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【社区工程师专题系列第三期】创意源于生活,工具始于懒惰——张潞

电子发烧友论坛 2023-07-06 14:29 次阅读

社区事迹:

个人简介

张潞(论坛号:zhanglu1012),嵌入式工程师, 擅长嵌入式开发

大赛作品赏析

1. RT-Thread创新应用设计大赛
基于CH32V103的多功能推杆

项目简介:

创意源于生活,工具始于懒惰。” 在参加RTT大赛前,老婆在用电脑时和我抱怨开机键太远了,每次都要站起来才能够得到放在显示器后面的主机上的开关,十分的不方便。确实,如果主机箱放在桌子底下或者显示器后面,要开机的话要么得弯腰要么得站起来才能够到,所以为了让老婆可以坐着就把机器打开,我开始着手设计了这个多功能推杆。 整体造型外观参考了最近比较火的夫妻游戏《双人成行》第一关里面那个吸尘器的推杆开关,结构中采用阻尼器/滚珠轴承等器件,使其非常具有质感和手感。功能上我构思不能只有电脑开关这么简单地一个功能,于是内部采用CH32V103、霍尔编码器,振动马达驱动等外设构建了一个具有开关/线性控制,力感反馈推杆,通过自定义USB TYPE-C接口和HID协议,实现了对电脑的开关机、音量控制、鼠标/键盘/摇杆模拟、甚至可以针对不同应用实现快捷键等功能。

硬件说明

我认为一个想法要有完整的设计,不能只停留在开发板上,所以在前期我使用开发板完成了软件功能的实现,后面又设计并打样了PCB机械结构,把开发板上仅有的一枚CH32V103焊到了自制的PCB板上,安装到3D打印的DEMO模型中,所以比较晚才完成提交项目。接下来我将从硬件和机械两部分进行介绍。

首先是硬件部分,整体的硬件架构如下图所示:

2.png

作为一个推杆,编码器是必须的,为了结构简单而不失分辨率性能,我选择了12bit分辨率的AD5600线性旋转霍尔传感器,通过IIC与主控CH32V103相连接。

3.png

为了丝滑推感同时增加可玩性,我增加了DRV2605和线性马达作为力反馈,DRV2605内置多种震感波形,结合线性马达可以提供多种力反馈特性,也通过IIC与主控相连接。

4.png

在推杆一端,我设计了一个DRV2605带灯的微触开关,微触开关的开关量,结合摇杆的线性控制量可以实现很多功能。在推杆本体中设计了两个并联的LED作为装饰灯光,通过定时器可以实现呼吸灯效果。

5.png

在对推杆如何连接电脑这块,我思考了很久,为了让推杆能够实现电脑开关机功能,最简单的方式就是将一个开关输出量与主机开关键并联,直接控制短接就能开机了。但这也就意味着要有两根线直接与主机相连。为了让推杆和电脑还能走USB协议,那么也就还要至少接上DM DP GND三根线,再想获得下电脑当前开机状态,那就还得再接两根线到主机的POWER LED上(可能你会说,为啥不用USB连接状态判断?因为刚开机那会儿还没建立USB连接,这个状态不可靠啊),算下来这就七根线了,另外推杆模块也需要供电,要么外接电池,要么再接一个VCC到电脑上,那就需要8个线了,其中4跟可以用USB micro接口,但另外四根就很难受了。

可能你会说,为啥不用USB来启动呢?我也想到了,但是查了不少资料,都说现再新的电脑都不支持USB远程唤醒关机了的电脑,想想也是,系统都关了,USB通讯也建立不起来啊,(当然也是有部分电脑可以通过BIOS加载USB设备来启动,但我的电脑不支持。。)

所以在简洁美观性的追求下,我的目光聚焦到了USBType-C接口,标准Type-C接口有24P,其中包含两组USB3.x的差分数据线,但那个线间距是真的小啊,而且半插半帖的连接器也不好焊,所以我选择了12P的剪裁版Type-C接口,其中包括一组USB2.0的接线,一组CC控制引脚和SBU控制引脚,后面这两组引脚一般用于正反差识别、快充协议上,而我这里用不到这些功能,就正好替代成主机开关键和开关机状态读取功能,这样一个Type-C接口就搞定了8根线的需求。为了也能正反插,在中间用二极管搭了个换向处理结构,这部分电路如下图所示:

6.png

整个硬件原理图如下图所示:

7.png

电子发烧友论坛荣誉

2021年RT-Thread创新应用设计大赛二等奖

优秀工程师评语

张潞参与社区设计比赛取得优异成绩,创建个人专栏分享文章,电子发烧友社区特此制作社区工程师专题,以资鼓励。

了解更多工程师专题:https://bbs.elecfans.com/collection_454_1.html

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