【二等奖】RT-Thread创新应用设计大赛作品1

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本帖最后由从前有座_山于 2022-1-25 15:09 编辑

作品名：基于CH32V103的多功能推杆

作品地址：//www.kjeong.com/project/33837

作者：煲仔卤煮

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和机械结构，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：

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。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。

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。

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：

整个硬件原理图如下图所示：

layout并打个样板：

当然，定义了Typr-c的接口，对应的数据线也需要特殊处理下，才能支持开关机功能，不过上述设计好的地方就是普通的数据线接上推杆，也可以进行HID通讯，不妨碍USB的功能；特殊处理过的数据线也可以当做普通的USB Type-C线来用，妙哉吧~

接下来是机械结构。
在构思结构时，最开始我设想是导播室里面那个切换台的推杆，那个质感不错，只是感觉元素少了很多，所以就又找了找，正巧刷到《双人成行》的游戏视频，看到第一关里面夫妻变小了，在家里闯关时，需要一起拉动吸尘器的推杆，这推杆不正是我所设想的么！

于是以此为原型，我设计了本项目的推杆的ID，如下图所示

光有外观还不够，还要有内部堆叠，为了实现柔顺并有推动阻尼感，我选型了好几款阻尼器，最终选择了一个合适力度的，设计了内部堆叠，蓝色高亮部分为阻尼器，并增加了四个滚珠轴承来减小轴上不可控摩擦，如下图所示：

3D打印了个DEMO，试了下手感，那种顺滑舒服只可意会不能言传啊！

由于手上只有开发板上一颗CH32V103的芯片，所以只好给它做个心脏移植手术了：

移植好了，只是烧写器还是需要用开发板上的,上电测试，功能一切正常：

软件说明：
开发平台：MounRiver Studio
硬件MCU：CH32V103R8
代码仓库：https://gitee.com/zealerlu/mult-push-rod-riscv
软件部分的整体的功能设计和程序设计如下思维导图所示：“创意源于生活，工具始于懒惰。”

软件部分主要逻辑都体现在上面的思维导图中。
开发环境和开发板相关介绍，写到了【RTT大赛作品连载】CH32V103开发板资料及上电首测这个帖子里。
由于在开发AS5600外设时，要是用IIC，本以为CH32V103的会比较好用，也看到有网友用起了他的硬IIC，但我经过好久的调试，还是卡在初始化之后，总线处于busy状态，硬件排查了信号也没啥问题，就是不好使。换成软IIC就直接跑通..于是就没太纠结这个，但是软IIC模拟时序需要微妙延时，而沁恒给的MounRiver Studio中的rtt例程里面没有实现微妙延时，于是研究了下并写了【RTT大赛作品连载】CH32V RTT微秒延时的实现这个帖子里。
在开发HID通讯功能时，沁恒例程包里提供了USB通讯的例程，但是没有HID的，所以从描述符到中断状态机修改，我构建了鼠标键盘的HID库，写在了【RTT大赛作品连载】CH32V103 USBHID键盘鼠标帖子里。

项目演示：
本项目设计的多功能推杆依靠HID协议，可以实现键盘输出任意字符、鼠标点击移动控制、系统操作、各种软件快捷操作等，实用性、美观性和可玩性极高。
多功能推杆的照片：

北山独狼 · 2022-2-6 18:58:00

学习学习再学习

追风2022 · 2022-3-3 10:00:54

很专业，点个赞

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