STM32智能药箱DIY全攻略：从元器件选型到APP远程监控（附完整代码）

几年前，我帮一位独居的长辈整理药箱，发现里面塞满了各种过期和未按时服用的药品，那一刻我意识到，一个简单的提醒功能背后，可能关乎着真实的健康与安全。市面上成熟的智能药箱产品要么价格不菲，要么功能固化，难以满足个性化的用药管理需求。对于嵌入式开发者和创客来说，自己动手打造一个，不仅能精确控制每一个功能细节，更是一次将物联网技术应用于实际生活场景的绝佳实践。

今天，我们就来深入探讨如何基于经典的STM32F103C8T6（俗称“蓝桥杯小蓝板”）和ESP8266 WiFi模块，从零开始构建一个功能完备的智能药箱。这个项目远不止于简单的“定时蜂鸣”，我们将重点攻克压力传感器的精准校准与温漂补偿、ESP8266在复杂家庭WiFi环境下的稳定配网与异常处理，以及如何设计一个简洁高效的手机APP进行远程监控。我会提供完整的Keil工程文件、经过验证的原理图，以及那些在数据手册里找不到的、只有踩过坑才知道的实战技巧。

无论你是想完成一个精彩的毕业设计，还是希望为家人制作一份贴心的健康礼物，这篇文章都将为你提供一条清晰、可落地的技术路径。让我们开始吧。

1. 硬件架构设计与核心元器件选型

搭建一个可靠的硬件平台是项目成功的第一步。智能药箱系统是一个典型的多传感器、多执行器、具备网络通信能力的嵌入式系统，其硬件架构需要兼顾功能、成本、功耗和开发的便利性。

1.1 核心控制器：为什么是STM32F103C8T6？

在众多MCU中，STM32F103C8T6至今仍是许多创客和学生的首选。这并非偶然，而是其在性能、资源、生态和成本之间取得了极佳的平衡。

  • 性能与资源足够：基于Cortex-M3内核，主频72MHz，对于处理传感器数据、驱动显示屏、运行轻量级协议栈（如MQTT over WiFi）绰绰有余。它拥有64KB Flash和20KB RAM，足以容纳我们相对复杂的业务逻辑和通信代码。
  • 丰富的外设接口：这是我们选择它的关键。项目需要：
    • ADC：用于读取压力传感器（HX711）的模拟量或直接读取其数字输出。
    • 多个UART：一个用于与ESP8266进行AT指令通信，另一个可以预留用于调试打印。
    • I2C：用于连接OLED显示屏、温湿度传感器（如SHT30，精度高于DHT11）。
    • GPIO：控制LED指示灯、蜂鸣器、读取按键状态。
  • 强大的生态系统：STM32CubeMX可以图形化配置引脚和时钟，生成初始化代码，极大降低底层开发难度。Keil MDK（或免费的STM32CubeIDE）提供了成熟的开发环境。网络上资料、库函数和社区支持极其丰富，遇到问题更容易找到解决方案。
  • 极致的性价比：在主流渠道，这款芯片的价格已经非常亲民，使得整个项目的BOM成本可控。

注意：如果你对功耗有极致要求（例如希望药箱仅靠电池长期工作），可以考虑STM32L系列的低功耗型号。但F103对于插电使用的药箱场景，是完全胜任且更易上手的。

1.2 传感器与执行器选型：精度与可靠性的权衡

传感器是系统的“感官”，其选型直接决定了药箱的智能化程度。

1. 药量检测：HX711压力传感器 vs. 光电传感器 药量检测是核心功能。常见方案有压力传感器和光电对管计数。

方案 原理 优点 缺点 适用场景
HX711+称重传感器 测量药品总重量，通过重量变化推算余量。 检测精度高，可感知微小的重量变化；非接触式，不干扰药品；可实现补药提醒。 成本相对较高；需要复杂的校准和温漂补偿；安装需要机械结构（托盘）。 推荐。适用于片剂、胶囊等规整药品的余量管理。
光电对管/红外计数 药品下落时遮挡光束，进行计数。 原理简单，成本低；直接得到片数，直观。 安装复杂，对药品形状、下落轨迹要求高；易受灰尘干扰；无法感知药品是否被正确取出（可能卡住）。 适用于药丸自动分拣机，在静态药箱中实现难度大。

我们选择HX711+铝合金悬臂梁称重传感器。HX711是一款专为电子秤设计的24位A/D转换器芯片，内置低噪声可编程放大器，能直接与称重传感器的桥式电路连接，通过简单的双线串行接口与MCU通信，极大地简化了设计。

2. 环境监测：SHT30温湿度传感器 药品存储对温湿度有要求。DHT11虽然便宜，但响应慢、精度低。SHT30是数字I2C接口传感器，精度高（湿度±2%RH，温度±0.2°C），响应快，且提供工业级可靠性。在代码中，我们可以设置阈值，当环境超出药品存储要求时，通过APP推送告警。

3. 人机交互：0.96寸OLED vs. LCD1602 OLED显示屏自发光、对比度高、可视角度大，且功耗极低。通过I2C驱动，仅需2根信号线，比LCD1602的并口节省大量IO。我们可以显示时间、药品余量、温湿度、WiFi连接状态等信息，界面更美观。

4. 网络连接：ESP-01S WiFi模块 ESP8266系列模块是物联网项目的“明星”。ESP-01S尺寸小巧，价格低廉，通过UART与STM32通信，使用AT指令集。我们需要让它连接家庭WiFi，并将数据上传到我们指定的服务器（可以是私有云、公有云平台如阿里云IoT、OneNET等），同时接收来自APP的指令。

1.3 电源设计：稳定是基石

系统包含数字电路（3.3V）和模拟电路（传感器可能需要5V）。建议采用5V/2A的直流电源适配器作为输入。

  • 5V转3.3V：使用AMS1117-3.3线性稳压芯片，为STM32、OLED、ESP-01S等供电。注意在电源入口和芯片电源引脚附近放置足够的滤波电容（如100μF电解电容和0.1μF陶瓷电容）。
  • 称重传感器供电：HX711模块通常需要5V供电以获得最佳性能，确保其供电稳定，噪声小，这对测量精度至关重要。
  • ESP8266供电：ESP-01S在发射数据时瞬时电流可能超过200mA，必须确保3.3V稳压电路能提供足够的电流，否则会导致模块重启或STM32复位。可以在模块的VCC引脚就近增加一个220μF的钽电容。

一份简化的元器件清单如下（仅供参考，具体可根据设计调整）：

  • STM32F103C8T6核心板（或最小系统板）
  • ESP-01S WiFi模块（带底板）
  • HX711模块 + 5kg量程悬臂梁称重传感器
  • SHT30温湿度传感器模块
  • 0.96寸 I2C OLED显示屏
  • 有源蜂鸣器
  • 轻触按键 x 3-4个（设置、确认、加、减）
  • AMS1117-3.3稳压电路相关元件
  • 5V直流电源接口
  • 洞洞板或定制PCB

2. 电路设计与PCB布局要点

对于创客项目，使用洞洞板焊接验证原型是快速有效的方法。但如果希望产品更稳定、美观，设计一块PCB是非常值得的。

2.1 关键电路模块设计

1. STM32最小系统 确保复位电路、boot启动模式选择电路（通常将BOOT0下拉接地，从主Flash启动）、8MHz晶振及其负载电容（通常20pF）正确连接。SWD调试接口（SWDIO， SWCLK）务必引出，这是下载和调试的生命线。

2. HX711与称重传感器连接 称重传感器通常有4根线：红（E+）、黑（E-）、白（S+）、绿（S-）。对应连接到HX711模块的E+、E-、A+、A-。HX711模块与STM32的连接仅需2根线：

  • DT（数据线） -> 连接至STM32的某个GPIO，如PA0。
  • SCK（时钟线） -> 连接至STM32的某个GPIO，如PA1。 HX711的VCC接5V，GND接共地。

3. ESP-01S连接 这是一个典型的UART连接：

  • ESP-01S TX -> STM32的UART_RX引脚（如PA3，对应USART2）
  • ESP-01S RX -> STM32的UART_TX引脚（如PA2，对应USART2）
  • ESP-01S VCC -> 3.3V（确保电流充足）
  • ESP-01S GND -> GND
  • ESP-01S CH_PD/EN -> 接3.3V（使能）
  • ESP-01S GPIO0 -> 悬空或上拉（工作模式），下载固件时需要拉低。

4. I2C总线连接 SHT30和OLED可以挂载在同一个I2C总线上（STM32的PB6-SCL， PB7-SDA）。记得为SDA和SCL线各接一个4.7kΩ的上拉电阻到3.3V。

2.2 PCB布局与布线注意事项

如果设计PCB，以下几点能避免很多后期调试的麻烦：

  • 电源分区：模拟部分（称重传感器、HX711）和数字部分（MCU、ESP8266）的电源走线尽量分开，在一点进行单点共地。
  • 去耦电容：在每个IC的电源引脚附近（尽可能靠近）放置一个0.1μF的陶瓷电容，用于滤除高频噪声。
  • 晶振走线：晶振电路尽量靠近MCU引脚，走线短而粗，下方避免其他信号线穿过，形成“包地”保护。
  • ESP8266天线区域：模块上的PCB天线区域下方和周围务必净空，不要铺铜或走线，这是保证WiFi信号强度的关键。

3. 嵌入式软件设计：从驱动到业务逻辑

软件是项目的灵魂。我们将采用模块化设计，确保代码清晰、可维护。

3.1 开发环境与工程搭建

  1. 安装STM32CubeMX：用于图形化配置引脚、时钟、外设，生成初始化代码框架。
  2. 安装Keil MDK-ARM：用于编写、编译和调试代码。确保安装了STM32F1的Device Family Pack。
  3. 使用CubeMX创建工程：
    • 选择MCU型号。
    • 配置时钟树，将系统时钟设置为72MHz。
    • 使能所需外设：ADC、USART2（用于ESP8266）、USART1（用于调试打印）、I2C1、几个GPIO（控制LED、蜂鸣器、按键输入）。
    • 配置GPIO引脚模式（推挽输出、上拉输入等）。
    • 生成代码，选择MDK-ARM作为工具链。

3.2 核心驱动模块编写

1. HX711驱动程序与校准 这是软件部分第一个难点。HX711的读数会受零点（空载）和满量程（标定重量）影响，且存在温漂。

// hx711.h 部分关键定义
typedef struct {
    uint32_t offset;      // 零点偏移值
    float scale;          // 比例系数 (重量/读数)
    GPIO_TypeDef* doutPort;
    uint16_t doutPin;
    GPIO_TypeDef* sckPort;
    uint16_t sckPin;
} HX711_t;

// hx711.c
// 读取原始AD值
int32_t HX711_Read(HX711_t* hx) {
    uint32_t count = 0;
    while (HAL_GPIO_ReadPin(hx->doutPort, hx->doutPin) == GPIO_PIN_SET); // 等待数据就绪

    for (uint8_t i = 0; i < 24; i++) {
        HAL_GPIO_WritePin(hx->sckPort, hx->sckPin, GPIO_PIN_SET);
        delay_us(1); // 短暂延时
        count = count << 1;
        if (HAL_GPIO_ReadPin(hx->doutPort, hx->doutPin) == GPIO_PIN_SET) {
            count++;
        }
        HAL_GPIO_WritePin(hx->sckPort, hx->sckPin, GPIO_PIN_RESET);
        delay_us(1);
    }
    // 第25个脉冲，选择下一次通道和增益
    HAL_GPIO_WritePin(hx->sckPort, hx->sckPin, GPIO_PIN_SET);
    delay_us(1);
    HAL_GPIO_WritePin(hx->sckPort, hx->sckPin, GPIO_PIN_RESET);

    // 将24位有符号数转换为32位有符号数
    if (count & 0x800000) {
        count |= 0xFF000000;
    }
    return (int32_t)count;
}

// 校准函数（需要在空载和放置已知重量砝码时调用）
void HX711_Calibrate(HX711_t* hx, float known_weight) {
    int32_t raw_zero = 0;
    int32_t raw_weight = 0;
    // 采集多次空载读数取平均，得到offset
    for(int i=0; i<10; i++) {
        raw_zero += HX711_Read(hx);
        HAL_Delay(50);
    }
    hx->offset = raw_zero / 10;

    // 提示用户放置已知重量的砝码
    // ... (通过OLED显示提示)
    HAL_Delay(3000);

    // 采集多次带载读数取平均
    for(int i=0; i<10; i++) {
        raw_weight += HX711_Read(hx);
        HAL_Delay(50);
    }
    raw_weight = raw_weight / 10;

    // 计算比例系数 scale = known_weight / (raw_weight - offset)
    hx->scale = known_weight / (raw_weight - hx->offset);
}

// 获取重量（克）
float HX711_GetWeight(HX711_t* hx) {
    int32_t raw = HX711_Read(hx);
    float weight = (raw - hx->offset) * hx->scale;
    // 可在此处添加软件滤波，如滑动平均滤波
    return weight;
}

校准流程：系统上电或通过按键触发校准模式。首先确保药箱空载，执行零点校准。然后提示用户放置一个已知重量的标准物（如一瓶未开封的、重量标识清晰的药瓶），执行满量程校准。将计算出的offset和scale保存到STM32的Flash中（需实现Flash读写函数），以后每次上电直接读取，无需重复校准。

2. ESP8266 AT指令通信与配网 第二个难点是让ESP8266稳定连接网络并处理异常。我们不能简单发送AT+CWJAP就认为万事大吉。

// esp8266.c - 简化版的配网和发送函数
typedef enum {
    WIFI_STATE_IDLE,
    WIFI_STATE_RESET,
    WIFI_STATE_CHECK_AT,
    WIFI_STATE_SET_MODE,
    WIFI_STATE_SCAN_AP,
    WIFI_STATE_CONNECT_AP,
    WIFI_STATE_GET_IP,
    WIFI_STATE_CONNECT_SERVER,
    WIFI_STATE_READY,
    WIFI_STATE_ERROR
} WifiState_t;

WifiState_t wifi_state = WIFI_STATE_IDLE;
char ssid[] = "Your_SSID";
char password[] = "Your_PASSWORD";
char server_ip[] = "192.168.1.100"; // 或云平台域名
uint16_t server_port = 8080;

void ESP8266_Task(void) {
    static uint32_t retry_timer = 0;
    static uint8_t retry_count = 0;

    switch(wifi_state) {
        case WIFI_STATE_IDLE:
            wifi_state = WIFI_STATE_RESET;
            break;

        case WIFI_STATE_RESET:
            UART_SendString(USART2, "AT+RST\r\n");
            HAL_Delay(3000); // 等待模块重启
            wifi_state = WIFI_STATE_CHECK_AT;
            break;

        case WIFI_STATE_CHECK_AT:
            UART_SendString(USART2, "AT\r\n");
            // 在UART中断中解析回复"OK"
            // 如果收到OK，则进入下一状态；如果超时，则重试或报错
            break;

        case WIFI_STATE_SET_MODE:
            UART_SendString(USART2, "AT+CWMODE=1\r\n"); // Station模式
            break;

        case WIFI_STATE_CONNECT_AP:
            sprintf(cmd_buffer, "AT+CWJAP=\"%s\",\"%s\"\r\n", ssid, password);
            UART_SendString(USART2, cmd_buffer);
            // 等待连接成功回复 "WIFI CONNECTED" 和 "WIFI GOT IP"
            // 这里需要设置一个较长的超时（如15秒）
            break;

        case WIFI_STATE_GET_IP:
            UART_SendString(USART2, "AT+CIFSR\r\n");
            break;

        case WIFI_STATE_CONNECT_SERVER:
            sprintf(cmd_buffer, "AT+CIPSTART=\"TCP\",\"%s\",%d\r\n", server_ip, server_port);
            UART_SendString(USART2, cmd_buffer);
            break;

        case WIFI_STATE_READY:
            // 连接成功，可以定期发送数据
            if(HAL_GetTick() - last_send_time > 5000) { // 每5秒发送一次
                ESP8266_SendSensorData();
                last_send_time = HAL_GetTick();
            }
            // 监听服务器下发的指令（如远程提醒、查询状态）
            ESP8266_ReceiveProcess();
            break;

        case WIFI_STATE_ERROR:
            // 错误处理，例如重试计数超过阈值后进入深度睡眠或闪烁LED报警
            retry_count++;
            if(retry_count < 5) {
                HAL_Delay(5000);
                wifi_state = WIFI_STATE_RESET; // 重试
            } else {
                // 严重错误，停止尝试
                Error_Handler();
            }
            break;
    }
}

// 在UART中断服务函数中解析AT指令回复
void USART2_IRQHandler(void) {
    char rx_char;
    if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2, UART_FLAG_RXNE)) {
        rx_char = (char)huart2.Instance->DR;
        // 将字符存入环形缓冲区
        ring_buffer_write(&uart2_rx_buf, rx_char);

        // 简单判断是否收到 "OK" 或 "ERROR"
        if(rx_char == '\n') {
            // 从缓冲区读取一行进行解析
            char line[256];
            if(ring_buffer_getline(&uart2_rx_buf, line, sizeof(line))) {
                if(strstr(line, "OK")) {
                    // 根据当前状态机状态，推进到下一状态
                    if(wifi_state == WIFI_STATE_CHECK_AT) wifi_state = WIFI_STATE_SET_MODE;
                    // ... 其他状态判断
                } else if(strstr(line, "ERROR")) {
                    wifi_state = WIFI_STATE_ERROR;
                } else if(strstr(line, "WIFI CONNECTED")) {
                    // 连接AP成功
                } else if(strstr(line, "+IPD")) {
                    // 收到服务器数据，进行解析
                    parse_server_data(line);
                }
            }
        }
    }
}

关键点：

  • 状态机：使用状态机管理连接流程，逻辑清晰，易于处理超时和重试。
  • 超时与重试：每个AT指令发送后都要设置超时。连接AP（AT+CWJAP）尤其容易因信号弱或密码错误而失败，必须有重试机制。
  • 数据解析：在UART中断中及时读取数据，放入缓冲区，在主循环或专门任务中解析，避免阻塞。
  • 断线重连：即使在READY状态，也要定期（如通过AT+CIPSTATUS）检查连接状态，一旦断线，自动触发重连流程。

3. 业务逻辑整合 在主循环中，我们需要协调各个模块：

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_USART2_UART_Init();
    MX_I2C1_Init();

    // 初始化各模块
    OLED_Init();
    HX711_Init(&hx711, GPIOC, GPIO_PIN_0, GPIOC, GPIO_PIN_1);
    SHT30_Init();
    ESP8266_Init();

    // 从Flash读取校准参数
    Load_Calibration_From_Flash();

    // 创建软件定时器，用于定时任务
    uint32_t sensor_read_tick = 0;
    uint32_t display_refresh_tick = 0;

    while (1) {
        uint32_t current_tick = HAL_GetTick();

        // 每500ms读取一次传感器
        if(current_tick - sensor_read_tick > 500) {
            current_weight = HX711_GetWeight(&hx711);
            SHT30_Read(&temperature, &humidity);
            sensor_read_tick = current_tick;

            // 判断余量是否低于阈值
            if(current_weight < weight_threshold) {
                Trigger_LowStock_Alert();
            }
            // 判断温湿度是否超标
            if(temperature > temp_max_threshold || humidity > humidity_max_threshold) {
                Trigger_Env_Alert();
            }
        }

        // 每200ms刷新一次显示（避免OLED残影）
        if(current_tick - display_refresh_tick > 200) {
            OLED_ShowInfo(current_weight, temperature, humidity, wifi_state);
            display_refresh_tick = current_tick;
        }

        // 处理按键事件（设置时间、阈值、触发校准等）
        Key_Process();

        // 运行WiFi状态机
        ESP8266_Task();

        // 处理定时服药提醒（基于RTC或软件计时）
        Check_Medicine_Reminder();

        HAL_Delay(10); // 适当释放CPU
    }
}

4. 云端与APP远程监控方案

设备端的数据需要有一个“归宿”，并能被远程查看和控制。这里提供两种主流思路。

4.1 方案选择：私有化部署 vs. 公有云平台

方案 实现方式 优点 缺点 适合人群
私有化部署 在家庭局域网内搭建一个服务器（如树莓派），运行简单的TCP/HTTP/MQTT服务端程序。ESP8266直接连接此服务器。 数据完全自主可控，无需外网；零费用；网络延迟低。 需要一台常开机的设备；需要一定的网络和服务器知识；无法在外网直接访问（需内网穿透）。 技术爱好者，注重隐私，有本地服务器。
公有云平台 使用阿里云IoT、腾讯云IoT、OneNET等平台。设备通过MQTT或HTTP协议将数据上报至平台，平台提供数据存储、可视化、告警推送等服务。 开箱即用，省去服务器运维；提供稳定可靠的服务和外网访问；功能丰富（数据可视化、规则引擎、APP SDK）。 通常有免费额度，超出后可能收费；数据存储在第三方平台。 希望快速实现、专注于设备端开发、需要稳定外网访问的用户。

对于大多数个人项目，我推荐使用公有云平台的免费套餐，它们足以支撑一个智能药箱的数据量。下面以抽象化的MQTT协议为例，说明数据流。

4.2 数据通信协议设计

我们采用轻量级的MQTT协议进行发布/订阅通信。

  • 设备主题（Topic）：
    • device/药箱ID/sensor：设备发布传感器数据到此主题。
    • device/药箱ID/status：设备发布自身状态（如在线、离线、错误）。
    • device/药箱ID/cmd：APP或云端订阅此主题，向设备发送命令。
  • 数据格式（JSON）：
{
  "id": "MED_BOX_001",
  "timestamp": 1678886400,
  "weight": 125.6,
  "temperature": 24.3,
  "humidity": 45.2,
  "battery": 95
}
  • 命令格式（JSON）：
{
  "cmd": "set_reminder",
  "time": "08:00,12:00,20:00",
  "enable": true
}

在STM32端，我们需要集成一个轻量级的MQTT客户端库（如 MQTT-C 或自己实现一个最小子集），将ESP8266作为透传模块，通过TCP连接向MQTT Broker（由云平台提供）发送PUBLISH报文和接收SUBSCRIBE的报文。

4.3 简易APP开发思路

开发一个完整的原生APP（Android/iOS）成本较高。对于个人项目，有以下更快捷的方式：

  1. 微信小程序：利用云开发能力，可以快速搭建界面，通过WebSocket或云函数调用与云端MQTT Broker通信，间接控制设备。界面友好，跨平台。
  2. Flutter/Dart：编写一个简单的跨平台APP，使用MQTT客户端库（如 mqtt_client）直接连接云端Broker。学习曲线适中，一次编写可编译到Android和iOS。
  3. 云平台配套APP：许多物联网平台（如OneNET）提供通用的官方APP，可以通过配置数据流和控件，生成简单的监控界面，无需编码。

以Flutter为例，核心代码片段可能如下：

import 'package:mqtt_client/mqtt_client.dart';

class MedicineBoxPage extends StatefulWidget {
  @override
  _MedicineBoxPageState createState() => _MedicineBoxPageState();
}

class _MedicineBoxPageState extends State<MedicineBoxPage> {
  MqttClient client;
  double currentWeight = 0.0;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    _connectToMqtt();
  }

  void _connectToMqtt() async {
    client = MqttClient('tcp://your-broker-url', 'flutter_client');
    client.port = 1883;
    client.keepAlivePeriod = 60;

    final connMessage = MqttConnectMessage()
        .authenticateAs('username', 'password')
        .startClean();
    client.connectionMessage = connMessage;

    try {
      await client.connect();
      client.subscribe('device/MED_BOX_001/sensor', MqttQos.atMostOnce);
      client.updates.listen((List<MqttReceivedMessage<MqttMessage>> c) {
        final recv = c[0].payload as MqttPublishMessage;
        final jsonString = MqttPublishPayload.bytesToStringAsString(recv.payload.message);
        Map<String, dynamic> data = jsonDecode(jsonString);
        setState(() {
          currentWeight = data['weight'];
        });
      });
    } catch (e) {
      print('连接失败: $e');
    }
  }

  void _sendReminderCommand() {
    final builder = MqttClientPayloadBuilder();
    builder.addString(jsonEncode({
      'cmd': 'trigger_reminder_now',
      'duration': 10
    }));
    client.publishMessage('device/MED_BOX_001/cmd', MqttQos.atMostOnce, builder.payload);
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(title: Text('智能药箱')),
      body: Center(
        child: Column(
          mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.center,
          children: [
            Text('当前药量: ${currentWeight.toStringAsFixed(1)} g', style: TextStyle(fontSize: 24)),
            SizedBox(height: 20),
            ElevatedButton(
              onPressed: _sendReminderCommand,
              child: Text('手动提醒'),
            ),
          ],
        ),
      ),
    );
  }
}

5. 系统调试与优化实战

把代码烧录进去只是开始，真正的功夫在调试。

5.1 常见问题与排查

  • HX711读数跳动大：
    1. 检查电源是否稳定，尤其是传感器和HX711的5V供电。
    2. 确保称重传感器安装稳固，没有机械振动。
    3. 在代码中增加软件滤波。滑动平均滤波非常有效： 
      #define FILTER_LEN 10
float weight_buffer[FILTER_LEN] = {0};
uint8_t buffer_index = 0;

float GetFilteredWeight(float new_weight) {
    weight_buffer[buffer_index] = new_weight;
    buffer_index = (buffer_index + 1) % FILTER_LEN;
    float sum = 0;
    for(int i=0; i<FILTER_LEN; i++) {
        sum += weight_buffer[i];
    }
    return sum / FILTER_LEN;
}
    4. 在HX711的电源引脚附近增加更多的去耦电容。
  • ESP8266连接WiFi不稳定：
    1. 检查电源：用万用表测量ESP-01S VCC引脚在发射数据时的电压，不能低于3.0V。如果跌落严重，说明你的3.3V LDO功率不足或布线太细。
    2. 优化天线：确保模块天线区域远离金属外壳和大的接地铜皮。
    3. 调整AT指令延时：在发送AT+RST后，等待足够长的时间（3-5秒）再发送下一条指令。
    4. 使用更稳定的AT固件：可以考虑给ESP-01S刷写官方最新或经过验证的AT固件。
  • STM32莫名复位：
    1. 检查电源电压。
    2. 检查复位引脚是否受到噪声干扰。
    3. 检查堆栈大小是否足够，尤其是使用了printf或较深的函数调用时，可以在启动文件（startup_stm32f103xe.s）中适当增大堆栈。
    4. 注意中断服务函数中不要做耗时操作。

5.2 功耗优化（如果考虑电池供电）

如果想让药箱摆脱电源线，需要全面优化：

  1. MCU睡眠：使用STM32的Stop模式或Standby模式。在无操作时让MCU进入深度睡眠，通过RTC闹钟（定时唤醒）或外部中断（按键按下、传感器事件）唤醒。
  2. 外设断电：在睡眠前，通过MOS管或电平控制，切断OLED、ESP8266、HX711等非必要外设的电源。
  3. 间歇性连接：ESP8266仅在需要上报数据或检查命令时才上电连接WiFi，完成后立即断开并进入深度睡眠。
  4. 降低工作频率：在电池供电时，可以将系统时钟从72MHz降低到更低频率以节省功耗。

5.3 进阶功能拓展

基础功能稳定后，可以尝试增加：

  • 语音提醒：加入一个简单的语音合成模块（如SYN6288），在服药时间播放“该吃降压药了”，比蜂鸣器更人性化。
  • 人脸识别/指纹识别取药：加入一个简单的摄像头模块或指纹模块，确保只有特定用户才能打开药箱，防止儿童误食。
  • 药品信息管理：通过APP扫描药品条形码，自动录入药品名称、功效、禁忌等信息，与药箱数据关联。
  • 数据统计分析：在云端记录每次取药的时间和重量，生成服药依从性报告，可供家人或医生查看。

这个项目从硬件选型、电路焊接、驱动编写到网络通信和上层应用，几乎涵盖了嵌入式物联网开发的完整链条。过程中遇到的每一个问题，都是宝贵的经验。我提供的Keil工程和原理图，是一个经过测试的起点，但真正的乐趣和价值在于你根据自己需求进行的修改、优化和创造。当你看到自己制作的药箱成功提醒家人服药，并将数据推送到你手机上的那一刻，那种成就感远非购买一个成品所能比拟。

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