描述

<h2>1、项目功能介绍</h2> <h3>1.1、设计背景</h3> 这个项目是<a href="https://oshwhub.com/tweeaakc/project_hsmgdfeo" target="_blank">十元微安表</a>的伴生物，起因是某天好兄弟 @aaaieynmri 启发了我： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/aef7829cfe2b41808989a88bd113f06b.png" alt="image.png"> <hr> 瞬间思路打开，刚好本人手里有一堆电子垃圾： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/4faccca912744e1dbb6d7736a1a1d9bd.png" alt="image.png"> <hr> 印象中CH592F刚好有LCD驱动和BLE，简直天选： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1663e58efb1c486da7da0b354f38d479.png" alt="image.png"> <hr> 结合手头的器件，我迅速做出了第一版硬件：<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/daf93ad42dc340f5aa375e3be4f35b65.png" alt="image.png"> <hr> 但在测试时，发现了以下问题： <ol> <li> 三种屏幕的引脚排布不是居中对齐的，经过无数次调整，最终测出实际应为：<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/3ac6b718de814f49bbd53c0d6319ef24.png" alt="image.png"> </li> <li> 若使用了偏上触点的屏幕，会导致外壳底部留白过多，下巴显得很大，还不能适配原装外壳。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/6393c192d4bb4de5b072ce1f66a72111.png" alt="image.png"> </li> <li> 集成三种屏幕导致走线混乱，地平面分割严重，启用 DCDC 时 BLE 广播无法接收。 </li> <li> 烧录触点的布置非标准间距，使用不便。 </li> </ol> 本着不留遗憾的想法，重新画了第二版，以上问题已全部解决，还优化了不少痛点。 <hr> <h3>1.2、项目介绍</h3> 此设计的BLE部分基于BTHOME： 是一种基于低能耗蓝牙广播的开放标准协议，只需要按照格式填写广播包，Home Assistant 这样的智能家居系统即可直接接收并解析，读出温度、湿度、电量等数值。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/d4ecc06db9ea46b58c91711e7dc9ecf5.png" alt="image.png"> <hr> LCD与外壳直接采用供体： 三个状态灯被我用来指示电量(证明不是原版) <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/ec13746674184ac0ae580bbdbe62a270.png" alt="image.png"> <hr> 详细参数： <ul> <li>典型平均电流为：7.56uA ~ 7.79uA</li> <li>极限续航预估：866 ~ 1034 天</li> <li>保守续航预估：大于 1 年</li> <li>温度测量范围：-40℃ ~ +125℃</li> <li>温度测量精度：±0.2℃</li> <li>湿度测量范围：0%RH ~ 100%RH</li> <li>湿度测量精度：±1.8%RH</li> <li>温度显示分辨率：1位小数</li> <li>湿度显示分辨率：2位小数(BLE)，整数(LCD)</li> </ul> 26.7.22更新： 经过整机实测，平均电流仅为7.01uA(±0.2uA)： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/9071924cac104177b00d46d698ea1227.png" alt="image.png"> > 测试条件：26.7℃、49%RH、LCD 3V3 1/2、DCDC、HSE_16M。 <h2>2、项目属性</h2> 本项目为原创设计，当前版本为首次公开。未参与过任何比赛或学校答辩，未获得过相关奖项。 <h2>3、开源协议</h2> 本项目 100% 开源，采用 CC BY-SA 4.0 协议。 <h3>3.1、开源范围包括</h3> <ul> <li>固件源代码</li> <li>工况能耗计算器</li> <li>续航成本计算器</li> <li>段码屏驱动生成脚本</li> <li>原理图与 PCB 设计文件</li> <li>外壳 3D 打印文件</li> </ul> <h3>3.2、协议要点</h3> <ul> <li>署名：衍生项目须注明原作者</li> <li>相同方式共享：修改后的项目须以相同协议开源</li> <li>商业使用：无限制</li> </ul> <h2>4、硬件部分</h2> <h3>4.0、温湿度测量</h3> 电子垃圾原本使用的是NTC+湿敏电阻方案，NTC在典型温区精度尚可，但湿敏电阻可以说非常糟糕了。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/fbebbf121f8c47f882752e375c8d388a.png" alt="image.png"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/f0d17d53f94740eabbcabd9c531cf2b8.png" alt="image.png"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/0ec826364e6f4352b350ed5425df0fa3.png" alt="image.png"> 上述两个元件看上去便宜，但还需要付出额外的分压电阻、驱动网络、ADC等资源。在测量时MCU耗电也是mA级别的，可以说他们存在的意义就是低成本给出一个数。 <hr> 目前更主流的方案是 数字温湿度传感器，出厂校准，高集成，低功耗： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/f556a83725a1436dae6681ef79a139e7.png" alt="image.png"> <ul> <li> 在这些型号中，最主要的差异在于能否支持低电压与低功耗。 </li> <li> CH592F 的最低工作电压是 1.7V，但 2X、3X 系列的最低电压都大于 2V。 </li> <li> 剩下的有 C3、40、41、43、45。 </li> <li> C3算是3.5代，他支持最低1.62V，还有430uA的测量功耗，但值得注意的是，他的休眠电流高达0.3uA。 </li> <li> 所以SHT40是最均衡的选择，价格也较为合理，为2元左右。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/a0eda67c9c70434bb67c55f8b82b3777.png" alt="image.png"> </li> </ul> <h3>4.1、储能电容</h3> <ul> <li>作为一个低功耗设备，电源是必须首要考虑的，我在众多开源的蓝牙温湿度计上能发现一个特点，那就是大量的储能电容，比如： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/a3bbdab6a44546b0b0e426d07c0485f4.png" alt="image.png"></li> </ul> 经过学习，此电容阵列可能来自<a href="https://oshwhub.com/azunya/ch592f-cr1220" target="_blank">@Azunya 蓝牙温湿度计</a>，但在原设计中使用的是CR1220电池。 <hr> 我们可以进行简略计算，CR1220 的截止电压为 $$2\text{ V}$$，CH592 的最低输入电压为 $$1.7\text{ V}$$。截止电压仍满足要求，即： $$V{\text{cutoff}} = 2\text{ V} ＞ V{\text{min}} = 1.7\text{ V}$$ 看着挺好，但一枚 $$2\text{ V}$$ 的 CR1220 电池在寿命末期，其内阻可能达到 $$3000\ \Omega$$ 之多，而 BLE 发射时电流峰值达 $$10\text{ mA}+$$，持续时间假设为 $$5\text{ ms}$$ 。我们将此参数带入以下瞬态电压衰减方程， $$V(t) = (V{\text{cutoff}} - I{\text{peak}} R) + I_{\text{peak}} R \cdot e^{-\frac{t}{R C}}$$ 计算后可得：$$C \ge \frac{5 \times 10^{-3}\text{ s}}{3000\ \Omega \times 0.01005} \approx 165.8\ \mu\text{F}$$ 系统至少需要一个最小有效容量为 $$165.8\ \mu\text{F}$$ 的储能电容。 此外，由于 MLCC 存在明显的直流偏置效应，我们假设衰减 $$50\%$$： $$C_{\text{effective}} \approx 47\ \mu\text{F} \times 8 \times 50\% = 376\ \mu\text{F} \times 50\% \approx 188\ \mu\text{F}$$ 可以看出其选用的 $$188\ \mu\text{F}$$ 与我们计算的 $$165.8\ \mu\text{F}$$ 属于同一数量级。 <hr> 因此也照搬了这个设计，但我马上就发现事情不对。我的待机功耗爆炸高，经过无数次的代码修改，硬件调试，最后发现是电容在漏电。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/4abb02d8d3864ef3b7d5b2e76d3f0615.png" alt="image.png"> 在电容的规格书中可以发现，绝缘电阻（$$R_i$$）与标称电容量（$$C_R$$）的乘积为 自放电时间常数 。 单位换算关系为：$$\Omega \times \text{F} = \text{s}$$。 如果代入整套并联电容的标称总容量 $$376\ \mu\text{F}$$，要求满足自放电时间常数大于 $$100\text{ s}$$，我们可以倒推出最低阻抗 $$R_i$$： $$R_i \ge \frac{100\text{ s}}{376\ \mu\text{F}} = \frac{100\text{ s}}{376 \times 10^{-6}\text{ F}} \approx 265,957\ \Omega \approx 266\text{ k}\Omega$$ 假设此时电池电压为 $$3\text{ V}$$，代入计算漏电流： $$I_{\text{leak}} = \frac{V}{R_i} = \frac{3.0\text{ V}}{265,957\ \Omega} \approx 11.3\ \mu\text{A}$$ 可以看到，这一组标称 $$376\ \mu\text{F}$$ 的电容，在规格书允许的漏电极限下能带来高达 $$11.3\ \mu\text{A}$$ 的静态电流。也许你不清楚这是什么概念，简单来说就是，漏的比用的还多。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/7f375052e8de4fa9ab6b62b34448dc67.png" alt="image.png"> 至此也带来了第一个悖论，若想续航久需要加入电容，但是加了电容又导致续航缩水，如何找到平衡点？（问题一） <hr> <h3>4.2、DC-DC</h3> CH592内置DC-DC转换，可降低功耗，并且根据规格书中的内容，其对BLE射频部分作用巨大： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/dbb8958e4fec41d9a6b31f9bc46d3620.png" alt="image.png"> <ul> <li>但需要加钱买电感电容，并且射频性能可能下降。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/6ffc56385798480d8144e73c73dd3fd4.png" alt="image.png"></li> </ul> 最关键的是，在待机状态下DCDC是不工作的，而我们设备 99% 的时间都在待机，那多花费 1-2元加入DC-DC是否划算？（问题二） <hr> <h3>4.3、能效</h3> <h4>4.3.1、LCD功耗 (HSE_16M，DC-DC_ON)</h4> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/fb0f905edd874a398a758204a39f2be9.png" alt="image.png"> <ul> <li>[1] MCU 的 LCD 控制器功耗大约是 4.3-1.1=3.2uA</li> <li>[2] LCD 的功耗大约是 6.79-4.3=2.49uA</li> </ul> <hr> <h4>4.3.2、 1V2 供电与主频 (LDO/DCDC，16M/60M）</h4> 条件限制，非同时间测试，uA 级测量影响因素极多，仅供参考。 待机的定义为 MCU 与 SHT40 都进入休眠： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/4d9c6f5ad2d0407fac8d37453bbf3dda.png" alt="image.png"> 我使用的 SHT40 来自 Nyfea(徕飞)，比起原厂来说休眠电流可能稍高。经后续对比相差不大（不如助焊剂1%）。 <hr> 测量不发的定义为 MCU 获取到温度后不进行广播、但会刷新屏幕： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/6ef45e0064ab42f48288fda6d2e5189b.png" alt="image.png"> 可以看到高主频下由于速度更快，相比 16M 耗能降低约 6% ；DC-DC 相比 LDO 降低 20% 左右。 <hr> 测量需发相比前者还需要配置 RF 相关寄存器，耗时更长： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1b42e437255849e1b164771375719e75.png" alt="image.png"> 此事件下 高主频 与 DCDC 的优势更加明显，分别降低约 12% 与 28% 耗能。 <hr> 发射与前者绑定，在当前固件为 1组10次 ，即 1 次测量需发固定会发射 10 次广播： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/d4dd0dbe38c74d0eb25305dd0b430567.png" alt="image.png"> 在发射时 DC-DC 甚至可降低 40% 耗能，与规格书相符。高主频降低 5% 左右。 <hr> 事件小结： <ul> <li>DC-DC 对于高 1.2V 耗能事件优势明显，但在待机状态无作用。</li> <li>高主频 能有效减少唤醒时间，但当 PLL 启用时，又会导致 8mA的峰值电流。</li> </ul> <hr> 在我的测试中，$$\frac{不发}{需发}$$ 大约在 30 左右： <ul> <li><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/145debc5b0a748169a5688e287928752.png" alt="image.png"></li> </ul> 若你的环境变动剧烈，可用我提供的工况计算器自行计算，假如把发射频率增大 14 倍，可以看出 DCDC 和 高主频 优势体现： <ul> <li><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/bddf3e2ad87b4796b0183c56e7592e59.png" alt="image.png"></li> </ul> <hr> 但在正常工况下，DCDC 与 高主频 优势很小，还带来了额外成本或是高峰值电流。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/c13e1a4d1b2b4ebf8e3eb02d589cb7eb.png" alt="image.png"> (此时已经很接近了，但想要回答那两个问题还需要再进一步。 <hr> <h3>4.4、成本、续航计算器</h3> 至此我们有了所有数据，可以请出我们的续航计算器了。 <h4>4.4.1、HSE_16M_DCDC 成本、续航计算</h4> 查看峰值电流情况，我将其定义为2.9mA 8mS: <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/e86a82560f1145c98997791a1de63e75.png" alt="image.png"> 将我们测试的数据填入计算器中： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/871f4722a37d49ee83aa2119e0f31b6e.png" alt="image.png"> 会自动计算出关键的性价比点、以及最大续航点： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/72409faa9161458dbb8b610403ec87f8.png" alt="image.png"> <ul> <li> 可以看出，在这个配置下，最佳性价比和最长续航是同一个，且完全不加电容。 </li> <li> 只有当低峰值电流、低待机电流，两者同时存在时才会出现这种情况。 </li> <li> 最终其预计续航 992天 ，折算 1278天/元。 </li> </ul> 此时我们解决了问题一，即：通过计算得出，在此时一颗电容都不加才是最优解。 <hr> <h4>4.4.2、PLL_60M_DCDC 成本、续航计算</h4> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/12d8b960b1da4373b4937bcc8bd73556.png" alt="image.png"> <ul> <li>在这个频率下，会出现一段稳定的8mA电流，时长在1.5mS左右。</li> </ul> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/a1548ca046cf48a98d3324ac9e9a22d2.png" alt="image.png"> <ul> <li>我们将其填入计算器得出以下结果：</li> </ul> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1ab211250d2f4163891230dbcecaa9d0.png" alt="image.png"> <ul> <li> 性价比档位完全没有优势，无论是续航还是折价都不如 16M 主频+ DCDC。 </li> <li> 但是续航档位确实提供了理论最长的1034天续航，但其电池+电容+电感折算达 612天/元。 </li> </ul> <hr> <h4>4.4.3、HSE_16M_LDO 成本、续航计算</h4> 由于LDO缺少软启动特性，在唤醒时会爆出一个极短的大电流，因此LDO方案至少得有一个10uF才行。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/05dca06e3aaf4284b785e948d6003088.png" alt="image.png"> <ul> <li>而BLE发送时是类似三角波，我将其定义为7mA 2mS，输入计算器。</li> </ul> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/e1a56c02bc5745b4b20119a10d38e301.png" alt="image.png"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/c513a383d9ef4788ab8b237954feb6c3.png" alt="image.png"> <ul> <li> 此方案的性价比档是目前最高的性价比，1505天/元，续航866天。 </li> <li> 其截止电压大约在2.6V附近，看上去是电池没用完有点浪费，但这里先剧透一下，CH592 的 LCD 驱动没有升压，低电压屏幕对比度骤降，所以2.6V刚刚好。 </li> </ul> 此时我们能回答第二个问题了，若你的环境温湿度变化少，LDO的方案显然更优：更好的经济性、更少的元件、更高的射频性能。但如果环境变化复杂，或需要高上报率，可以说DCDC是关键的。 <h4>4.4.4、HSE_60M_LDO 成本、续航计算</h4> 此方案在发射时存在高达 9mA 且将近 2mS 的大电流，不推荐使用。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/242d8a02aa604081964b685cb61ea5a2.png" alt="image.png"> <hr> <h3>4.5、LCD段码屏</h3> 常见的屏幕主要有以下四类： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/6e4822cc6762429cb7b7ef6695cc8b5b.png" alt="image.png"> 段码屏的功耗、成本优势都极其巨大，但其特性先天不适合零售，以至于完整的温湿度计成品甚至比单屏价格低。 你在市面上薅到的这种屏幕的温湿度计，一般都是 4COM 屏，并且最外侧的 4 个引脚就是 COM 脚。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/f53d914dee6447efb7db5003e7e2e7fb.png" alt="image.png"> 你问我 COM 是什么？ 这就引出了液晶屏驱动里核心概念： <h4>4.5.1、占空比(Duty):</h4> 屏幕物理上有几个 COM 引脚，软件配置里就选择多少占空比。 如果屏幕有 $$4\text{ COM}$$ 引脚，软件就选择 $$1/4\text{ Duty}$$。 <ul> <li>COM 和 SEG 总是成对出现。</li> <li>COM 是公共电极，SEG 是段电极。</li> <li>简单来说，和 LED 数码管的矩阵扫描一个意思，COM 负责行扫描，SEG 负责控制具体哪一笔画亮起。</li> </ul> <h4>4.5.2. 偏置比 (Bias)</h4> LCD 为了防止液晶材料电解极化必须使用交流驱动，Bias 就是指把驱动电平分为多少个电压档位，其实非常类似 ADC 采样的矩阵按键： <ul> <li>如果是 1/2 Bias，2 就是分母，总电平包含 $$0/2\ V{\text{CC}}$$、$$1/2\ V{\text{CC}}$$、$$2/2\ V_{\text{CC}}$$ 三档。</li> <li>如果是 1/3 Bias，3 就是分母，总电平包含 $$0/3\ V{\text{CC}}$$、$$1/3\ V{\text{CC}}$$、$$2/3\ V{\text{CC}}$$、$$3/3\ V{\text{CC}}$$ 四档。</li> </ul> <h4>4.5.3. 液晶驱动电压 (VCC)</h4> 这里的 VCC 就是 LCD 生产制造时，液晶材料发生物理偏转所需要的标称阈值电压。一般分为 $$2.5\text{ V}$$ 或 $$3.3\text{ V}$$ 两个电压档。 <h4>4.5.4. 刷新率 (Scan CLK)</h4> 和数码管相同，段码屏也是循环扫描刷新的，不过他是交流，所以高频损耗更严重。 <ul> <li>如果刷新率设置得太低（比如低于 $$128\text{ Hz}$$），屏幕就会出现肉眼可见的闪烁。</li> <li>如果刷新率设置得太高（比如高于 $$512\text{ Hz}$$），驱动效率变低，不仅对比度变浅，还增加功耗，一般推荐直接使用 $$256\text{ Hz}$$。</li> </ul> <hr> 如果不理解上面这些，在实际调试时，只需要记住以下四条： <ul> <li> 占空比(Duty):：无脑选 $$1/4\text{ Duty}$$。 </li> <li> 偏置比 (Bias)：如果选 $$1/3$$ 时笔段字迹看不清，就切到 $$1/2$$；如果选 $$1/2$$ 出现重影，就调回 $$1/3$$。 </li> <li> 驱动电压 (VCC)：电压选 $$2.5\text{ V}$$ 看不清字就切到 $$3.3\text{ V}$$ ；电压选 $$3.3\text{ V}$$ 发现出现重影，就切回 $$2.5\text{ V}$$。 </li> <li> 刷新率 (Scan CLK)：低了会闪，高了会淡，保持在 $$256\text{ Hz}$$ 即可。 </li> <li> 如果你见到这个设置界面还是感觉陌生，就再返回复习一下。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/2a442b0a4a8e4eb38f44f3575e6c028c.png" alt="image.png"> </li> </ul> <hr> <h3>4.6、原理图</h3> 此设备元件可以说只有个位数，也没什么能讲的，稍微说一下引脚配置： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/7751d307a83e4796bfb207dac7b8d993.png" alt="image.png"> <ul> <li> 黑框中的CHSEGX代表MCU视角下的SEG号。(用驱动生成脚本不需要关心 </li> <li> 蓝色的SEG代表以LCD视角的SEG号。(也不需要关心 </li> <li> 外面的图是电容配置参考文案，但我推荐直接看丝印。 </li> <li> 依旧用满了引脚，SWD被复用了，请准备WCH-LinkE。（后期更新：没有的话影响也不大，就是需要手动断电源，默认预留5秒时间）。 </li> </ul> <h3>4.7、Layout</h3> 这一次我直接画了三块板： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/4864207c9e384b4fa7aaca45fc3b3df2.png" alt="image.png"> <ul> <li> 现在可以完美使用原外壳了，不需要调整，不需要打印。右下角写了对应屏幕规格（不一定通用 </li> <li> 现在开启DC-DC对信号影响轻微，不影响使用。 </li> <li> 屏幕靠右，可以让天线距离外壳更远一些，减少信号衰减。 </li> <li> 丝印中的D代表DC-DC启用时，L代表LDO启用时。0R直接用一坨锡即可。 </li> <li> 天线馈线线宽0.379mm，铜距0.102mm，几乎踩在2层板极限0.1mm边缘，但我真尽力了orz </li> <li> 对了最重要的：板厚1.0！板厚1.0！板厚1.0！板厚1.0！板厚1.0！板厚1.0！ </li> </ul> 底面： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/90415f57c6a04950a5ee86c36a3e75c8.png" alt="image.png"> <ul> <li> 电容区用来布置储能电容，支持1210 ~ 0603。 </li> <li> 右上角为VCC、GND、CLK、DIO，间距2.54，可使用烧录针。（或许排针也行） </li> <li> 然后是RX、TX，需要注意的是我忘记引出BOOT了，若需要ISP下载可自行引出。 </li> <li> 后期更新：完全不需要引出BOOT，只需要打开“免按键下载即可”<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/c5d5a7c3bff34ff5a65c4b89845484ac.png" alt="image.png"> 需要注意的是，必须把下载配置脚修改为PB11，默认的PB22会导致SEG6失去控制。(我也不知道什么原理，SWD没这问题，并且PB11是SEG1也不受影响，不过既然能跑就不研究了)。 <h2>5、软件部分</h2> </li> </ul> <h3>5.1、段码屏驱动生成</h3> 无论什么屏幕，第一步都是要先找到驱动，段码屏也是一样，我们需要知道某个段对应的是多少 COM 多少 SEG。 传统方法就是一张纸一根笔，修改代码点亮、编译、记录，重复几十次，然后再逐个对应修改代码。 为了解决这个问题，我编写了一个段码屏驱动生成脚本： <ol> <li> 刷入专用固件，此固件默认以 0.5S 作为固定间隔。其首先全部段码会闪烁3次，随后轮询所有段码。 </li> <li> 但在最初，你可以先将18行-49行删除，让其保持全亮，以便检查安装与显示问题。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/a06a2ea0738c4efd838f7c065fe55f88.png" alt="image.png"> </li> <li> 观察你的屏幕，检查是否有闪烁、不亮、重影等特征 </li> <li> 按照前文讲解调整设置，直到问题解决，记录一下你的屏幕参数。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/b8b4defd5b5048e6a34f0d2dc0aab4e1.png" alt="image.png"> </li> <li> 恢复原本的代码，录制屏幕从全屏闪烁、依次循环、再全屏闪烁的完整流程。 </li> <li> 打开脚本，加载刚录制的视频<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/800ba0ac544a4199a091ccc293660785.png" alt="image.png"> </li> <li> 拖动时间轴，定位到最后一次屏幕全亮的第一帧。(半透明到不透明的那一刻）<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/6a3d2aad028f4f7b8d718a1fc7da118f.png" alt="image.png"> </li> <li> 确认无误点击锁定，帧率会自动识别，时间片维持默认即可。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/7c215bafb1d543198c1251582af1de69.png" alt="image.png"> </li> <li> 若不确定点亮的段码对应位置，可调整此滑块添加首帧叠底(视频拍稳)<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1e4a41c0e864466d98b1a1d94bfd9048.png" alt="image.png"> </li> <li> 在右侧的界面选择已点亮的对应段码，随后下一步，可通过右键或空格。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/b94104127b9545ea936b0e819da20620.png" alt="image.png"> </li> <li> 已被选择过的段码将被特殊标记，依次选择、绑定、下一步直到结束。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/5e29cf392b0a4ef9aad9de5c274562d3.png" alt="image.png"> </li> <li> 若同时多段点亮要多选；什么都没亮就直接下一步。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/0420856fccf04c1c957073877c4da989.png" alt="image.png"> </li> <li> 当你完成绑定时，屏幕应该是全灭的，反而如果是全亮的，大概率你没有对齐起始帧。如果没问题就点击保存。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/f1d92b5ea680405bbf1012514405890d.png" alt="image.png"> </li> <li> 打开第二个脚本，将生成的JSON导入<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/2d9042bbbd724f07953af58d17a6a3a3.png" alt="image.png"> </li> <li> 选择自己屏幕的规格 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/248428236fe74e46ba189d115ed434af.png" alt="image.png"> </li> <li> 前文提到过，592F的LCD驱动没有升压，当电池电压下降后屏幕会变暗，我们可以切电压或Bias起到升压的效果。但如果你是 3V3 1/2的屏就无解了，当电压跌落到 2.7V 以下就很难看清。<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1004440ff1f4456495d53c675c638ef8.png" alt="image.png"> </li> <li> 你可以选择导出.C与.H，然后对原工程文件进行替换<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/f2c009854a9f48e2810b04f5cb13ab83.png" alt="image.png"> </li> <li> 若需要修改功能，如F/C，或状态灯用法，这里是驱动接口<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/22af7713f7d449749abc47abbbbb3eba.png" alt="image.png"> 详细可以去看.H，我不是故意弄这么糊，只是我不知道为什么图片稍微大一点就会：<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/6351f83e76b4473c81d7187b31fab135.png" alt="image.png"> </li> </ol> 最后，如果你的屏幕是16Pin以下，比如我的1号屏幕就是14Pin，你大概率会遇到这种情况： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/c673f730be0241749031c26d33e90017.png" alt="image.png"> 左侧无法显示0、4、7，右侧无法显示7。但是别担心，一旦脚本检测到某字符无法正常显示，会自动用相邻的进行替换，如： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/425d76cec6fc4370902122ac696d0079.png" alt="image.png"> <h3>5.2、主频修改</h3> 若你需要修改主频适应自身工况，按照以下步骤。 <ol> <li>修改broadcaster_main.c<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/f0ccc334089842cc8fe8f78480bcee28.png" alt="image.png"></li> <li>修改CH59x_common.h<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/be9b44744e3c4dd3ba108b24ff47a967.png" alt="image.png"></li> </ol> <h3>5.3、CONFIG.h</h3> 在这里你可以修改多项配置，可能会用到的有： <pre><code class="language-c">【DCDC】 DCDC_ENABLE - 是否使能DCDC 【TEMPERATION】 TEM_SAMPLE - 是否打开根据温度变化校准的功能，单次校准耗时小于10ms 【RTC】 CLK_OSC32K - RTC时钟选择( 0 外部，默认1：内部，2：内部 ) 【DATA】 BLE_TX_POWER - 发射功率，默认:LL_TX_POWEER_0_DBM (0dBm) </code></pre> 其中值得一提的是，TEM_SAMPLE 会调用 MCU 内部的温感通过 ADC 测量温度，当变化超过7°时会触发一次校准。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/5416a2a9c5464e57b06cce3430040fe5.png" alt="image.png"> 但其误差大得离谱，最关键的是还费电，而且我们不是有现成的高精度温度计吗？所以我直接将其校准逻辑集成进了测量阶段。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/fd4f98d3caaf46b78714c8c65c437ad8.png" alt="image.png"> 毕竟我们无时无刻都在测温度，当偏移超过7度顺手做一次校准。 <h3>5.4、drv_i2c_soft.c</h3> 在最初版本，是拥有外部IIC上拉电阻的，但发现用内部上拉已经足够，现在的版本已经移除了。 <ul> <li> 如果是原厂的SHT40，甚至超过400K还可以通讯，上升沿甚至达不到3V就下落了，当然保守起见还是降到了300K: <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/9f52478b030c4e80a4cf1ac56d35ed42.png" alt="image.png"> </li> <li> 可惜在副厂的SHT40上却完全无法工作，我只能改成更标准一些： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/657788e2694a4728abbf8f7fee5eac14.png" alt="image.png"> </li> </ul> <h3>5.5、drv_sht40.c</h3> 默认使用最高精度模式，在测量时MCU是休眠的，有需求可修改这一行调整。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/ab721022871143c9adf20b7f9d63b6a2.png" alt="image.png"> <ul> <li> 使用原厂SHT40测量时耗电大约在335uA： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/814d1c40646b409796c1600a3d5c6c9e.png" alt="image.png"> </li> <li> 我使用的副厂其测量电流约为465.43uA： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/2ca9635f1ddf4ab981ba92ba96716000.png" alt="image.png"> </li> <li> 别忘了同时修改等待时间： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/015ab420ada9479187a696f15819ef8e.png" alt="image.png"> </li> </ul> 需要注意的是，此固件借鉴了如今主流模式，当变化幅度大于阈值会上报，若改为低精度模式有可能由于测量抖动，导致频繁触发上报，造成大量电能消耗。 <h3>5.6、broadcaster_main.c</h3> <ul> <li> 这个文件中除了修改主频，还可以修改晶振补偿电容：<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/99c5049f8d7f4265924da28e6fe0a23a.png" alt="image.png"> </li> <li> 还有一个规则，这两段代码互斥但必须保留一个（规则怪谈）<img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/71ee93b469784be38126921c921c7806.png" alt="image.png"> </li> </ul> 我也是测试了很久才找到问题： <ol> <li>若同时启用会增加约20uA电流（波动较大）。</li> <li>若全不用会增加约400uA电流（波动巨大）。</li> </ol> 只能说调低功耗设备还是有点子心累的.... <hr> <h3>5.7、broadcaster.c</h3> <h4>5.7.1 广播方式</h4> 开源的蓝牙温湿度计，多数都选择了广播是广播，测量是测量，即无时无刻都在大间隔进行广播发送。我认为这样会有两个问题： <ol> <li> 在我测试一次广播包在隔着一个屋子的情况下被接收到的概率小于30%。由于HA记录都是以网关接收时间到为准，如果配置成了比如10分钟甚至20分钟测量一次温度，那么记录就是不实时的。 </li> <li> 耗电，即使你的温度完全没有变化，依然间隔几秒就要进行一次广播。你可以加大广播间隔缓解这个问题，但这样做又会放大第一条问题。 </li> </ol> 所以我直接参考了目前同类产品： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/e71c4557e5f241fbb5a47ad61846b1a0.png" alt="image.png"> 以下是默认配置，如果不符合使用环境可自行修改(我真放不上图片，我怀疑有OCR识别敏感词)： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/4b4e83968ef14fdcb75d4693dcfcaa3b.png" alt="image.png"> <h4>5.7.2 性能优化</h4> 此设备工作在 16M 时对电池更友好，但在如此低频下就要尽量避免繁重任务了。 <ul> <li>最有效的肯定是对 float 开刀，我们没有硬件浮点，且不需要太高精度，我们直接将RAW x100 用INT来存： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/630e41f43cfe478ab8b8796ba7726671.png" alt="image.png"></li> </ul> 这项改动让 “测量不发事件” 电耗直接下降了 13.5%，非常管用。 <h4>5.7.3 显示自定义</h4> 屏幕驱动前文已经提到了，屏幕上还有一些元素可以利用，左下角的三个状态灯被我用来指示电量： <pre><code>disp.temperature_x100 = res.temp_x100; // 温度直接传入x100 格式 disp.humidity_x100 = res.humi_x100; // 湿度同样直接传入x100 格式 disp.is_fahrenheit = 0; // 0代表摄氏度模式，1为华氏度模式 DRV_LCD_Adapt_Voltage (cached_vbat_mv); // 传入电池电压，实现屏幕档位自适应 if (bat_pct < 40) { // 用原本左下角的三个舒适灯指示电量 disp.dry_on = 0; disp.com_on = 0; disp.wet_on = 1;} else if (bat_pct > 70) {...} else {...} disp.percent_on = 1; // 百分号 disp.base_on = 1; // 基底</code></pre> 你可以利用数字之外的元素做一些特殊的指示，如距离上次广播时间，或是其他的一些定制用法。 <hr> <h2>6、BOM清单</h2> 因为这次元件不多，所以我特意搜了一下实时价格，除了供体别的都是原价： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/a6dd81d9f83b4cc9aab9f1669b55905c.png" alt="image.png"> 没想到100nF竟然干到1毛多一颗，这样的话DCDC差价只有0.12了，在计算器中我按照1.2计算的，这样的话也许DCDC性价比会反杀LDO。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/cf1ee8b266e146c4a366f3ff9d83d0ef.png" alt="image.png"> 的确，16M DCDC的方案直接干到了2055天/元，看来新板子没白画，DCDC 启动！ 计算器中的所有折价仅包含DCDC、储能电容，不包含整体，请额外计算。（好吧，我算了一下，约为378天/元，按照8元成本、10年寿命计算。至于我花了多少最好别问） <h3>6.1、尾声</h3> 至此技术上也就没什么了，这东西说白了也就是段码屏有点烦，还有低功耗也是玄学，但这两点感觉已经用了超过80%篇幅来讲了。 还有问题直接评论区见，感谢各位。 <h2>7、大赛LOGO验证</h2> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1d199d454e394d44bc4806cb2031ab71.png" alt="image.png"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/250d4b5ea5204e1da5562e65e9ca866f.png" alt="image.png"> <h2>8、演示您的项目并录制成视频上传</h2> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/771029a29c064a8594e033d7a8d0a6be.png" alt="image.png">