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简介：面向医疗电子与嵌入式开发者的智能注射控速系统工程资料，以STM32为主控核心，结合电机控制、脉搏监测与LCD人机交互，实现药物注射速度的精确自动调节，适合需要学习STM32外设驱动、PWM调速及传感器信号处理的人群。压缩包为RAR格式，共225个文件、5.6MB，主要包含C源码、头文件、Keil工程配置及编译中间文件，涉及stm32f10x_tim.c、stm32f10x_adc.c、stm32f10x_i2c.c等驱动实现，以及uvprojx、uvoptx、sct等工程与链接脚本，便于直接导入开发环境查看。已有116人学习下载，工程覆盖定时器PWM生成电机调速、ADC采集脉搏信号、LCD显示及异常自动停机等关键模块，可帮助读者把握一套完整嵌入式医疗设备的代码组织方式。对于正在寻找STM32电机控制与多外设综合应用参考方案的开发者，这份源码和工程结构能提供直接可读的实践范例，适合二次开发或毕业设计扩展。

1. 智能注射控速：把“电机控制”和“患者监控”压进一颗 STM32

把注射泵跑起来只需要一个 PWM 引脚，但让它安全地完成任务，至少同时盯住三件事：电机转速、堵管状态、患者脉搏。这个基于 BH-F103 的智能注射控速系统，把 STM32 监控、电机调速和脉搏检测整合在一个 MCU 里。如果你正在准备 STM32 毕业设计，或者评估低成本输液设备的控制架构，这套方案的定时器 PWM、ADC 信号链、OLED 菜单和闭环调参逻辑都能直接移植。

工程文件里的 stm32f10x_tim.c、stm32f10x_adc.c、stm32f10x_i2c.c 正好对应这三条主线，下面按实际硬件顺序拆开每个模块。

2. 电机调速控制：PWM 生成、驱动芯片和调参思路

很多 STM32 电机驱动教程会把 PWM 初始化当成全部，但实际调试时你会发现，代码里一半错误都在驱动芯片接线和占空比换算上。本工程用定时器输出 PWM，再经过驱动芯片放大电流，最终控制注射泵电机。工程文件里的 stm32f10x_tim.c 说明使用的是标准外设库的定时器接口；驱动芯片方面，TB6612 和 AT8236 是两种最常见的方案。

2.1 电机类型和驱动芯片选型

从文件清单无法直接看到电机型号，但 STM32F103 搭配 stm32f10x_tim.c，最有可能是带霍尔编码器的有刷直流电机。用有刷电机的好处是控制简单，PWM 占空比直接对应平均电压，低速段配合编码器就可以做闭环；步进电机虽然精度高，但注射泵长时间低速运行容易失步和发热。如果选型时偏向两相四线步进电机，A4988 或 DRV8825 需要用脉冲/方向信号，而不是连续 PWM。

TB6612 的峰值电流约 1.2A，适合小型注射泵；AT8236 峰值电流有余量，且内置过流保护，适合后续升级。在需要精确控制药物注入速度的场景里，优先选择有刷直流电机加编码器，因为它的换相死区小，PWM 调速的可重复性比步进电机更容易保证。

2.2 TIM2 输出 PWM：预分频、自动重载和比较值

先给出一版标准外设库的 TIM2 初始化代码，输出脚是 PA0，对应 TIM2_CH1。如果使用 STM32CubeMX 生成 HAL 版本，第一步同样是选择定时器时钟源，然后配置预分频和自动重载值。

// 使用硬件定时器 TIM2 的 CH1 产生 PWM，PA0 输出 void Motor_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); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; // PA0 映射到 TIM2_CH1 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 72MHz / 72 = 1MHz TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1; // PWM 频率 = 1MHz / 1000 = 1kHz TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500; // 默认 50% 占空比 TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); }

预分频设置为 72 减 1，把 72MHz 系统时钟降到 1MHz 计数时钟；自动重载值设为 1000 减 1，得到 1kHz 的 PWM 输出。1kHz 对常见的有刷直流注射泵已经够用，人耳能听到一点噪音，如果觉得噪音大，可以把TIM_Period改为 100 减 1 得到 10kHz，但占空比分辨率会从 0.1% 降到 1%。PWM 频率越高，电机电流纹波越小，同时驱动芯片的开关损耗增加，所以 10kHz 是多数电机驱动的折中点。代码里的TIM_Pulse = 500只是让上电时输出 50% 占空比，实际调速时应通过TIM_SetCompare1更新比较值，不要直接修改结构体。

2.3 方向控制和占空比换算

定时器只负责占空比，电机转向由 H 桥的 IN1/IN2 决定。下面的Motor_SetSpeed把 0 到 100 的百分比换算成比较值，同时切换方向。需要特别注意，比较值使用 999 作为分母，因为定时器计数值是从 0 到 Period 的。

#define MOTOR_FORWARD 0u #define MOTOR_BACKWARD 1u void Motor_SetSpeed(uint8_t percent, uint8_t dir) { uint16_t compare; if (percent > 100) percent = 100; compare = (uint16_t)((uint32_t)percent * 999u / 100u); TIM_SetCompare1(TIM2, compare); if (dir == MOTOR_FORWARD) { GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13); } else { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13); } }

percent * 999 / 100比percent * 1000 / 100更稳妥，因为比较值等于 Period+1 时占空比会全开但波形可能翻转。GPIOB 的 12、13 脚接到 TB6612 或 AT8236 的 IN1、IN2，两个引脚同高或同低会进入刹车状态，实际接线时应避免在运行时出现。这一步也是搜索 stm32 电机驱动原理图时常遇到的问题：驱动芯片的 STBY 引脚必须拉高，否则 PWM 输入全被忽略。AT8236 的 VM 电源引脚和电机电源要分开走线，否则电机启动电流会把 MCU 供电拉低，ADC 采集会出现周期性台阶。

3. 脉搏实时监控与 ADC 信号链：滤波和峰值检测

电机控制是执行层，监控层要回答一个问题：患者状态是否正常。大多数脉搏模块输出的是模拟电压，信号幅度在 1V 左右，叠加了体动噪声和 50Hz 工频干扰。STM32F103 的 12 位 ADC 采样这个电压后，程序必须完成数字滤波、脉搏间隔识别和异常判定。工程文件里的 stm32f10x_adc.c 说明 ADC 由标准外设库直接配置，下面给出可用的完整链路。

3.1 ADC 引脚分配和初始化

这里先按模拟输出版本接线。PA1 配置为模拟输入，ADC1 时钟由 APB2 分频得到 12MHz，这是 STM32F103 的 ADC 最大时钟。采样时间选择 239.5 个周期，对高频阻抗较大的脉搏传感器更稳，代价是单次转换大约 20us，完全不影响 100Hz 采样。

void ADC_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); // ADC 时钟 = 72MHz / 6 = 12MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_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, DISABLE); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); ADC_ResetCalibration(ADC1); while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); } uint16_t Read_ADC(void) { ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); return ADC_GetConversionValue(ADC1); }

连续转换模式开启后，每次调用软件触发生成一次转换，可以避免频繁配置通道。校准步骤必须保留，否则 ADC 存在几十 LSB 的零偏，直接影响后面峰值检测的斜率阈值。如果使用 DMA 连续采样，代码会改为ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE)，并在 DMA 中断里搬数据，但单通道场景下轮询读取已经足够。

3.2 滑动平均滤波和脉搏峰值判定

ADC 原始数据在 200 到 1800 之间波动，人的脉搏波形峰值出现在心脏收缩期，在曲线上是一个快速上升沿。先用 16 点滑动平均把高频毛刺压掉，再用差分斜率识别上升沿。

#define FILTER_N 16 uint16_t ring[FILTER_N] = {0}; uint8_t ring_idx = 0; uint32_t ring_sum = 0; uint16_t MovingAverage_Filter(uint16_t raw) { ring_sum -= ring[ring_idx]; ring[ring_idx] = raw; ring_sum += raw; ring_idx = (ring_idx + 1) % FILTER_N; return (uint16_t)(ring_sum / FILTER_N); }

窗口长度 16 在 100Hz 采样率下对应 160ms 的时间常数，不会把 1Hz 的脉搏主瓣滤掉，但能压掉大部分 50Hz 工频。如果采样率改成 1000Hz，窗口要相应改成 160 个点，保持同样的截止频率。滑动平均的相位延迟大约 80ms，对脉搏间隔计算的影响可以忽略；不要用超过 10 阶的 FIR 滤波器，在 Cortex-M3 上是浪费算力。

// 峰值检测：滤波值快速上升且超过低阈值时触发一次 #define PEAK_SLOPE 8 int16_t GetPulseBPM(int16_t filtered) { static int16_t last_sample = 0; static uint32_t last_ms = 0; static uint16_t last_bpm = 0; if (filtered > 60 && filtered > last_sample && (filtered - last_sample) > PEAK_SLOPE) { uint32_t now = GetSysMs(); uint32_t interval = now - last_ms; if (interval >= 300 && interval <= 2000) { last_bpm = 60000 / interval; } last_ms = now; } last_sample = filtered; return last_bpm; }

last_ms在上电后第一次使用时应该是最近一次有效脉搏的时间，可以用一个全局标志跳过首次触发。PEAK_SLOPE设为 8，表示 16 位 ADC 每次采样的电压上升速度必须超过约 0.4mV，低于这个值视为噪声。基线漂移明显时，还可以加一个条件：滤波值超过当前基线加 20 才触发，避免手腕晃动导致误检。这样得到的 BPM 已经是稳定的心率值，下一步进入监控逻辑。

3.3 异常联锁：过速、过缓和无脉搏

得到 BPM 之后，监控逻辑很简单：高于 120 或低于 45 都触发报警，连续 3 秒没有新峰值也触发。报警动作不应该放在显示层，而是在主循环里每 50ms 检查一次标志位。

#define HR_HIGH_LIMIT 120u #define HR_LOW_LIMIT 45u uint8_t HeartMonitor_Check(uint16_t bpm, uint32_t last_beat_ms) { uint32_t now = GetSysMs(); if (bpm == 0) return 0; // 未识别到有效脉搏 if (bpm > HR_HIGH_LIMIT) return 2; // 过速 if (bpm < HR_LOW_LIMIT) return 3; // 过缓 if (now - last_beat_ms > 3000u) return 4; // 信号丢失 return 1; }

返回 2、3、4 后程序会调用Motor_Stop()，或者按策略降速。在这个医疗场景里，我通常把速度降到设定值的 20% 而不是直接停机，这样药物不会完全中断，护理人员有足够时间处理；如果是镇静类药物，直接停机更安全。这个可配置阈值最后放进 Flash，第 5 章会说到。

4. OLED 显示与按键交互：I2C 驱动和刷新策略

注射泵的人机界面不需要花哨，但刷新必须及时，操作不能阻塞主循环。工程里的 fonts.c 提供了 ASCII 和汉字点阵，stm32f10x_i2c.c 则对应 I2C 总线。与其用 1602 并口占用一堆 GPIO，0.96 寸 I2C OLED 只要两根信号线，可以直接挂到现有 PWM 和 ADC 外设旁。

4.1 用软件 I2C 驱动 SSD1306

STM32F103 的硬件 I2C 在 fast mode 下偶尔出现仲裁丢失，很多老工程师干脆用 GPIO 模拟。软件 I2C 的延时只要控制在 1us 左右，SSD1306 最大支持 400kHz，实际跑下来很稳定。关键是 SCL 和 SDA 要配置为开漏输出，并接 4.7k 上拉电阻到 3.3V。

// 假定 SCL 和 SDA 已经配置为开漏输出，SCL(x)/SDA(x) 是 GPIO 位操作宏 void SoftI2C_Start(void) { SCL(1); SDA(1); delay_1us(); SDA(0); delay_1us(); SCL(0); } void SoftI2C_Stop(void) { SCL(0); SDA(0); delay_1us(); SCL(1); delay_1us(); SDA(1); } void SSD1306_WriteCmd(uint8_t cmd) { SoftI2C_Start(); SoftI2C_SendByte(0x3C << 1); // 7 位地址 0x3C，写位为 0 SoftI2C_SendByte(0x00); // 命令模式 SoftI2C_SendByte(cmd); SoftI2C_Stop(); }

0x3C 是 SSD1306 常见 7 位地址，左移一位变成 0x78 写入。第二个字节 0x00 表示后续是命令，0x40 表示数据。如果你的 OLED 模块地址是 0x3D，把这一行改成0x3D << 1。软件 I2C 的delay_1us在 72MHz 下用 8 到 10 个空操作实现即可，不要调用 HAL_Delay，否则刷新一屏会耗掉几毫秒，电机控制中断就超时了。

4.2 显示任务：只在数值变化时写入

OLED 写一次数据虽然只有几十微秒，但整屏刷新几百字节后主循环会被拖住。我把显示拆成四个固定行：BPM、设定速度、实时速度、报警状态。每一行单独更新，只在数值变化时写入。

void Display_Task(uint16_t bpm, uint16_t set_speed, uint16_t real_speed, uint8_t alert) { static uint16_t last_bpm = 0; static uint8_t last_alert = 0xFF; if (bpm != last_bpm) { SSD1306_SetCursor(24, 0); SSD1306_ShowNumber(bpm); last_bpm = bpm; } if (alert != last_alert) { SSD1306_SetCursor(24, 3); SSD1306_ShowString(alert ? "ALERT" : "OK"); last_alert = alert; } // real_speed 变化频繁，可以用时间片每 500ms 刷新一次 }

SSD1306_SetCursor 的第一个参数是起始列，第二个参数是页地址，页高度由字体决定。这里的局部刷新会把 I2C 数据量从全屏 1024 字节降到每次约 10 字节，在 100Hz 采样下几乎不影响 ADC 和 PWM 中断。实时速度不必每次变化都写，用每 500ms 刷一次的方式反而更容易读数。

4.3 按键扫描：用边沿触发代替 delay 消抖

主循环不能为了消抖暂停几毫秒，否则电机控制会掉速。常见做法是在定时器中断里每 5ms 调用一次 Key_Scan 函数，只上报边沿事件。

uint8_t Key_Scan(void) { static uint8_t last = 0; uint8_t now = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0); uint8_t ret = 0; if (now != last) { if (now) ret = 1; // 上升沿表示按下 last = now; } return ret; }

Key_Scan 在 5ms 定时中断里执行，天然完成消抖；如果在主循环调用，需要增加一个时间戳判断。返回 1 后切换菜单项还是调整设定值，由应用层状态机决定。这里不直接操作电机，只是把事件写到全局变量，Motor_Control 任务再消费它，保证 I2C、按键和 PWM 不会互相阻塞。

5. 闭环调参：增量式 PID 和掉电保存技巧

开环 PWM 在空载和管路过长时转速差很远，注射泵真正上线必须闭环。常见做法是在电机尾部装霍尔编码器，通过 TIM3 的编码器接口读实际转速。下面给出一版在 STM32 上跑得顺的增量式 PID 参数，以及如何把设定值存到 Flash 后掉电不丢。

5.1 增量式 PID 的实现

位置式 PID 输出绝对值，一旦积分项饱和，电机要很久才能恢复。增量式 PID 的返回值是每次的 PWM 修正量，直接加到当前比较值上，天然防饱和。关键是要让每次调用周期固定，用定时中断触发 PID 计算。

typedef struct { float kp; float ki; float kd; float prev_err; float prev2_err; } IncPID; float IncPID_Update(IncPID *pid, float ref, float feedback) { float err = ref - feedback; float delta = pid->kp * (err - pid->prev_err) + pid->ki * err + pid->kd * (err - 2.0f * pid->prev_err + pid->prev2_err); pid->prev2_err = pid->prev_err; pid->prev_err = err; return delta; }

调用频率建议固定在 100Hz，这样 kp、ki、kd 的物理意义和采样周期绑定。空载启动时先用 kp=2.0、ki=0.5、kd=0.0，如果电机一阵一阵波动，再逐步加 kd 抑制超调。每次调用后必须对 PWM 比较值限幅，我一般限制在 50 到 999，小于 50 直接给 0，因为占空比太低电机根本转不动。

5.2 把设定值存进最后一页 Flash

项目文件里有 stm32f10x_flash.c，正好用于保存注射速度和报警阈值。STM32F103 的一页是 1KB，擦除前必须保证写入内容完整，否则掉电写一半会把页毁掉。下面代码把两个 16 位参数封装成半字，放在 0x0800FC00 附近。

#define CFG_ADDR 0x0800FC00 void Flash_SaveConfig(uint16_t speed, uint16_t alert_en) { FLASH_Unlock(); FLASH_ErasePage(CFG_ADDR); FLASH_ProgramHalfWord(CFG_ADDR, speed); FLASH_ProgramHalfWord(CFG_ADDR + 2, alert_en); FLASH_ProgramHalfWord(CFG_ADDR + 4, (uint16_t)(speed ^ alert_en ^ 0xA5A5)); FLASH_Lock(); }

CRC 字段用异或值代替真实 CRC 校验，读取时重新计算并与存储值比较，不一致就恢复默认。写 Flash 之前要确保GetSysMs没有在中断里调用太多 Flash 操作，否则会出现总线等待。工程里如果菜单想修改参数，先把旧值读出来，再进行擦写，避免用户在中途断电把旧参数也丢光。

调参时有一个容易忽略的细节：注射泵的管路阻力会随液面高度变化。如果只按空载调好的 PID，接上患者后实际流量会偏低。我会用注射器柱塞位移计算累计流量，与设定值比较，当误差超过 5% 时把目标速度乘一个 1.05 的系数补偿；更直接的方法是在模拟器中给负载加一个弹簧阻尼，观察 PWM 波形是否接近饱和。如果调了很久仍然震荡，优先检查编码器反馈信号是不是和电机驱动共地，而不是继续改 PID。

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