是表贴器件。
• 检查定位孔的机械层是否正确。如果用AD画，定位孔建议放在机械层1；如果用立创EDA，直接用板框工具画孔就行。
• DRC检查必须零错误。间距、线宽、钻孔尺寸、开路短路，一个都不能放过。

打样的时候，我的建议是选嘉立创这类常规工艺，板厚1.6mm，铜厚1盎司，绿油白丝印，下单前看一眼板子尺寸，控制在数量价优惠范围内。打样回来先不要急着焊全套芯片，我习惯先焊电源部分，确认3.3V、5V正常之后再焊MCU和相关电路。这样如果电源出问题，不会把主控芯片烧掉。

5. 调试实录与问题排查

5.1 下载与启动问题

打样回来第一件事就是下载程序。最常见的现象是KEIL提示“No target connected”或者“Cannot access target”。排查顺序我总结成四个步骤：第一，量MCU的VDD是不是3.3V，地是不是真的连通；第二，量NRST复位引脚，正常应该是高电平，如果是低电平说明复位电路有问题或者芯片进入了复位状态；第三，确认BOOT0是低电平，如果悬空或者被拉到高电平，芯片会从系统存储器启动而不是用户Flash，程序自然跑不起来；第四，确认SWD的四根线有没有接对——SWDIO、SWCLK、GND、VCC，少一根都没法下载。

还有一个不太容易想到的地方：SWD占用的是PA13和PA14，如果你在程序里把这俩引脚配置成了普通GPIO输出，那程序第一次下载后，第二次就下载不进去了。解决办法是在工程里把SWD的两个引脚配置为复用功能，或者下载时按住复位键不放，等KEIL连接上之后再松手。

5.2 风机不转或者风速不受控

风机不转先别急着怀疑程序。首先把PWM占空比设成100%，也就是直接把输出拉高，看风机转不转。如果还不转，问题在驱动电路或者风机本体，和程序无关。

用万用表量MOS管的D极和S极电压：如果D极一直是12V，说明MOS管没有导通，检查栅极电压有没有被拉到高电平，如果栅极电压正常但MOS管不导通，大概率是封装接反了。如果D极一直是0V，说明电源没到风机，检查供电线路和续流二极管有没有焊反。续流二极管焊反的典型现象是上电就发热，甚至直接烧MOS管。

风速不受控的问题，多出现在PWM配置上。用示波器看PA0输出波形，如果没有波形，检查GPIO是否配置成了复用推挽输出，TIM2的时钟是否已经使能。有波形但占空比不变，那可能是软件里改的寄存器和实际输出不是同一个通道，比如初始化的是TIM2_CH1，设置比较值的时候却用了TIM_SetCompare2。

5.3 PM2.5数值跳变

ADC采样数值跳变是空气净化器调试里最烦人的问题，因为它可能由好几个因素叠加导致。我第一次调的时候，PM2.5显示值在0到500之间疯狂跳动，电机一开数值就乱飞。

排查步骤：先关掉风机，看读数是否稳定。如果关掉风机就稳定，那说明是电机PWM干扰串到了传感器的模拟信号上，这时候要在传感器输出加滤波电容，同时检查传感器和电机驱动的走线间距。如果关掉风机读数还是跳，那问题在ADC配置或者传感器供电上，用万用表量传感器VCC是不是稳定的5V，再看ADC的采样时间是不是太短。GP2Y1010AU0F输出阻抗较高，ADC采样时间至少要配置到239.5个周期，不能默认用最短采样时间。

还有一点是软件上的：滑动平均滤波的窗口大小会影响数据平滑程度和响应速度。窗口太小噪声压不住，窗口太大浓度变化半天才反映出来。我实测下来32个点的窗口比较合适，更新频率1Hz，折中效果最理想。

5.4 常见问题速查表

我把调试过程中遇到比较典型的问题整理成一个速查表，方便你对照排查：

个人体会

整套资料啃完、板子跑起来之后，我最大的感触是：空气净化器这个项目麻雀虽小五脏俱全，它把一个嵌入式产品开发最核心的几件事——需求拆解、资源分配、外设编程、PCB设计、整机调试——全部过了一遍。你做完这个项目之后，再做其它小家电或者物联网设备，基本上就是套用这套框架换传感器、换执行器的事。我建议拿到资料后不要急着改代码，先把原理图从电源到MCU从头到尾看一遍，再对照代码里每个外设的初始化逻辑，最后看PCB每个元件的摆放位置。三样东西串起来之后，你对这套系统的理解才算是完整的。后面如果想把产品做智能化，给MCU加一个WiFi模块或者蓝牙模块，通过串口协议和手机小程序通信，STM32F103这边只需要预留一个USART接口，控制框架完全不用大改。这就是我常说的，先把底子打扎实，后面怎么扩展都顺手。

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