基于GD32梁山派的中控操作台 - 嘉立创EDA开源硬件平台

项目说明

本项目主控采用梁山派，采用esp8266作为上位机和下位机的中间层，通过串口和梁山派进行信息交互，通过tcp和上位机进行信息交互，旋钮采用无刷电机，通过AS5600磁编码器读取无刷电机转动的角度，采用3.5寸并口屏作为显示平台。

开源协议

GPL3.0

项目相关功能

使用梁山派实现当前时间，室内温湿度，天气，每日任务和当前省份辐射值的曲线变化图，同时可通过旋钮对电脑音量进行控制，也可转变为旋钮对页面进行滚动，该中控搭载有大容量锂电池，可以在不插电情况下继续工作，保证时间的准确性。

项目属性

本项目为首次公开，为本人原创项目，代码纯手敲，仅小部分为Ctrl+V。

设计原理

1.1 通讯部分

上位机获取时间，天气和任务等内容打包成json格式后通过TCP发送给ESP8266WiFi模块，ESP8266模块通过串口将这些信息解码打包后再传递给梁山派开发板，除了可以获取这些时间，天气，任务等信息外，DHT11温湿度通过单串口将温湿度信息实时传递给梁山派，梁山派再获得信息后将这些数据通过16pin并口传递给3.5寸显示屏显示。

2.1 主控电路

上图为本项目采用的开发板为梁山派，在立创商城可以购买到。梁山派的主控有一个非常好的优点，自带DAP下载器，同时下载器上集成串口功能，可以更加方便的下载和调试程序，更快定位程序所存在的问题。

2022年12月05号后立创·梁山派开发板主控从GD32F450ZGT6升级到了GD32F470ZGT6，两款芯片兼容主要差别GD32F450ZGT6主频200、SDRAM 256K，GD32F470ZGT6主频240、SDRAM 512K。
 2.2 ESP8266WIFI模块

上图为安信可ESP8266WIFI模块电路，采用100nf滤除电源杂波，保持电源稳定性，因为ESP8266WIFI模块UART串口资源有限，采用软串口速度慢且问题多，采用UART0串口和梁山派进行数据传输，这样也存在调试较困难的弊端，需烧录好ESP8266的程序，然后插上梁山派，后期将进行改进。

2.3 锂电池充放电电路

采用P沟道MOS管对电源进行切换，当有外部电源接入时，P沟道栅极为高电平，MOS截至，通过外部电源供电，当外部电源断开时，P沟道栅极为低电平，MOS导通，通过电池供电；锂电池充放电管理芯片采用TP4056，可以实时控制锂电池的充放电同时显示锂电池的充放电状态。

2.4 5V升压电路

采用MT3608L对MOS输出的电源进行升压，如采用外部电源进行供电，输出为5V左右，而转变为锂电池供电，锂电池充满电也只能输出4.2V电压，需使用MT3608L将电压升高并稳定在5V。

2.5 5V转3.3V降压电路

采用AMS1117-3.3线性稳压器将升压稳定后的5V降为3.3V，为ESP8266模块和烧录芯片供电。

2.6 磁编码器接口

因磁编码器安装于旋钮模块上，与屏幕分离，需采用100mm长FPC排线进行连接。

2.7 ADC电路

采用两个100kΩ的电阻对锂电池进行分压，通过梁山派的ADC采集近地电阻两端的电压，这样做的弊端是两个电阻会和锂电池形成回路，消耗电量，后续需改进。

2.8 磁编码电路

采用AS5600磁编码器，此编码器精度为12bit，采用iic进行通讯，梁山派iic资源多，满足项目要求。

2.9 无刷电机驱动电路

采用DRV8313电机驱动芯片，这样设计更小巧，不需像多MOS方案那样占用太大体积，便于小型化，采用三路PWM输入，我这里采用梁山派TIME4中的CH1,CH2,CH3输出三路PWM进行控制，通过控制pwm的占空比控制无刷电机三路的输入电压，从而控制无刷电机的转动。

软件说明

程序已上传至附件，分为梁山派程序和esp8266程序，这里主要说明一下软件设计过程。

3.1 上位机设计

采用qt designer 软件首先设计上位机的ui和界面布置，布局分为三大块，分别是WIFI模块和本机IP地址框，连接日志，日常任务，IP地址采用LineEdit进行设计，连接日志采用textbrower进行设计，日常任务采用5个LineEdit进行设计，同时设计了一个按键手动同步任务数据，设计好ui后，需编写上位机的程序。

采用pyqt对上位机程序进行编写，程序较多，分为通过新知天气api获取天气信息，电脑计时器获取时间，因辐射值目前没有api可以调取，只能通过爬虫获取，新知天气api调用很简单，查阅文档即可学会，也可百度查阅。举例讲解一下获得本地ip并上传到连接日志的方法，首先使用gethostname函数获得本机名，然后使用gethostbyname获得本机的ip，通过setText函数设置输入框的文字为本机ip地址，使用append函数向连接日志框中加入请将wifi模块连接到：ip port 上。因某些原因，代码需后续开源。

3.2 显示屏ui设计

因屏幕显示，我才用的是lvgl图形库，故采用SquareLine Studio软件对界面进行ui设计，具体设计流程就不细讲，可查看b站学习课程。

3.3 梁山派代码

代码较多，这里主要对时间显示代码进行讲解，首先通过bcdtostr将rtc中读取的时间数据转化为字符串数据，通过sprintf函数将小时，引号和分钟数据进行连接，通过lv_label_set_text函数向ui_Label1这个ui模块中写入拼接好的数据，这里ui——Label1就是小时和分钟的显示模块，从而实现小时和分钟数据的实时显示，其他变化类似，都是对ui模块进行篡改，从而实现图形的变化。值得一提的是，因为梁山派有exmc，可采用exmc+dma对16pin并口屏传输数据，提高数据传输的速度。

3.4 ESP8266代码

esp8266的代码已上传，代码采用arduino进行编写，较为简单，主要是上位机和梁山派的中间层，将上位机传输的json数据解码，然后使用串口发送给梁山派。

机械部分

机械部分采用Solidworks进行设计，上图为整体效果展示图

上图为旋钮的刨面图，可以看到磁编码器与旋钮的距离为2.42mm。

查阅AS5600的官方文档，径向磁铁与编码器的距离最好为0.5-3mm之间，故采用1mm厚径向磁铁较为合适。

为了按键按下后可以很好的回弹，采用四螺丝四弹簧设计方案，当旋钮按下后，按键按下，弹簧被压缩，当旋钮松开后，弹簧回弹，按键被放开，起到了按键的效果。

查阅按键官方手册，按键高度为2.5mm。

为了有足够的压缩空间，我采用的0.3*4*5型号的弹簧，实践证明，适配效果很好。

实物展示

4.1整体实物图展示

4.2屏幕部分实物图

4.3旋钮部分实物图片展示

因编码器pcb和按钮pcb已安装上去就不在展示。

视频展示

第一次剪视频，剪得不是很好，还望大家谅解，谢谢！！！

重点：因梁山派代码文件较大，无法上传，大家可通过下方网盘链接进行下载：

链接: https://pan.baidu.com/s/1GNZMHunz9yjliQbz6DBXiQ?pwd=1234 提取码: 1234 复制这段内容后打开百度网盘手机App，操作更方便哦