电子沙漏

0 目录

1. 简介
2. 原理图
3. PCB
4. 外壳
5. 物料清单
6. 成本核算
7. 代码实现
8. AT指令

1 简介

电子沙漏使用STM32F103C8T6作为主控，利用MPU6050感知当前重力方向。

• 支持使用AT指令对运行参数进行配置。
• 支持更换点阵颜色（更换LED8x8点阵屏）。
• 支持Typec接口充电（内置900mAh锂电池）。

2 原理图

3 PCB

PCB使用4层板设计，面积4.6x9.2cm，主要元器件位于背面，正面仅有LED8x8点阵屏的圆形排母座。

4 外壳

外壳设计详见github库中的4.Component部分，共设计外壳-上与外壳-上两部分，使用3D打印进行实现，利用M3铜柱进行连接。

| 元件 | 尺寸 | 体积 | 表面积 | | :-----: | :----------------: | :------: | :-------: | | 外壳-上 | 3.2 * 5.2 * 9.8cm | 17.72cm³ | 245.49cm² | | 外壳-下 | 3.45 * 5.2 * 9.8cm | 24.72cm³ | 289.86cm² |

5 物料清单

| Comment | Description | Designator | Footprint | Quantity | | ---------------- | --------------------------- | ------------------------------------------------------------ | --------------- | -------- | | 10uF | 贴片电容/MLCC电容 | C1, C2, C10, C12, C13 | C0603_M | 5 | | 100nF | 贴片电容/MLCC电容 | C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C11, C14, C15, C16, C17, C18, C19 | C0603_M | 14 | | 20pF | 贴片电容/MLCC电容 | C20, C21 | C0603_M | 2 | | 1N5819 | 肖特基二极管 | D1, D2 | SOD-323 | 2 | | TP4056 | 锂电池充电管理 | IC1 | SOIC-8_EP | 1 | | Header 5X2 | 52P接插件 | JP1 | HDR2.54-LI-2x5P | 1 | | HDR-1X2 | 2P接插件 | JP2 | XH2.54-LI-2P | 1 | | 1588A | 共阴单色LED88点阵屏 | LD1, LD2 | LED 88-32-FH | 2 | | RED | 贴片LED | LED1, LED3 | LED0603_R | 2 | | GREEN | 贴片LED | LED2 | LED0603_G | 1 | | AO3401 | P沟道 30V/4.2A | Q1 | SOT23-3N | 1 | | 1K | 贴片电阻 | R1, R3, R11 | R0603_M | 3 | | 2K | 贴片电阻 | R2 | R0603_M | 1 | | 10K | 贴片电阻 | R4, R9, R10, R14 | R0603_M | 4 | | 20K | 贴片电阻 | R5, R6 | R0603_M | 2 | | 5.1K | 贴片电阻 | R7, R8 | R0603_M | 2 | | 4.7K | 贴片电阻 | R12, R13 | R0603_M | 2 | | KCD1-101 | 1路单刀船型开关 | S1 | HDR2.54-LI-2P | 1 | | M3铜柱 | 铜柱 | SP1, SP2, SP3, SP4 | M3x20+6_N | 4 | | 3x6x5 | 3x6轻触开关 | SW1 | SW SMD-36*2.5 | 1 | | STM32F103C8T6 | STM32 ARM-based 32-bit MCU | U1 | LQFP48_N | 1 | | MAX7219 | 8位 LED驱动器 | U2, U3 | SOIC-24W | 2 | | MPU6050 | 三轴加速度+三轴陀螺仪 | U4 | QFN24-P50 | 1 | | HT7533 | LDO线性稳压芯片 | U5 | SOT89_N | 1 | | TYPE-C 2.0 -16P | USB2.0_Type-C_16Pin母座 | USBC1 | USB-C-SMD_16P | 1 | | 8MHz | 2脚无源晶振(谐振器） | X1 | OSC-5032-2P | 1 |

6 成本核算

| 类目 | 型号 | 采购总价 | 采购数量 | 采购单价 | 使用数量 | 小计 | | :------: | :--------------: | :------: | :------: | :------: | :------: | :--------: | | PCB | 四层板1.6mm厚 | ¥100.44 | 10 | ¥10.0440 | 1 | ¥10.04 | | SMT | 经济型 | ¥133.06 | 10 | ¥13.3060 | 1 | ¥13.31 | | 元器件 | STM32F103C8T6等 | ¥8.69 | 1 | ¥8.6900 | 1 | ¥46.1 | | 外壳 | 外壳（黑色树脂） | ¥9.21 | 1 | ¥9.2100 | 1 | ¥18.50 | | 固定件 | 尼龙M3固定件 | ¥6.43 | 100 | ¥0.0643 | 4 | ¥0.67 | | 锂电池 | 900mAh单节锂电池 | ¥11.00 | 1 | ¥11.0000 | 1 | ¥11.00 | | 合计 | | | | | | ¥99.63 |

7 代码实现

7.1 软件环境

IAR 9.30

STM32CubeMX 6.5.0

7.2 主要库

使用到的库位于**\eHorglass\Drivers**路径下。

| 库 | 功能 | | --------- | -------------------- | | AT | AT指令控制与应答 | | MAX7219 | 点阵屏驱动库 | | MPU6050 | MPU6050陀螺仪驱动 | | parameter | 运行参数配置库 | | Runtime | 获取代码段运行时间 | | SandMove | 砂砾运动控制核心算法 |

7.3 砂砾运动控制核心算法

算法流程图如下：

7.4 Flash使用

STM32F103C8T6共64KB内部FLASH，分为64Page，每Page为1KB。

使用前63个FLASH烧录App，最后一个FLash区域用于记录参数。

| 用途 | 地址 | 大小 | | :-------: | :---------------------: | :--: | | App | 0x08000000 - 0x0800FBFF | 63KB | | Parameter | 0x0800FC00 - 0x0800FFFF | 1KB |

最后一个FLash区域记录的参数表如下：

| 参数 | 字节数 | 格式 | 备注 | | :-------: | :----: | :----: | :--------: | | initFlag | 4 | uint32 | 初始化标志 | | sandNum | 4 | uint32 | 砂砾个数 | | frameTime | 4 | uint32 | 帧间隔时间 |

8 AT指令

支持使用AT指令修改运行参数，可以修改与砂砾个数（SANDNUM）显示帧间隔（FRAMETIME）。

指令分为查询指令与写入指令，均以“\r\n”结尾。

8.1 使用说明

使用的是STM32的USB虚拟串口实现AT指令，无需设置波特率、数据位、校验位和停止位。

使用时先打开电源开关，再将USB线插入电脑USB口，可以在串口调试助手中读取到“STMicroelectronics Virtual COM Port”的串口，如无法打开则尝试重新插拔。

8.1 查询指令

查询指令共有3条。

• AT+INFO=?
• AT+SANDNUM=?
• AT+FRAMETIME=?

这3条指令分别返回系统信息、砂砾个数与帧间隔时间。

8.2 写入指令

写入指令共有2条。

• AT+SANDNUM=num（AT+SANDNUM=64）
• AT+FRAMETIME=num（AT+FRAMETIME=150）

其中，num为正整数。对于AT+SANDNUM，num的限定值为1-64；对于AT+FRAMETIME，num的限定值为20-1000。

写入后需要重启电源。