智能牙刷低功耗固件与云端对接开发
项目背景
为美国口腔护理品牌商提供智能牙刷的软硬件定制开发。我们承担硬件设计（原理图、PCB Layout、器件选型、打样调试）、嵌入式固件开发、产线烧录上位机开发，并与客户云端后台完成协议对接。产品应用于专业口腔护理场景，因此客户对刷牙数据的准确性要求极高。设备采用单按键设计，通过振动电机实现多种刷牙模式，经 Wi-Fi 连接云端上报刷牙记录、检查固件升级，同时支持本地配网与状态查询。产品由电池供电，续航也是关键指标。
面临挑战
- 数据准确性是硬指标：刷牙记录的时间戳与时长必须准确、完整、不丢失，可作为专业场景下的使用依据；
- 续航与功耗：牙刷电池容量小，设备绝大多数时间必须处于深度睡眠，只能靠按键唤醒；
- 单按键交互：只有一个按键，却要完成启动 / 停止、模式切换、配网等多种操作；
- 数据不能丢：刷牙时设备不联网，需要在本地缓存记录，并在联网后完整补报；
- 配网时序：设备通过 SoftAP 与手机配网，射频切换会导致连接短暂中断，处理不好会让用户误判为「配网失败」。
解决方案
低功耗与电源管理
基于 ESP32-C3 平台，设备在非工作状态下进入深度睡眠，仅保留按键 GPIO 唤醒；充电中或电量耗尽时自动进入深睡，亏电前先给出灯光提示；电量通过 ADC 采样与分段线性拟合换算，兼顾精度与资源占用。
单按键多级交互
短按启动刷牙，5 秒内再次短按循环切换模式，5 秒后短按停止并进入上报；长按 5 秒进入配网模式。所有状态通过模式灯与 RGB 状态灯反馈，用户无需手机也能完成日常操作。
多种刷牙模式
内置 5 种刷牙模式（含 20 秒快速模式，以及清洁、清新、抛光、敏感模式），通过 PWM 配合软件定时器生成不同周期与强度的振动波形，并记忆上次使用的模式。
数据准确性：对时、缓存与补报
刷牙过程中设备不联网，因此记录以微秒级精度先行写入本地缓存（最多 64 条，超出后淘汰最旧记录）。设备联网后先完成网络对时，再把微秒时间换算为准确的时间戳，避免时间偏差影响数据可信度。所有缓存记录批量上报，只有上报成功后才清空本地记录，失败则完整保留、待下次补报，确保数据不丢失。
配网与本地接口
长按进入 AP 配网模式，设备提供本地 HTTP 接口，供手机端读取设备信息、写入 Wi-Fi 与云端配置、查询联网状态，并支持恢复出厂设置。配网时优先保证配置受理结果先返回手机端，再发起联网，避免射频切换造成的误判。
安全与云端对接
上报与 OTA 均走 HTTPS，使用服务端证书校验与 Bearer 鉴权；云端可在上报响应中下发新的配置（含证书），也可下发空值清除某项配置。
远程升级
设备在每次上报后查询 OTA 信息，有新版固件时自动下载并升级，升级结果通过灯效反馈。
量产工具：带安全烧录的上位机
除设备固件外，我们还配套开发了产线烧录上位机：
- 支持固件签名校验（Secure Boot V2）与 Flash 加密：烧录时将 Secure Boot 摘要与加密密钥写入 eFuse，防止固件被读取或篡改；烧录包同时提供明文与加密固件，按产线配置选择；
- 通过 eFuse 读取设备唯一标识，烧录完成后自动打印条码标签；
- 接入客户烧录管理后台：按品牌分配账号与烧录配额，逐台扣减并记录审计日志，防止超额生产；
- 上位机自身支持版本检查与在线更新，界面支持中英文切换。
应用价值
- 深度睡眠 + 按键唤醒，在续航与「随时可用」之间取得平衡；
- 离线缓存 + 批量上报，刷牙数据不因断网丢失；
- 单按键完成全部操作，降低硬件成本与结构复杂度；
- 配网、上报、OTA 全链路打通，后续功能可通过固件升级持续迭代；
- 通过收敛连接与对时超时、加入全链路耗时日志，明显缩短刷牙后的联网等待时间；
- 固件签名 + Flash 加密配合烧录配额管控，兼顾固件安全与产能管理。
