快充：支持主流快充协议，如USB Power Delivery (PD)和Qualcomm Quick Charge。输出功率至少18W，以确保设备能快速充电。
降暑：炎炎夏日，没有风扇怎么生活，风速可调节，噪音控制良好，提供清凉体验。
温湿度监控：置高精度温湿度传感器，实时监测环境数据。
大功率电源：使用高效电源模块，提供多种电压输出，具备多重保护机制，保证安全稳定。
语音控制：高精度识别率，确保在嘈杂环境中也能准确识别指令。

方案设计

1. 硬件系统结构图

在本设计中，硬件系统包含STM32F103C8T6单片机最小系统、SW3526充电芯片最小系统、反激开关电源模块、ST7735彩屏显示相关数据和ASRPRO离线语音模块。

图3.1 硬件系统结构图

1. 单片机最小系统

STM32F103C8T6的单片机最小系统。包括了复位电路、晶振电路、电源排针等单片机工作必要的外围电路，且把常用的引脚全部引出，方便研发人员将本方案嵌入到开发中。本最小系统兼容STM32F103C8T6、STM32F103CBT6等LQFP-48封装的单片机芯片。

图3.2 STM32F103C8T6最小系统引脚分配图

图3.3 STM32F103C8T6芯片实物图

3.2.1 SW3526充电电路

SW3526 是一款高集成度的多快充协议充电芯片，支持 C 口或 A 口输出，其集成了 3.5A 高效率同步降压变换器，支持 PPS/PD/QC/AFC/FCP/SCP/PE/SFCP 等多种快充协议以及 CC/CV 模式。外围只需少量的器件，即可组成完整的高性能多快充协议充电解决方案。

图3.4 SW3526充电电路图

图3.5 SW3526充电芯片实物图

3.2.2 差分电流采集电路

差分放大电路的优点就是具有很高的共模抑制比，就共有的成分都被减掉了，剩下的就是两端的电压差并进行放大，这对于小信号的检测也是可以的。

Uo=(UI2-UI1)Rf/R

图3.6 差分电流采集电路图

采样电路计算过程

此处以STM32和FPGA计算为例子：

STM32电流采样计算

STM32的ADC是12位的，参考电压为3.3V，使用的芯片为INA240A1，采样电阻的阻值为0.05Ω，AD采样的值为2651，那么实际上流经板载的电流为多少？

FPGA电流采样计算

FPGA的ADC是10位的，参考电压为1V，使用的芯片为INA240A1，采样电阻的阻值为0.01Ω，AD采样的值为765，那么实际上流经板载的电流为多少？

3.2.3 大气压检测芯片电

BMP280是一款专为移动应用设计的绝对气压传感器。传感器模块装在一个非常紧凑的封装中。它的小尺寸和低功耗允许在电池供电的设备，如手机，GPS模块或手表的实施。作为其前身BMP180, BMP280基于博世久经考验的压阻压力传感器技术，具有高精度和线性度，以及长期稳定性和高EMC鲁棒性。众多的设备操作选项提供了最高的灵活性，以优化有关功耗，分辨率和滤波器性能的设备。为开发人员提供了一组经过测试的默认设置，例如用例，以便使设计尽可能简单。

图3.7 大气压传感器电路图

3.2.4 温湿度传感器

AHT20，新一代温湿度传感器在尺寸与智能方面建立了新的标准：它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚SMD 封装，底面 3 x 3mm ，高度1.0mm。传感器输出经过标定的数字信号，AHT20，新一代温湿度传感器在尺寸与智能方面建立了新的标准：它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚SMD 封装，底面 3 x 3mm ，高度1.0mm。传感器输出经过标定的数字信号，标准 I2C 格式。

AHT20 配有一个全新设计的 ASIC专用芯片、一个经过改进的MEMS半导体电容式湿度传感元件和一个标准的片上温度传感元件，其性能已经大大提升甚至超出了前一代传感器的可靠性水平，新一代温湿度传感器，经过改进使其在恶劣环境下的性能更稳定。

每一个传感器都经过校准和测试，在产品表面印有产品批号。由于对传感器做了改良和微型化改进，因此它的性价比更高，并且最终所有设备都将得益于尖端的节能运行模式。。

图3.8 温湿度传感器图

3.2.5 风扇驱动电路

驱动风扇电路采用MOS管作为驱动器。通过PWM信号的高电平控制MOS管导通时间，调节风扇供电。占空比越高，风扇转速越快。。

图3.9 风扇驱动电路图

3.2.5 电源电路

前级电路一个开关机电路，但是MOS管未到没有使用。防反接电路用于保护电路接反损坏。Π型滤波降低开关电源纹波。

图3.11 电源前级电路图

通过XL1509-ADJ将24V输入将为12V,用于风扇电源。XL1509是一款高效降压型DC-DC转换器，固定150KHz开关频率，可以提供最高2A 输出电流能力，具有低纹波，出色的线性调整率与负载调整率特点。XL1509内置固定频率振荡器与频率补偿电路，简化了电路设计。 PWM控制环路可以调节占空比从 0~100%之间线性变化。内置使能功能、输出过电流保护功能。当二次限流功能启用时，开关频率从150KHz降至50KHz。内部补偿模块可以减少外围元器件数量。

图3.12 XL1509降压电路图

通过LM2596-ADJ将24V输入将为5V,用于USB3和语音模块电源。LM2596-ADJ系列稳压器是为降压开关稳压器提供所有有效功能的单片集成电路，能够驱动 3A 的负载，并且拥有出色的线路和负载调节性能。这些器件可提供 3.3V、 5V、12V 固定输出电压和可调节输出电压版本。这类稳压器不仅需要很少的外部元件，而且简单易用，还具有内部频率补偿和固定频率振荡器。 LM2596 系列在 150kHz 的开关频率下运行，因此采用的滤波器组件可比更低频率的开关稳压器所需的组件尺寸更小。可采用具有多种不同引线折弯选项的标准 5 引脚 TO-220 封装。

图3.13 LM2596-ADJ降压电路图

通过RT9193-3.3将5V输入将为3.3V,用于单片机电源和屏幕电源。RT9193-3.3是针对无线射频应用的性能需求和空间考虑而设计的产品，具有极低的噪声和静态电流消耗。即使是工作在直通状态下，其电流消耗也只有轻微的增加，可有效延长电池使用时间。它可与低 ESR 陶瓷电容配合稳定工作，对空间需求极低，这对掌上型无线应用至关重要。RT9193 在关机模式下仅消耗低于 0.01μA 的电流，启动过程时长短于 50μs。它具有极低的电压差、高输出电压精度、电流限制保护和高纹波抑制比，可以SC-70-5、SOT-23-3、SOT-23-5、WDFN-6L 2x2 和 MSOP-8 等封装形式供货。