自行车RGB呼吸灯 - 嘉立创EDA开源硬件平台

硬件功能:

       此硬件实现的功能是根据自行车行驶状态展现不同的灯效，照亮自行车附近的地面，实现炫酷，美观，警示的作用。现在的效果就是正常行驶、加速、滑行时是蓝色的呼吸灯效果，刹车时灯变红，刹车结束后回复蓝色呼吸灯效果，在自行车静止时，展示RGB滚动灯效两秒后熄灭进入休眠模式，在两分钟内重新运动将重新进入工作模式，如果自行车静止超过两分钟，则自动关机，需要手动按压重启。

实现思路：

总体思路：通过六轴陀螺仪识别当前自行车运动的加速度，划分出静止运动两个状态，再根据加速度的大小和正负（主要是Y轴）划分出刹车和正常行驶状态，确定不同的状态后，单片机执行相关的代码控制两个RGB灯进行灯效变幻。

硬件选型：

主控MCU：N32G430C8L7（和STM32差不多）

六轴陀螺仪：MPU6050（模块拆卸芯片）

RGB灯：WS2812B

3.3V稳压芯片：ME6211C33M5G-N

5V转4.2V充电芯片：TC4056A

电池：600mA铝包电池

软件协议：

MPU6050与N32采用IIC通讯

N32与WS2812B采用DMA通讯

实现细节：

开机：ME6211稳压芯片带有EN引脚，通过按钮触发高电平，3.3V电压出现后N32上电工作，通过GPIO产生高电平维持ME6211工作，实现电源自持。

关机：静止两分钟后将EN脚转为低电平，芯片失电关机。或按钮触发关机。

功耗：为了尽可能的低功耗，经测试，此硬件可在低至16M系统时钟频率（N32最高可达128MHZ频率）下正常工作，MPU6050也进行了相应的低功耗优化，以50Hz的频率进行六轴取样。WS2812呼吸灯的设计也使功耗进一步下降。实测六个月内只需充电一次（轻度使用，每两天骑半小时左右，其中包含两个月没骑）

防水：由于自行车本身的性质，特别是此硬件的摆放位置，要求硬件在户外工作的稳定性，防水防尘防潮，电路板正反面用三防胶密封。

板型：由于每辆自行车的底部结构不同，因此PCB板需要高度定制化，根据实际情况设计PCB板形状。

结构：此装置采用双层结构，三个PCB板隔离。最下面的板是主板，下方的LED灯对应自行车的孔洞。下层的间隙来源于微动开关，加上中间板后可实现按压装置上电，上层放电池，通过PCB上的孔引到下层。最上方的板覆盖防水材料（简单的比如胶带）用于防水防尘，上层与下层的间隙需要密封，保证不进水，这里采用热熔胶。热熔胶有弹性，也方便按压开关。TypeC充电口需要用胶塞堵好。

调试：自行车底部空间狭小，不方便DAP调试，为了在自行车上调试设备，将SWD、SCK引脚连接到TypeC，通过设计一个转换PCB，将其引出到好调试的位置。（连接器）

实现难点：

• 由于自行车结构不同，需要定制设计，PCB的形状不一。（不过可以放到别的位置，比如自行车后座处，难度会降很多。）
• 防水防尘的结构设计，需要有较强的动手能力。
• 对代码需要有一定了解。

制作历程：

B站视频链接

过程图片：

随便说说：

这个项目是去年的九月份就开始了，一开始是在调MPU6050的IIC协议，调DMA控制WS2812B，中间遇到了很多的问题，比如陀螺仪的数据不对（后来发现是IIC初始化的问题），比如呼吸灯的呼吸效果（里面涉及HSV空间到RGB空间的转换），陀螺仪模块的噪声如何解决，防水防尘如何设计，又如何保证便携性（现在这个装置是可以拆下来的），如何实现极低功耗，焊接组装什么的都是小问题了。后来考研时间紧迫了，就暂时搁置了。等到考完研回家，又重新捡起了这个项目，把上述问题都解决了，所以做一个工程要想的东西真的有很多。现在这个装置在自行车上露天八个月了（小雨大雨都经历过），一共就充过两三次电吧，说明我的设计还是比较可以的。

这个项目严格意义上算是我的第一个自己设计的项目（只不过时间线拉的比较长），代码也是一点一点Debug出来的，艰辛啊。工程编译后还有29个Warning...，不过能用就行。

自行车跟着我也有四年了，毕业也不舍得卖，邮寄到新学校接着骑了，一部分原因就是这个硬件吧，倾注了很多，赋予了这辆车的灵魂，呼吸灯的效果仿佛这辆车真的有了生命。

这个项目各方面要求实现的话我觉得还是有难度的，代码结构可能也不是很好，所以算是做一个分享吧，有困惑的地方也可以私聊我，一起进步。