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“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(shí)和我抱怨開機(jī)鍵太遠(yuǎn)了，每次都要站起來(lái)才能夠得到放在顯示器后面的主機(jī)上的開關(guān)，十分的不方便。確實(shí)，如果主機(jī)箱放在桌子底下或者顯示器后面，要開機(jī)的話要么得彎腰要么得站起來(lái)才能夠到，所以為了讓老婆可以坐著就把機(jī)器打開，我開始著手設(shè)計(jì)了這個(gè)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(gè)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(jiǎn)單地一個(gè)功能，于是內(nèi)部采用CH32V103、霍爾編碼器，振動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等外設(shè)構(gòu)建了一個(gè)具有開關(guān)/線性控制，力感反饋推桿，通過(guò)自定義USB TYPE-C接口和HID協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電腦的開關(guān)機(jī)、音量控制、鼠標(biāo)/鍵盤/搖桿模擬、甚至可以針對(duì)不同應(yīng)用實(shí)現(xiàn)快捷鍵等功能。

    我認(rèn)為一個(gè)想法要有完整的設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)，后面又設(shè)計(jì)并打樣了PCB和機(jī)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(xiàng)目。接下來(lái)我將從硬件和機(jī)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(gè)推桿，編碼器是必須的，為了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)IIC與主控CH32V103相連接。

   為了絲滑推感同時(shí)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(guò)IIC與主控相連接。

   在推桿一端，我設(shè)計(jì)了一個(gè)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(shí)現(xiàn)很多功能。在推桿本體中設(shè)計(jì)了兩個(gè)并聯(lián)的LED作為裝飾燈光，通過(guò)定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)呼吸燈效果。

   在對(duì)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(jī)功能，最簡(jiǎn)單的方式就是將一個(gè)開關(guān)輸出量與主機(jī)開關(guān)鍵并聯(lián)，直接控制短接就能開機(jī)了。但這也就意味著要有兩根線直接與主機(jī)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(jī)狀態(tài)，那就還得再接兩根線到主機(jī)的POWER LED上（可能你會(huì)說(shuō)，為啥不用USB連接狀態(tài)判斷？因?yàn)閯傞_機(jī)那會(huì)兒還沒(méi)建立USB連接，這個(gè)狀態(tài)不可靠?。阆聛?lái)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(gè)VCC到電腦上，那就需要8個(gè)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(huì)說(shuō)，為啥不用USB來(lái)啟動(dòng)呢？我也想到了，但是查了不少資料，都說(shuō)現(xiàn)再新的電腦都不支持USB遠(yuǎn)程喚醒關(guān)機(jī)了的電腦，想想也是，系統(tǒng)都關(guān)了，USB通訊也建立不起來(lái)啊，（當(dāng)然也是有部分電腦可以通過(guò)BIOS加載USB設(shè)備來(lái)啟動(dòng)，但我的電腦不支持。。）

 

   所以在簡(jiǎn)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(gè)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(shí)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(jī)開關(guān)鍵和開關(guān)機(jī)狀態(tài)讀取功能，這樣一個(gè)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(gè)換向處理結(jié)構(gòu)，這部分電路如下圖所示：

  整個(gè)硬件原理圖如下圖所示：

layout并打個(gè)樣板：

  當(dāng)然，定義了Typr-c的接口，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線也需要特殊處理下，才能支持開關(guān)機(jī)功能，不過(guò)上述設(shè)計(jì)好的地方就是 普通的數(shù)據(jù)線接上推桿，也可以進(jìn)行HID通訊，不妨礙USB的功能；特殊處理過(guò)的數(shù)據(jù)線也可以當(dāng)做普通的USB Type-C線來(lái)用，妙哉吧~

  接下來(lái)是機(jī)械結(jié)構(gòu)。

  在構(gòu)思結(jié)構(gòu)時(shí)，最開始我設(shè)想是導(dǎo)播室里面那個(gè)切換臺(tái)的推桿，那個(gè)質(zhì)感不錯(cuò)，只是感覺(jué)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(guān)里面夫妻變小了，在家里闖關(guān)時(shí)，需要一起拉動(dòng)吸塵器的推桿，這推桿不正是我所設(shè)想的么！

  于是以此為原型，我設(shè)計(jì)了本項(xiàng)目的推桿的ID，如下圖所示

光有外觀還不夠，還要有內(nèi)部堆疊，為了實(shí)現(xiàn)柔順并有推動(dòng)阻尼感，我選型了好幾款阻尼器，最終選擇了一個(gè)合適力度的，設(shè)計(jì)了內(nèi)部堆疊，藍(lán)色高亮部分為阻尼器，并增加了四個(gè)滾珠軸承來(lái)減小軸上不可控摩擦，如下圖所示：

 

3D打印了個(gè)DEMO，試了下手感，那種順滑舒服只可意會(huì)不能言傳啊！

由于手上只有開發(fā)板上一顆CH32V103的芯片，所以只好給它做個(gè)心臟移植手術(shù)了：

移植好了，只是燒寫器還是需要用開發(fā)板上的：

上電測(cè)試，功能一切正常：

開發(fā)平臺(tái)：MounRiver Studio

硬件MCU：CH32V103R8

代碼倉(cāng)庫(kù)：zealerlu/Mult-PushRod-RISCV

軟件部分的整體的功能設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)如下思維導(dǎo)圖所示：

 

 

軟件部分主要邏輯都體現(xiàn)在上面的思維導(dǎo)圖中。

開發(fā)環(huán)境和開發(fā)板相關(guān)介紹，寫到了【RTT大賽作品連載】CH32V103開發(fā)板資料及上電首測(cè)這個(gè)帖子里。

由于在開發(fā)AS5600外設(shè)時(shí)，要是用IIC，本以為CH32V103的會(huì)比較好用，也看到有網(wǎng)友用起了他的硬IIC，但我經(jīng)過(guò)好久的調(diào)試，還是卡在初始化之后，總線處于busy狀態(tài)，硬件排查了信號(hào)也沒(méi)啥問(wèn)題，就是不好使。換成軟IIC就直接跑通..于是就沒(méi)太糾結(jié)這個(gè)，但是軟IIC模擬時(shí)序需要微妙延時(shí)，而沁恒給的MounRiver Studio中的rtt例程里面沒(méi)有實(shí)現(xiàn)微妙延時(shí)，于是研究了下并寫了【RTT大賽作品連載】CH32V RTT微秒延時(shí)的實(shí)現(xiàn)這個(gè)帖子里。

在開發(fā)HID通訊功能時(shí)，沁恒例程包里提供了USB通訊的例程，但是沒(méi)有HID的，所以從描述符到中斷狀態(tài)機(jī)修改，我構(gòu)建了鼠標(biāo)鍵盤的HID庫(kù)，寫在了【RTT大賽作品連載】CH32V103 USBHID鍵盤鼠標(biāo)帖子里。

  本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的多功能推桿依靠HID協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)鍵盤輸出任意字符、鼠標(biāo)點(diǎn)擊移動(dòng)控制、系統(tǒng)操作、各種軟件快捷操作等，實(shí)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(xiàng)目的功能效果：

    1、將一個(gè)一對(duì)極的磁鐵貼在六角扳手一端，用CH32V103開發(fā)板通過(guò)IIC協(xié)議讀取AS5600數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口顯示，可以看到能夠讀到是否有磁鐵，轉(zhuǎn)動(dòng)角度數(shù)據(jù)。

  2、開機(jī)功能展示：讓開機(jī)成為一種享受！

 3、快捷鍵功能（CTRL-C CTRL-V）：讓“拿來(lái)主義”也具有形式感！

 4、輔助輸入： 我就是懶得打字！

5、音量調(diào)節(jié)： 作為一個(gè)推桿，最基本的操作了！