開源地址：https://github.com/ART-Badge

前言

關注 RT-Thread 的同學肯定知道，RT-Thread為了向眾多開發者展示RT-Thread的最新開發和生態建設成果，每年都會舉辦一場開發者大會（簡稱：RDC — RT-Thread Developer Conference），在 2020 年度的開發者大會上，我們 RT-Thread 給到現場的每個開發者們都發放了一個電子胸牌，胸牌的名稱起名為 ART-Bagde。另外，特此感謝在電子胸牌制作過程中REALTEK、創凌對我們的支持！

ART-Badge是什么？

首先附上兩張渲染圖↓

ART-Badge正面圖片

ART-Badge反面圖片

功能設計篇首先讓我們看一下，今年的電子胸牌比較去年款有哪些升級，增加哪些功能？

先看一下 2020 款 ART-Badge 的主要功能：

• 微信小程序使用藍牙推送開發者信息（姓名、公司職稱）
• 軟件 RTC 同步時間
• 首界面展示時間+手機推送的信息
• 兩個app demo：藍牙傳輸助手+使用說明
  

今年，我們在去年的胸牌的基礎上進行了大幅度的升級與優化，廢話不多說，下面直接貼一張功能設計和擬用技術路線的導圖↓

思維導圖

開發流程圖

概括一下，ART-Badge v2.0主要有以下新特點：

• 自主設計的電路硬件，psram 擴大為8M，電池換用300mAh鋰電池，可反復充電。
• 使用體積更小巧的 SC7A20 替換原有的 mpu6050。
• 添加了ADC采樣電路，可以采集電池電量信息。
• 整體界面煥然一新，默認采用暗黑色主題背景。
• 使用最新發布的 湃心OS V4.1開發，開發工具全新升級為基于VSCode插件模式的Persim Studio。
• 增加游戲、音樂播放器、電子相冊…等等豐富小程序 app。
• 小程序全新升級：藍牙推送用戶 、城市天氣信息。
• 支持使用最新湃心OS小程序進行二次開發。
  

結構設計篇

由于去年的電子胸牌并沒有外殼，胸牌背面的電子元器件都是裸露在空氣中的，拿到手上會有明顯的突出感，同時暴漏在空氣中容易對電容觸摸芯片產生干擾，影響用戶使用效果，再加上今年的鋰電池電路進行了調整：將紐扣電池更新為了鋰電池，不使用膠帶粘在背后無法固定。

綜上，今年的電子胸牌決定使用亞克力作為 ART-Badge V2.0 的外殼設計。

選擇亞克力作為外殼結構有幾個原因：

• 其一是該方案的“視覺極客感”最強，由于直接使用透明蓋板將PCB電路展現出來，顏值方面化繁為簡，符合審美哲學
• 其次是如果使用封閉式設計的話按鍵誤觸，鋰電池的插拔就變成需要考量的因素了，而夾層式的開放設計則在這方面完全無需擔心
• 最后一個原因是，高性價比
  
  

亞克力外殼成品

電路設計篇

RTL8762D 作為主控芯片，MCU 主頻為90MHZ，運行 RT-Thread 操作系統，并整體使用睿賽德科技的湃心穿戴OS，外擴了8M的PSRAM，以及16M 的片外 flash 。

ART-Badge 主要使用到串口（用于調試和控制臺輸出），GPIO（用于驅動按鍵、蜂鳴器和ADC采集），I2C接口（用于和板載的 SC7A20 三軸加速度傳感器通信）。

底板的PCB采用2層Layout。板載的IC主要有：

• 半反半透明屏幕，分辨率 240 X 240，顏色格式 RGB565，在關閉背光的情況下依舊能有出色的可視度。
• APS6404L-3SQR，PSRAM（動態隨機存取存儲器），用于動態加載圖形資源，8M的容量十分富裕。
• ch340e，USB轉串口芯片，也很常用，通過 USB 線把 ART-Badge 連接電腦之后，就可以直接用串口控制臺使用shell了，后面的二次開發也是使用到了串口工具 UDB 下載。
• BS814A-1，電容觸摸 IC，用于 ART-Badge 正面的按鍵交互。
• SC7A20，士蘭微出的一款高精度12bit數字三軸加速度傳感器芯片，內置功能豐富，功耗低，體積小，測量精確。
  

補充一點：為了兼顧美觀，正面是看不到走線的，（所以這是單面板？不）全部藏在屏幕背面了

PCB投板回來之后就是焊接技能施展階段了，主要用到的工具有：熱風槍、烙鐵、鑷子、錫漿、吸錫帶、助焊劑等。與直插元件不同，貼片的器件由于焊盤太小（大部分的是 0402 阻容），器件分布太密集，手工焊接采用的方法主要是風槍吹焊。

pcb焊接

進行焊接的第一步是制作鋼網，也就是器件焊盤的掩模，這個在設計好PCB之后把相關的加工文件發給廠家就可以進行激光切割制作了。

上一步貼片完成之后就需要用風槍進行吹焊回流了。吹焊溫度大概控制在250-300度，風槍的吹嘴去掉以增大風口便于均勻加熱。

軟件實現篇

硬件搞定之后就開始移植軟件啦，ART-Badge 運行的是基于 RT-Thread 的湃心穿戴 OS。

這里科普一下 湃心穿戴OS，它是一個超輕量級、已量產的產品級穿戴操作系統平臺。中間層的模塊包括 GUI 引擎、通訊組件、NFC、存儲類工具等。中上層是由 JavaScript 搭建的應用程序框架，最上層則是輕量級系列眾多的小程序。

湃心OS

湃心穿戴 OS 有幾大特色：

• GUI采用可用于MCU上的第四代柿餅 GUI，具備類 Android 界面交互，支持多點觸摸，效果更加炫酷，同時支持矢量圖形庫，具備增強的圖形處理能力。
• 小程序的開發模式。采用類微信小程序開發模式，上手極快，應用輕量級，支持應用商店，極速安裝體驗，支持多國語音。
• 提供 MVVM 應用開發框架。應用的界面開發和業務邏輯是互相解耦的，貼合前端工程師習慣。
• 跨平臺能力。軟件一次開發，即可在任一硬件 CPU、MCU 及 MPU 平臺上運行；
• 湃心穿戴 OS 還具備一些創新性的組件，如消息管理引擎（EMQ）、數據管理組件（DCM）、KVDB 及 TSDB 數據庫、DIY 開發套件。
  

軟件主要分為以下幾個模塊：

• GUI模塊（Graphical User InteRFace，圖形用戶界面），用于人與設備進行交互
• BLE模塊（Bluetooh Low Energy，語音合成），通過廣播方式與小程序連接接受信息
• audio（音頻播放解碼模塊），用于無源蜂鳴器對音樂的解碼、播放
• EMQ（Enhance Message Queue，發布訂閱式的消息隊列組件），能夠打通 C 到 JS ，JS 到 JS ，C 到 C 的消息鏈路，能夠很方便的將消息發到任意一個地方
• DCM（Data Cache Management，數據管理組件），主要用于 JS 與 C 之前數據的交互，統一管理和控制系統中的數據統，確保各模塊間數據傳輸的性能
  
  GUI 最上層的開發使用 JS 語法，這個就比較有意思了，使用過 Android Studio 的小伙伴們可能很熟悉，安卓UI的應用開發是可以進行拖拽式的，這里和柿餅UI的設計器十分相似，Persim Studio 和 Android Studio 一樣也是通過 .xml 的方式對界面進行管理。所以熟悉或者有過安卓開發的小伙伴會有莫名的親切感。
  

湃新os設計器

BLE 使用的是 RealTek自帶的藍牙協議棧，通過 BSAL 抽象層進行管理，BSAL （Bluetooth Stack Abstract Layer）軟件包是由 RT-Thread 針對不同 藍牙協議棧接口實現的，目前支持的協議棧有：nimble，realtek 等協議棧。

Audio （音頻）設備是嵌入式系統中非常重要的一個組成部分，負責音頻數據的采樣和輸出。Audio 設備通常由數據總線接口、控制總線接口、音頻編解碼器（Codec）、揚聲器和麥克風等組成。

嵌入式音頻系統組成

RT-Thread Audio 設備驅動框架是 Audio 框架的底層部分，主要負責原生音頻數據的采集和輸出、音頻流的控制、音頻設備的管理、音量調節以及不同硬件和 Codec 的抽象等。在本系統中就將蜂鳴器設備注冊到了 Audio 框架中，從而實現對蜂鳴器的開、關、音樂的解碼、播放功能。

EMQ 消息隊列具有以下功能：

• 支持一發多收。一個生產者生產消息可被多個消費者使用
• 支持多個消息綁定。一個消費者可以綁定多個不同的通道，接收不同生產者發送的消息。
• 發布消息系統開銷小，效率高。
• 不同模塊間低耦合。
• 超輕量級的整數類型消息
• 全鏈路可達
  

EMQ 運作原理

DCM 數據緩存管理框架主要功能特性：

• 支持 Value Change 模型
• 支持存取任意類型數據
• 支持多實例功能，解耦不同模塊間數據處理；
• 全鏈路打通，JS 與 C 均能訪問同一內存池
• 支持訂閱發布模型，可用于消息推送和通知
• 支持數據持久化保存功能
  

dcm_framework

在本項目中，像一些參數需要數據持久化存儲、js 端對 adc 采集電量數據的監聽、獲取屏幕亮度，小程序推送的信息等等都是用到了 dcm 組件。

結束語
看到這里你是不是對今年的電子胸牌產生了更多的期待呢？那么告訴大家一個好消息，到場參會人人都可以領取電子胸牌哦~

不論風云變幻，RT-Thread通過不斷迭代和生態的完善，與開發者共成長。Beyond.RDC 2021，我們在深圳等你！

快來報名參會領取屬于你的電子胸牌 V2.0 吧！
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