聚豐項目 > 基于CH32V103的多功能推桿
“創意源于生活，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，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》第一關里面那個吸塵器的推桿開關，結構中采用阻尼器/滾珠軸承等器件，使其非常具有質感和手感。功能上我構思不能只有電腦開關這么簡單地一個功能，于是內部采用CH32V103、霍爾編碼器，振動馬達驅動等外設構建了一個具有開關/線性控制，力感反饋推桿，通過自定義USB TYPE-C接口和HID協議，實現了對電腦的開關機、音量控制、鼠標/鍵盤/搖桿模擬、甚至可以針對不同應用實現快捷鍵等功能。
zhanglu1012
zhanglu1012
團隊成員
煲仔鹵煮 Developer
我認為一個想法要有完整的設計，不能只停留在開發板上，所以在前期我使用開發板完成了軟件功能的實現，后面又設計并打樣了PCB和機械結構，把開發板上僅有的一枚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行介紹。
首先是硬件部分，整體的硬件架構如下圖所示：
作為一個推桿，編碼器是必須的，為了結構簡單而不失分辨率性能，我選擇了12bit分辨率的AD5600線性旋轉霍爾傳感器，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和線性馬達作為力反饋，DRV2605內置多種震感波形，結合線性馬達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，我設計了一個DRV2605帶燈的微觸開關，微觸開關的開關量，結合搖桿的線性控制量可以實現很多功能。在推桿本體中設計了兩個并聯的LED作為裝飾燈光，通過定時器可以實現呼吸燈效果。
在對推桿如何連接電腦這塊，我思考了很久，為了讓推桿能夠實現電腦開關機功能，最簡單的方式就是將一個開關輸出量與主機開關鍵并聯，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，再想獲得下電腦當前開機狀態，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連接狀態判斷？因為剛開機那會兒還沒建立USB連接，這個狀態不可靠啊），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，都說現再新的電腦都不支持USB遠程喚醒關機了的電腦，想想也是，系統都關了，USB通訊也建立不起來啊，（當然也是有部分電腦可以通過BIOS加載USB設備來啟動，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，標準Type-C接口有24P，其中包含兩組USB3.x的差分數據線，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、快充協議上，而我這里用不到這些功能，就正好替代成主機開關鍵和開關機狀態讀取功能，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構，這部分電路如下圖所示：
整個硬件原理圖如下圖所示：
layout并打個樣板：
當然，定義了Typr-c的接口，對應的數據線也需要特殊處理下，才能支持開關機功能，不過上述設計好的地方就是 普通的數據線接上推桿，也可以進行HID通訊，不妨礙USB的功能；特殊處理過的數據線也可以當做普通的USB Type-C線來用，妙哉吧~
接下來是機械結構。
在構思結構時，最開始我設想是導播室里面那個切換臺的推桿，那個質感不錯，只是感覺元素少了很多，所以就又找了找，正巧刷到《雙人成行》的游戲視頻，看到第一關里面夫妻變小了，在家里闖關時，需要一起拉動吸塵器的推桿，這推桿不正是我所設想的么！
于是以此為原型，我設計了本項目的推桿的ID，如下圖所示
光有外觀還不夠，還要有內部堆疊，為了實現柔順并有推動阻尼感，我選型了好幾款阻尼器，最終選擇了一個合適力度的，設計了內部堆疊，藍色高亮部分為阻尼器，并增加了四個滾珠軸承來減小軸上不可控摩擦，如下圖所示：
3D打印了個DEMO，試了下手感，那種順滑舒服只可意會不能言傳啊！
由于手上只有開發板上一顆CH32V103的芯片，所以只好給它做個心臟移植手術了：
移植好了，只是燒寫器還是需要用開發板上的：
上電測試，功能一切正常：
開發平臺：MounRiver Studio
硬件MCU：CH32V103R8
代碼倉庫：zealerlu/Mult-PushRod-RISCV
軟件部分的整體的功能設計和程序設計如下思維導圖所示：
軟件部分主要邏輯都體現在上面的思維導圖中。
開發環境和開發板相關介紹，寫到了【RTT大賽作品連載】CH32V103開發板資料及上電首測這個帖子里。
由于在開發AS5600外設時，要是用IIC，本以為CH32V103的會比較好用，也看到有網友用起了他的硬IIC，但我經過好久的調試，還是卡在初始化之后，總線處于busy狀態，硬件排查了信號也沒啥問題，就是不好使。換成軟IIC就直接跑通..于是就沒太糾結這個，但是軟IIC模擬時序需要微妙延時，而沁恒給的MounRiver Studio中的rtt例程里面沒有實現微妙延時，于是研究了下并寫了【RTT大賽作品連載】CH32V RTT微秒延時的實現這個帖子里。
在開發HID通訊功能時，沁恒例程包里提供了USB通訊的例程，但是沒有HID的，所以從描述符到中斷狀態機修改，我構建了鼠標鍵盤的HID庫，寫在了【RTT大賽作品連載】CH32V103 USBHID鍵盤鼠標帖子里。
本項目設計的多功能推桿依靠HID協議，可以實現鍵盤輸出任意字符、鼠標點擊移動控制、系統操作、各種軟件快捷操作等，實用性、美觀性和可玩性極高。
多功能推桿的照片：
下面分別展示本項目的功能效果：
1、將一個一對極的磁鐵貼在六角扳手一端，用CH32V103開發板通過IIC協議讀取AS5600數據，并通過串口顯示，可以看到能夠讀到是否有磁鐵，轉動角度數據。
2、開機功能展示：讓開機成為一種享受！
3、快捷鍵功能（CTRL-C CTRL-V）：讓“拿來主義”也具有形式感！
4、輔助輸入： 我就是懶得打字！
5、音量調節： 作為一個推桿，最基本的操作了！
jf_89933904： 阻尼器是哪款，能分享一下嗎
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