1. 使用 MPU6050 采集三轴加速度数据，用于感知风扇/电机等设备的振动状态；
2. 使用 RMS 特征值对振动强度进行量化分析；
3. 根据 RMS 阈值判断设备状态：
- NORMAL：正常状态；
- WARNING：中等偏心或轻微异常振动；
- ALARM：严重偏心或明显异常振动；
4. OLED 屏幕实时显示项目名称、RMS 数值和当前状态；
5. 上电后显示 PG Logo 开机动画，提高项目完整度和展示效果；
6. USART1 串口输出实时采样数据，方便使用 Python 工具记录 CSV 和生成曲线；
7. 当进入 ALARM 状态时，蜂鸣器触发报警；
8. 板载状态 LED 用于显示系统运行状态；
9. 通过 USB Type-C 供电，AMS1117-3.3 提供 3.3V 系统电源；
10. 通过 SWD 接口下载和调试 STM32 程序。

项目应用场景包括：单片机学习、PCB 设计练习、传感器数据采集、振动状态监测实验、开源硬件项目展示等。

主控芯片：STM32F103C8T6
主频：72MHz
传感器：MPU6050 三轴加速度/陀螺仪模块
显示屏：0.96 寸 I2C OLED，SSD1306 驱动，128×64 分辨率
通信接口：USART1，波特率 115200
调试接口：SWD，包含 3V3、GND、SWDIO、SWCLK、NRST
供电接口：USB Type-C
系统电压：3.3V
稳压芯片：AMS1117-3.3
外部晶振：8MHz
状态指示：PC13 状态 LED
报警输出：PB12 控制三脚有源蜂鸣器模块，低电平触发
I2C 总线：PB6=SCL，PB7=SDA
串口输出：PA9=TX，PA10=RX

状态判断阈值：
NORMAL：RMS < 0.05
WARNING：0.05 <= RMS < 0.15
ALARM：RMS >= 0.15

V0.4B PCB 实物测试结果：
idle 静止：平均 RMS 约 0.007，状态 NORMAL
normal_run 正常运行：平均 RMS 约 0.015，状态 NORMAL
medium_unbalance 中等偏心：平均 RMS 约 0.117，状态 WARNING
severe_unbalance 严重偏心：平均 RMS 约 0.294，状态 ALARM

测试结果表明，本项目可以较明显地区分静止、正常运行、中等偏心和严重偏心四种状态。

本项目硬件主要由电源模块、STM32 最小系统、MPU6050 传感器接口、OLED 显示接口、USART1 串口接口、SWD 下载接口、状态 LED 和蜂鸣器报警模块组成。

项目采用 USB Type-C 接口作为 5V 输入电源。Type-C 的 CC1 和 CC2 引脚各接 5.1kΩ 下拉电阻，使供电设备能够正确识别本板为受电设备。

输入 5V 经过 AMS1117-3.3 稳压芯片转换为 3.3V，为 STM32F103C8T6、OLED、MPU6050、上拉电阻和蜂鸣器模块提供电源。输入端和输出端均加入滤波电容，用于提高电源稳定性。板上设置电源指示 LED，便于确认上电状态。

建议插图：
图1：电源电路原理图

主控芯片采用 STM32F103C8T6，封装为 LQFP48。最小系统包括 3.3V 供电、VDDA 模拟电源、VBAT 供电、多个 100nF 去耦电容、8MHz 外部晶振、22pF 晶振负载电容、NRST 复位电路和 BOOT0 启动配置电路。

BOOT0 默认通过 10kΩ 电阻下拉到 GND，系统正常从 Flash 启动；需要进入系统 Bootloader 时，可以通过跳帽将 BOOT0 接到 3.3V。NRST 通过上拉电阻保持高电平，按下复位按键时拉低，实现手动复位。

建议插图：
图2：STM32 最小系统原理图

MPU6050 通过 I2C1 与 STM32 通信，其中 PB6 连接 SCL，PB7 连接 SDA。SCL 和 SDA 均通过 4.7kΩ 电阻上拉到 3.3V。

由于本项目用于振动监测，MPU6050 不建议直接固定在主 PCB 上，而是通过外接线连接，并将传感器模块固定在风扇、电机外壳或其他被测物体上。测试时需要同时固定传感器和线束，避免线束晃动影响 I2C 通信和测量结果。

OLED 模块同样使用 I2C1 与 STM32 通信，与 MPU6050 共用 PB6/PB7 总线。OLED 用于显示项目名称、RMS 数值和当前状态。V0.4B 版本中加入了 PG Logo 开机动画，上电后先显示 Logo，再进入主界面。

主界面显示内容包括：
TinyPredict
RMS 数值
Status 状态
V0.4B OLED 标识

USART1 用于输出实时数据，便于连接 USB-TTL 模块进行数据记录。PA9 为 TX，PA10 为 RX，波特率为 115200。串口输出内容包括三轴数据、RMS 值和当前状态。

后续可以使用 Python 工具读取串口数据，保存为 CSV 文件，并生成 RMS 曲线图，用于分析不同振动状态下的数据变化。

蜂鸣器使用三脚有源蜂鸣器模块，接线方式为：

VCC → 3.3V
GND → GND
I/O → PB12

该模块为低电平触发，即 PB12 输出低电平时蜂鸣器响，PB12 输出高电平时蜂鸣器关闭。当前程序在 ALARM 状态下触发蜂鸣器报警，用于提示设备存在明显异常振动。

本项目保留 SWD 下载调试接口，包含 3V3、GND、SWDIO、SWCLK 和 NRST。通过 ST-Link 可以对 STM32 进行下载和调试。V0.4B 实物测试中，ST-Link 下载验证通过，说明 STM32 最小系统和 SWD 接口工作正常。

本项目固件基于 STM32CubeIDE 开发，主要代码包含以下模块：

1. app_main.c
系统主流程，负责初始化传感器、OLED、算法和任务循环。

2. mpu6050.c / mpu6050.h
MPU6050 初始化与三轴加速度数据读取。

3. vibration_algo.c / vibration_algo.h
振动 RMS 特征计算和 NORMAL / WARNING / ALARM 状态判断。

4. oled_ui.c / oled_ui.h
OLED 显示界面，包括 PG Logo 开机动画、RMS 显示和状态显示。

5. alarm_task.c / alarm_task.h
状态 LED 和蜂鸣器报警控制。

6. ssd1306.c / ssd1306.h
SSD1306 OLED 底层显示驱动。

7. tools/
Python 串口记录和 RMS 曲线生成工具。

GitHub 开源地址：
https://github.com/eastpeak001/TinyPredict-STM32

1. MPU6050 必须固定在被测物体上，不能悬空甩动，否则线束晃动会影响 I2C 通信，导致 OLED 显示异常或数据不稳定。

2. OLED 和 MPU6050 共用 I2C 总线，接线时需要确认 SCL、SDA、3V3、GND 顺序正确。

3. 蜂鸣器模块为三脚有源蜂鸣器模块，不能直接当作两脚蜂鸣器接入。正确接线为 VCC 接 3.3V，GND 接 GND，I/O 接 PB12。

4. USB-TTL 串口连接时需要交叉连接：
PCB TX / PA9 → USB-TTL RX
PCB RX / PA10 → USB-TTL TX
GND 必须共地。

5. PCB 焊接完成后不要直接运行完整程序，应先进行电源测试、ST-Link 下载测试、LED 测试、串口测试、OLED 测试，再接入 MPU6050 和蜂鸣器。

6. Type-C 仅用于供电，本项目当前未使用 USB 数据通信。

7. 如果 ST-Link 无法连接，应先检查 3.3V 电源、SWDIO/SWCLK 接线、NRST 状态和 BOOT0 是否默认为低电平。

8. I2C 线束不宜过长，建议控制在 10cm 到 20cm，并用胶带或扎带固定。

1. 检查 PCB 裸板
检查板框、定位孔、Type-C 焊盘、STM32 焊盘和接口丝印是否正常。

2. 焊接电源模块
焊接 Type-C、AMS1117-3.3、输入输出电容、电源 LED 和 CC 下拉电阻。上电后测量 5V 和 3.3V 是否正常。

3. 焊接 STM32 最小系统
焊接 STM32F103C8T6、去耦电容、8MHz 晶振、22pF 电容、NRST 电路、BOOT0 跳帽和 SWD 接口。

4. ST-Link 下载测试
使用 ST-Link 连接 SWD 接口，下载最小测试程序，确认 PC13 LED 可以闪烁。

5. 串口输出测试
连接 USB-TTL，确认 USART1 能够输出测试信息。

6. OLED 显示测试
接入 OLED，确认 PG Logo 开机动画和主界面显示正常。

7. MPU6050 测试
接入 MPU6050，确认静止状态数据稳定，移动或振动时 RMS 数值变化明显。

8. 蜂鸣器测试
接入三脚有源蜂鸣器模块，确认 ALARM 状态下蜂鸣器能够报警。

9. 最终功能测试
分别测试 idle、normal_run、medium_unbalance、severe_unbalance 四种工况，并记录 CSV 数据和 RMS 曲线图。

图1：3D 渲染图

图2：焊接完成后的 PCB 实物图

图3：RMS 曲线图

TinyPredict V0.4B PCB Final RMS Test

图4：PCB 布线图
展示 V0.4B PCB 顶层和底层布线，包含 3.3V 电源线、I2C、USART、SWD 和晶振区域。

图5：原理图总览
展示项目的电源模块、STM32 最小系统、OLED 接口、MPU6050 接口、USART1 接口、BOOT0、NRST、状态 LED 和蜂鸣器预留接口。

V0.4B PCB 实物测试已经完成，测试结果如下：

1. 电源测试通过
USB Type-C 输入 5V，AMS1117 输出 3.3V，系统供电正常。

2. ST-Link 下载测试通过
STM32F103C8T6 可以通过 SWD 正常识别和下载程序。

3. OLED 显示测试通过
OLED 可以显示 PG Logo 开机动画、RMS 数值和状态信息。

4. USART1 输出测试通过
PA9/PA10 串口可以稳定输出实时数据。

5. MPU6050 采集测试通过
传感器固定后数据稳定，振动变化可以被 RMS 数值反映。

6. 蜂鸣器报警测试通过
ALARM 状态下，PB12 控制三脚有源蜂鸣器模块报警成功。

最终 RMS 测试数据：
idle：平均 RMS 0.007，状态 NORMAL
normal_run：平均 RMS 0.015，状态 NORMAL
medium_unbalance：平均 RMS 0.117，状态 WARNING
severe_unbalance：平均 RMS 0.294，状态 ALARM

测试结果说明系统可以有效区分正常运行、中等偏心和严重偏心状态。

GitHub 开源地址：
https://github.com/eastpeak001/TinyPredict-STM32

仓库内容包括：
1. STM32CubeIDE 工程源码；
2. README 项目说明；
3. V0.4B 测试报告；
4. 硬件接线说明；
5. Python 串口记录和 RMS 曲线工具；
6. V0.4B final CSV 测试数据；
7. RMS 最终曲线图；
8. PCB / Gerber / BOM 等硬件资料。