【社區(qū)工程師專題系列第三期】創(chuàng)意源于生活，工具始于懶惰——張潞

社區(qū)事跡：

個人簡介

張潞（論壇號：zhanglu1012)，嵌入式工程師, 擅長嵌入式開發(fā)。

大賽作品賞析

1. RT-Thread創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計大賽
基于CH32V103的多功能推桿

項目簡介：

“創(chuàng)意源于生活，工具始于懶惰?！?在參加RTT大賽前，老婆在用電腦時和我抱怨開機鍵太遠(yuǎn)了，每次都要站起來才能夠得到放在顯示器后面的主機上的開關(guān)，十分的不方便。確實，如果主機箱放在桌子底下或者顯示器后面，要開機的話要么得彎腰要么得站起來才能夠到，所以為了讓老婆可以坐著就把機器打開，我開始著手設(shè)計了這個多功能推桿。 整體造型外觀參考了最近比較火的夫妻游戲《雙人成行》第一關(guān)里面那個吸塵器的推桿開關(guān)，結(jié)構(gòu)中采用阻尼器/滾珠軸承等器件，使其非常具有質(zhì)感和手感。功能上我構(gòu)思不能只有電腦開關(guān)這么簡單地一個功能，于是內(nèi)部采用CH32V103、霍爾編碼器，振動馬達(dá)驅(qū)動等外設(shè)構(gòu)建了一個具有開關(guān)/線性控制，力感反饋推桿，通過自定義USB TYPE-C接口和HID協(xié)議，實現(xiàn)了對電腦的開關(guān)機、音量控制、鼠標(biāo)/鍵盤/搖桿模擬、甚至可以針對不同應(yīng)用實現(xiàn)快捷鍵等功能。

硬件說明

我認(rèn)為一個想法要有完整的設(shè)計，不能只停留在開發(fā)板上，所以在前期我使用開發(fā)板完成了軟件功能的實現(xiàn)，后面又設(shè)計并打樣了PCB和機械結(jié)構(gòu)，把開發(fā)板上僅有的一枚CH32V103焊到了自制的PCB板上，安裝到3D打印的DEMO模型中，所以比較晚才完成提交項目。接下來我將從硬件和機械兩部分進(jìn)行介紹。

首先是硬件部分，整體的硬件架構(gòu)如下圖所示：

作為一個推桿，編碼器是必須的，為了結(jié)構(gòu)簡單而不失分辨率性能，我選擇了12bit分辨率的AD5600線性旋轉(zhuǎn)霍爾傳感器，通過IIC與主控CH32V103相連接。

為了絲滑推感同時增加可玩性，我增加了DRV2605和線性馬達(dá)作為力反饋，DRV2605內(nèi)置多種震感波形，結(jié)合線性馬達(dá)可以提供多種力反饋特性，也通過IIC與主控相連接。

在推桿一端，我設(shè)計了一個DRV2605帶燈的微觸開關(guān)，微觸開關(guān)的開關(guān)量，結(jié)合搖桿的線性控制量可以實現(xiàn)很多功能。在推桿本體中設(shè)計了兩個并聯(lián)的LED作為裝飾燈光，通過定時器可以實現(xiàn)呼吸燈效果。

在對推桿如何連接電腦這塊，我思考了很久，為了讓推桿能夠?qū)崿F(xiàn)電腦開關(guān)機功能，最簡單的方式就是將一個開關(guān)輸出量與主機開關(guān)鍵并聯(lián)，直接控制短接就能開機了。但這也就意味著要有兩根線直接與主機相連。為了讓推桿和電腦還能走USB協(xié)議，那么也就還要至少接上DM DP GND三根線，再想獲得下電腦當(dāng)前開機狀態(tài)，那就還得再接兩根線到主機的POWER LED上（可能你會說，為啥不用USB連接狀態(tài)判斷？因為剛開機那會兒還沒建立USB連接，這個狀態(tài)不可靠?。?，算下來這就七根線了，另外推桿模塊也需要供電，要么外接電池，要么再接一個VCC到電腦上，那就需要8個線了，其中4跟可以用USB micro接口，但另外四根就很難受了。

可能你會說，為啥不用USB來啟動呢？我也想到了，但是查了不少資料，都說現(xiàn)再新的電腦都不支持USB遠(yuǎn)程喚醒關(guān)機了的電腦，想想也是，系統(tǒng)都關(guān)了，USB通訊也建立不起來啊，（當(dāng)然也是有部分電腦可以通過BIOS加載USB設(shè)備來啟動，但我的電腦不支持。。）

所以在簡潔美觀性的追求下，我的目光聚焦到了USBType-C接口，標(biāo)準(zhǔn)Type-C接口有24P，其中包含兩組USB3.x的差分?jǐn)?shù)據(jù)線，但那個線間距是真的小啊，而且半插半帖的連接器也不好焊，所以我選擇了12P的剪裁版Type-C接口，其中包括一組USB2.0的接線，一組CC控制引腳和SBU控制引腳，后面這兩組引腳一般用于正反差識別、快充協(xié)議上，而我這里用不到這些功能，就正好替代成主機開關(guān)鍵和開關(guān)機狀態(tài)讀取功能，這樣一個Type-C接口就搞定了8根線的需求。為了也能正反插，在中間用二極管搭了個換向處理結(jié)構(gòu)，這部分電路如下圖所示：

整個硬件原理圖如下圖所示：

電子發(fā)燒友論壇榮譽

2021年RT-Thread創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計大賽二等獎

優(yōu)秀工程師評語

張潞參與社區(qū)設(shè)計比賽取得優(yōu)異成績，創(chuàng)建個人專欄分享文章，電子發(fā)燒友社區(qū)特此制作社區(qū)工程師專題，以資鼓勵。

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