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电动牙刷方案开发,智能电动牙刷MCU单片机控制方案
类别:产品新闻 发布时间:2025-08-12 13:49:43 浏览人数:19653

传统牙刷只负责“刷”,电动牙刷负责“刷得好”。如果再往前一步,它应该“刷得准、刷得省、刷得有趣”。辉芒微MCU的出现,让“有趣”这件事不必用高昂的成本换取——一颗芯片就能把电机、灯、声音、无线充、蓝牙全部串起来,还能留一半Flash给产品经理继续“加戏”。



辉芒微MCU为什么合适


    ? 电机控制亲儿子:自带多路PWM、硬件死区互补输出,直接驱动H桥,省去外围驱动IC。

    ? 低功耗三连:运行<2 mA、睡眠<1 μA、唤醒<5 μs,电动牙刷可以“躺”一个月不掉电。

    ? 丰富内存:64 KB Flash + 8 KB SRAM,放进一个精简版蓝牙协议栈和刷牙数据缓存毫无压力。

    ? 车规级抗干扰:浴室里的吹风机、剃须刀一起开,MCU也不“晕车”。

系统架构:让牙刷“长脑子”


    ┌-------------┐
    │  无线充电   │  5 V/1 W
    └------┬------┘
    │ VBUS
    ┌-------┐   ┌----┴-----┐   ┌---------┐
    │锂电3.7│←─→│  辉芒微  │←─→│H桥驱动  │
    │ V 200 │   │   MCU    │   │  MOSFET │
    └-------┘   └----┬-----┘   └----┬----┘
    ▲         │              │
    │NTC      │I2C/SPI       │PWM
    └---------┴------┬-------┴-----┐
    │  BLDC电机   │
    └-------------┘
    +LED RGB +蜂鸣器 +霍尔位置 +按键

硬件设计三板斧


a) 电源拓扑


无线接收线圈→整流→5 V LDO→锂电充电IC→系统3.3 V DCDC。
辉芒微MCU自带Battery Monitor,省掉独立电量计。

b) 电机驱动


用MCU的高级定时器TIM1输出互补PWM,驱动H桥;电流采样电阻+运放→ADC做闭环恒力矩。

c) 传感&交互


? 霍尔:检测刷头转速,闭环补偿。
? NTC:贴在电池旁,0 ℃以下禁止充电。
? RGB LED:3路PWM,呼吸、流水、警示三合一。
? 蜂鸣器:无源压电片,一路PWM出和弦提示音。

软件框架:从裸机到“轻智能”


Bootloader(4 KB) → APP(40 KB) → Data区(20 KB)


    ? 裸机事件总线:1 ms SysTick分发,按键、充电、霍尔、BLE事件统一入队。
    ? 分层驱动:BSP→DRV→APP,把电机、LED、电量、BLE抽象成C++对象,移植无痛。
    ? 离线数据:刷牙时长、压力、换区次数→打包成32字节记录,存Flash循环队列,手机连上即同步。



特色功能拆解


无级振动闭环


目标转速30 000 rpm,霍尔每转一圈反馈8个脉冲。MCU在1 ms内计算实时转速→PID→PWM占空比,稳速误差<1 %。

30秒换区提醒


在APP里可设“4象限”或“6象限”。软件用软定时器+蜂鸣器短促和弦“滴-滴”提示,LED环闪蓝光。

无线充+电量计


使用Qi 5 W接收器,MCU检测Vrect>4.5 V即进入充电任务:

? CC阶段:恒流200 mA,电池电压4.2 V截止。

? LED呼吸红灯→绿灯。


电量计:开路电压法+卡尔曼滤波,误差<5 %。

离线刷牙报告


每次刷完牙MCU把数据写入Flash,手机靠近后BLE广播“FAST DFU”模式,3秒完成20条记录同步。

低功耗与续航的平衡术


    ? 运行模式:MCU 8 MHz + 电机PWM 24 kHz → 全速功耗≈250 mW,2分钟耗电≈8.3 mWh。

    ? 待机模式:关闭电机、LED,保留RTC+BLE广播,睡眠电流<20 μA,理论待机>6个月。

    ? 动态调频:空载时MCU降至1 MHz,振动强度>90 %时瞬间拉满。
    安规与认证:少走弯路

    ? CE/UL:无线充需做EMC和SAR预扫,电机PWM在24 kHz避开广播频段。

    ? 防水:整机IPX7,按键用一体硅胶,充电线圈区域灌胶+防水透气膜。

    ? 电池:选带NTC、PTC双重保护的14500,过充、过放、短路三重保险。

开发、调试、量产一条龙


    ? 开发板:辉芒微官方EVB+电机驱动子板,十分钟跑通“Hello Vibration”。

    ? 调试:SWD接口预留5针,J-Link RTT日志+逻辑仪看PWM波形。


    ? 量产:


    ① PCBA测试:电机空转10 s,LED全亮全灭,BLE广播检测。
    ② 整机老化:45 ℃ 4小时+振动循环,验证电池胶壳不鼓包。
    ③ 校准:每支牙刷写入“空载转速-占空比”曲线,PID参数一键烧录。



彩蛋:把OTA留给下一代


    Flash尾部预留8 KB双分区OTA区,BLE支持“断点续传”。产品经理下一版想加“AI语音提醒”?直接在APP里把固件推送到牙刷,刷完牙自动重启升级,用户无感。

结语


电动牙刷正在从“家电”变成“个护IoT入口”?;悦⑽CU以恰到好处的集成度、超低功耗和电机控制基因,让开发者用最少的外围、最低的BOM做出差异化体验。用一颗“芯”刷出未来,其实比你想象的更简单。

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