个人电子类作品集2017~2020
挑选本科时期的十件电子作品，以时间先后排序整理，展示自己从使用开发板+成品模块参加校内竞赛开始，逐渐掌握开发技能的过程。带有【实用】标签的作品都是根据真实需求设计的，能够解决一些现实问题。每件作品都从背景、任务、行动、结果四个维度作简要说明。
目录
【竞赛】视频播放器 单片机播放《Bad Apple》，为参加校内电子竞赛制作，入坑作品。
SD卡读写/LCD12864液晶屏
【实用】寝室暖气改造计划 将寝室内的水暖片改为主动散热，提高冬天室温
DS18b20室温+水温检测/LCD12864屏幕/EEPROM用户设置存储/PWM+MOSFET风扇转速控制/DC-DC降压
【实用】RFID门禁系统 手机（手环）NFC或饭卡代替寝室钥匙，刷卡进门
RC522 RFID读卡器/OLED屏幕/EEPROM卡片授权管理/H型电桥电机驱动/直线电机
【实用】摇表器 用智能手表刷步数，解决了微信步数太少，又不想出门跑步的问题
减速电机/H型电桥
【实用】实验室Wi-Fi门禁系统 手机不支持NFC没关系，能连Wi-Fi就能开门
ESP8266 Wi-Fi模块/推拉式电磁铁/直线电机/H型电桥
【探索】RC充放电ADC 尝试搭建积分型ADC电路，让不支持ADC的单片机能够测量电源电压
【课设】太阳能计算器 使用超级电容+太阳能电池板作为电源的简易计算器
矩阵键盘/LCD1602液晶屏
【实用】数控电压源 工位没有直流稳压电源，自己做一个
LM2576T DC-DC降压电路/DAC/X9C103数字电位器
【课设】蓝牙体温计 将MAX30205的stm32驱动移植到51平台并开源
MAX30205高精度体温传感器/PW02蓝牙串口透传模块
【课设】贮水式热水器 实现进水控制、加热、水温水位检测、市电电压检测功能
低压直流水泵/非接触式液位传感器/DS18b20温度传感器/电热棒/ZMPT107电压互感器
正文
1.【竞赛】视频播放器 2017年5月 入坑作品
背景：参加校内电子产品设计竞赛，第一次接触单片机，做出像样的东西就算成功。
任务：制作一个简易“视频播放器”，播放《Bad Apple》。
行动：用51单片机开发板、SD读卡器模块、12864液晶屏和几个按键做了一个简易“视频播放器”，模块之间使用杜邦线连接。SD卡为FAT格式，将预先转换为8位数组的《Bad Apple》视频拷贝至SD卡内再插入读卡器模块，单片机通过SPI协议与读卡器通信，读出SD卡内的数组并将内容显示在屏幕上。4个按键对应“播放/暂停”、“重播”、“快进”、“快退”功能。
踩坑：开发过程中遇到屏幕只能显示1/4画面的问题，如图所示：
分析原因为STC89C52单片机内存不足，12864屏幕共有8192个像素，至少需要1KB内存才能一次显示整个画面，解决办法是更换大内存的单片机STC89C58RD+，最终成品效果如图所示：
结果：初赛大一分组第一名（获决赛资格），决赛三等奖。成品模块+杜邦线+开发板的组合实在简陋，实用性也不高，决赛比不过高年级学生的作品算是情理之中。
2.【实用】寝室暖气改造计划 2017年10月 第一个实用作品
背景：学校宿舍冬天平均每天供暖时长不足10小时，实在太冷，需要想办法提高水暖片的利用率，从而提升室内温度。
任务：改造宿舍的被动式取暖器，在供暖时段用风扇吹暖气片，无供暖时段以及夜间关闭风扇，避免噪音扰民。
行动：将5个支持PWM调速的风扇用胶枪固定在木条上，风扇阵列长度与暖气片相当，如图所示：
使用两个DS18b20数字温度传感器分别检测环境温度和暖气管道水温。编写单片机程序，当水温超过30℃且室温未达目标温度时启动风扇，目标温度可以使用按键或手机红外遥控器修改。风扇使用场效应管模块驱动，支持单片机输出PWM波进行风扇调速。液晶屏用于显示当前室温、目标温度、暖气水温、风扇转速。
踩坑：
① 12864屏幕功耗较高，初版方案采用7805线性稳压管将12V电源降至5V为屏幕供电，发热量很大。后期改用DC-DC降压模块供电。
② 刚开始买的风扇不支持PWM调速，占空比小于90%就不转了，后来换了台式机用的机箱风扇解决问题。
结果：冬天门窗关闭的情况下，室内平均温度相比隔壁寝室提高6~10℃，成品工作展示：
3.【实用】RFID门禁系统 首次使用I2C OLED屏幕、RC522 RFID模块、EEPROM、IAP下载。第一次制作PCB
背景：有时候出门忘带钥匙，碰上宿管阿姨不在岗，会被拦在宿舍门外，需要开发一种不用钥匙也能进门的电子产品。
任务：开发一款能够免钥匙开门的产品，要求能够使用饭卡或手机/手环NFC隔着门玻璃解锁。为了尽可能保证安全，不得使用指纹、密码键盘等需要将电路暴露在门外的解锁方式。
行动：使用直线电机、H桥电机驱动、RFID读卡器、干簧管等零部件制作了一套门禁系统，该系统从墙上的USB口取电。开门逻辑：当RFID读卡器检测到已授权的IC卡或NFC标签，主控板驱动直线电机正转，用棉线拉开门闩；当干簧管门磁电路检测有人推开门，主控驱动电机反转，门闩在锁芯内部弹簧的推动下复位。授权逻辑：在门的内侧通过按键进入授权系统，该系统能够使用STC12C5A60S2内置EEPROM存储20张卡片信息，根据OLED屏幕提示选中一个空槽位后将卡片靠近读卡器，听到蜂鸣器发声、屏幕显示卡号即完成授权。
为了方便调试，程序中加入了IAP下载功能，当单片机串口接收到下载命令时会自动复位到ISP区进入烧录模式，无需手动上电复位。
踩坑：
① 初版方案使用减速电机，行程不可控，速度慢且容易拉断线，后来改成固定行程的直线电机。
② 直线电机功率较高，墙插上的USB口直驱会触发断电保护，解决方案是为加入一块高倍率锂电池单独为电机服务。
结果：经过一次改版修复问题后，这套系统工作了两年，受到了室友的一致好评，一直运行到学校搬迁前拆除，功成身退。系统工作状态如图所示：
4.【实用】摇表器
背景：微信步数太少，又懒得自己走，想到上一个作品（RFID门禁）初版方案淘汰下来的减速电机没处用，不如拿来做个能摇晃智能手表/手环的东西刷步数。
任务：设计制作一个摇表器，要求能够摇晃手表/手环以达到欺骗计步器的目的。
行动：在减速电机输出轴上用胶水固定了一截木条，用STC15F104W+H形电桥驱动减速电机正反转，手表/手环可以挂在木条上随着电机运行前后摇摆。元器件焊接在洞洞板上，系统使用Micro USB供电。
踩坑：初版电机驱动电路使用三极管分立元件搭建，电路发热量大，没出实验室就烧坏了，后来改成集成式电机驱动模块。
结果：成品效果如图所示：
5. 【实用】实验室Wi-Fi门禁系统 首次使用ESP8266
背景：有了寝室RFID门禁系统（作品序号3）的经验，尝试给自己所在的创新实践中心206实验室门闩也做个改造，实现免钥匙开门。
任务：由于实验室门比较厚，RFID无法穿透，因此要求系统在检测到用户连接上门禁系统发射的Wi-Fi热点后打开门锁。
行动：与RFID门禁系统（作品序号3）类似，使用直线电机开锁方案。ESP8266固件使用LUA编写，设计功能为创建一个名为“pit206门”的Wi-Fi热点，当用户使用密码连接到热点时立即踢出该用户，同时向单片机发送开门指令。
踩坑：初版方案使用推拉式电磁铁（下图所示）初始行程吸力不足，拉不动门闩，换成与之前作品相同的直线电机后解决。
结果：不完美，系统偶尔不听使唤，推测是ESP8266与单片机通信电路设计问题导致有时单片机接收不到开门指令。时间临近考研初试，没有改版修复。
6.【探索】RC充放电ADC 对ADC工作原理的探索
背景：尝试使用STC15F104W（不带ADC）实现锂电池电源电压测量功能
任务：设计积分型ADC电路，要求能够测量3.3V~4.2V电压值
行动：搭建了一个简易RC充放电电路，如图所示：
STC15F104W引脚电平从低到高有一个翻转电压阈值，在2~3V之间。将P3.2设置为高阻输入、P3.3推挽输出，P3.3输出高电平经过电阻限流后给电容充电，同时开始计时，P3.2口的电压会随着电容电压上升在某一时刻超过翻转电压触发中断，通过换算充电时间就能得到系统电源电压，实现ADC功能。
结果：通过万用表校准，该电路能够测量作为电源的锂电池电压，并通过LED指示灯告知用户当前电量。
7.【课设】简易计算器 首次使用超级电容和太阳能电池板
背景：课设。
任务：使用单片机、矩阵键盘、LCD1602屏幕、太阳能电池板、超级电容制作一台简易计算器。
行动：实现功能的过程很简单，这种项目网上一搜一大片，直接拿来用即可。电路设计时使用5V稳压管消耗多余能量防止电容过充。
结果：实现了太阳能充电，但由于单晶硅太阳能电池板弱光性能差、程序没有加入省电设计，室内使用效果不佳，太阳底下给电容充满电拿到室内1分多钟就会用尽。此后所有的移动电子产品都做了低功耗优化。
8.【实用】数控电压源 首次使用数字电位器、DAC。首次脱离成品模块搭建DC-DC电路
背景：创新实践中心社团的实验室比较简陋，工位上没有直流稳压电源，移动电子产品开发过程中的电池欠压保护测试难以进行。
任务：设计一款简易数控电源。
行动：通过查阅网络资料，决定设计两套方案，一是使用LM2576T DC-DC降压电路+单片机控制X9C103数字电位器改变Feedback引脚上的电阻分压策略，二是使用同款降压电路+单片机DAC。系统采用路由器12V DC电源供电，输出5V、3.3V两组固定电压以及一组可调电压。
结果：两套方案均实现了要求，使用数控电源能够模拟锂电池电压下降的过程。
9.【课设】课程设计-蓝牙体温计 首次尝试驱动移植
背景：课设。
任务：使用MAX30205高精度体温传感器+STC8G1K17单片机制作蓝牙体温计
行动：当时网上搜MAX30205只能找到arduino和stm32的驱动，没有51内核的驱动程序，因此这项课设的主要任务是驱动移植。MAX30205通信方式为I2C，以stm32平台上的驱动程序为基础，照着STC官方I2C例程修改每个函数，使其符合STC8G1K17硬件I2C接口的使用要求。经过调试，单片机成功接收传感器发送的温度信息。之后在电路中加入鹏为物联PW02蓝牙串口透传模块，让体温计能够将数据发送到手机APP。
结果：作品满足课设要求，但由于没有内置锂电池充电电路，作为实际产品使用并不方便。在CSDN公开代码供学习交流，顺便薅一些下载资源用的积分，百度搜索关键词“max30205 51”，第一条结果就是这项课设作品的代码下载页。成品展示：BV1uZ4y1W7JB
10.【课设】课程设计-贮水式热水器 首次使用电压互感器测量市电电压
背景：课设
任务：设计一款贮水式热水器，要求实现进水控制、加热、水温水位检测功能
行动：进水控制功能使用5V低压直流水泵实现（实际使用时水龙头有水压，应使用电磁阀控制进水），水泵使用单片机+NMOS管控制。加热功能由220V交流电热棒实现，使用单片机+继电器控制。水温检测使用防水金属外壳封装的DS18b20，直接投入水中获取水温。水位检测由3个非接触式液位传感器实现，传感器贴在水箱外部，位置分别对应低、中、高三个预设水位。
用户可以通过按键和屏幕与热水器交互。该作品拥有简易的UI界面，实现了多级菜单功能，可以设置目标水温、目标水位，并通过EEPROM保存在单片机内，下次通电时也能根据用户先前的设定开始工作。控制逻辑为：当前水位低于目标水位，启动水泵进水；当水位超过干烧下限且水温低于目标温度，启动电热棒加热，电热棒控制程序有滞回比较功能，防止频繁通断浪费继电器寿命。
除了课设的基本要求以外，作品还加入了市电电压检测功能，使用ZMPT107电压互感器和外围电路实现，将0～220V（有效值）交流电压转换成0～3.8V（峰峰值）的交流电压，接在单片机的ADC管脚。单片机每隔1ms采样一次，对于50Hz工频交流电，相当于每个周期采样20次。采样获得的最大值（波峰电压）经过线性换算、消抖等数据处理，就能得到电源电压有效值。
结果：作品满足课设要求，成品展示：BV1Je411W7ok
结语
本科时期的作品大量运用成品模块，自己设计的电路部分比较简单，部分作品没有保留成品照片和展示视频。下一篇专栏将会介绍本科毕业后设计制作的十件电子产品，全部为【实用】作品，基于真实需求开发，在产品外观、电池续航、硬件成本等方面有明显提升。
