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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(guān)，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(shè)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(guān)里面那個吸塵器的推桿開關(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)這么簡單地一個功能，于是內(nèi)部采用CH32V103、霍爾編碼器，振動馬達驅(qū)動等外設(shè)構(gòu)建了一個具有開關(guān)/線性控制，力感反饋推桿，通過自定義USB TYPE-C接口和HID協(xié)議，實現(xiàn)了對電腦的開關(guān)機、音量控制、鼠標/鍵盤/搖桿模擬、甚至可以針對不同應(yīng)用實現(xiàn)快捷鍵等功能。

    我認為一個想法要有完整的設(shè)計，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現(xiàn)，后面又設(shè)計并打樣了PCB和機械結(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(gòu)如下圖所示：

   作為一個推桿，編碼器是必須的，為了結(jié)構(gòu)簡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(nèi)置多種震感波形，結(jié)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(shè)計了一個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現(xiàn)很多功能。在推桿本體中設(shè)計了兩個并聯(lián)的LED作為裝飾燈光，通過定時器可以實現(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)電腦開關(guān)機功能，最簡單的方式就是將一個開關(guān)輸出量與主機開關(guān)鍵并聯(lián)，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(xié)議，那么也就還要至少接上DM DP GND三根線，再想獲得下電腦當前開機狀態(tài)，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(tài)判斷？因為剛開機那會兒還沒建立USB連接，這個狀態(tài)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(xiàn)再新的電腦都不支持USB遠程喚醒關(guān)機了的電腦，想想也是，系統(tǒng)都關(guān)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(shè)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(shù)據(jù)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(xié)議上，而我這里用不到這些功能，就正好替代成主機開關(guān)鍵和開關(guān)機狀態(tài)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(jié)構(gòu)，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(yīng)的數(shù)據(jù)線也需要特殊處理下，才能支持開關(guān)機功能，不過上述設(shè)計好的地方就是 普通的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)。

  在構(gòu)思結(jié)構(gòu)時，最開始我設(shè)想是導(dǎo)播室里面那個切換臺的推桿，那個質(zhì)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(guān)里面夫妻變小了，在家里闖關(guān)時，需要一起拉動吸塵器的推桿，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(nèi)部堆疊，為了實現(xiàn)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(shè)計了內(nèi)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(fā)板上一顆CH32V103的芯片，所以只好給它做個心臟移植手術(shù)了：

移植好了，只是燒寫器還是需要用開發(fā)板上的：

上電測試，功能一切正常：

開發(fā)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(shè)計和程序設(shè)計如下思維導(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)板資料及上電首測這個帖子里。

由于在開發(fā)AS5600外設(shè)時，要是用IIC，本以為CH32V103的會比較好用，也看到有網(wǎng)友用起了他的硬IIC，但我經(jīng)過好久的調(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(jié)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(xiàn)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(xiàn)這個帖子里。

在開發(fā)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(tài)機修改，我構(gòu)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(shè)計的多功能推桿依靠HID協(xié)議，可以實現(xiàn)鍵盤輸出任意字符、鼠標點擊移動控制、系統(tǒng)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(fā)板通過IIC協(xié)議讀取AS5600數(shù)據(jù)，并通過串口顯示，可以看到能夠讀到是否有磁鐵，轉(zhuǎn)動角度數(shù)據(jù)。

  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(diào)節(jié)： 作為一個推桿，最基本的操作了！