低功耗墨水屏桌面摆件

项目简介

2024年末不知道缘起什么，想做一个与小米蓝牙温湿度计功能类似的项目，但支持充电电池

想法主要基于b站的一个今天是星期五吗的项目和立创甘草酸不酸做的墨水屏，加上自己想学蓝牙协议栈，选型WCH582F为主控，外围使用BMP280、AHT20、TP4066实现参数采集、电池充电功能

实测满电时可以使用至少3个月

代码：https://gitee.com/F_DT/bluetooth-ink-screen-ch582
立创工程：https://oshwhub.com/mk_wanghui/ch592f

更新日志

2025-12-3

1. 更新原理图
2. 添加项目元器件文档

2026-3-20

1. 修复bug--某些情况写入图片会导致刷新异常
2. 小程序优化界面，添加ota功能，能搜索到当前设备版本号

2026-3-31

1. 原理图添加版本V3.4--更改为tp4057作为充电ic
2. 小程序优化界面，添加提示，提示当前值调整产生的效果
3. 修复设备bug，修复某些情况debug会导致溢出

项目功能

1.1 墨水屏显示

使用一块1.54寸墨水屏，黑白双色，分辨率200*200，实现局刷全刷

墨水屏丝印EINK-E0154A07

左上角向下依次为电量、蓝牙状态、低功耗状态

数据界面

图片界面

小程序发送图片

1.2 环境参数测量

使用BMP280采集气压，AHT20采集温度、湿度

没有设计库仑计，所以电量参数为简单的采集电池电压值换算，仅供参考

1.3 离线记录

本地运行RTC时钟，可以通过多次校准时间，自动修正误差

每间隔一定时间，使用16字节存储一条记录到flash，包含时间、温度、湿度、气压、电量

1.4 低功耗

使用沁恒WCH582F的HAL_SLEEP低功耗模式，实测休眠状态下整板电流约为22ua@3.7v，ldo耗电4ua、墨水屏耗电10ua，剩余8ua为mcu和TP4057以及外部器件，tp4057手册1ua，ch582f手册2.4ua

唤醒状态平均工作电流在3.3ma左右

450mAh/3.3ma/24 = 5.6天
如果一直连着蓝牙耗电更大，因为刷新频率自动来到1~2s

主界面休眠平均工作电流247ua(休眠刷新间隔20s，休眠广播间隔2s)

450mAh/0.247ma/24 = 75天 = 2.5个月

图片界面休眠平均工作电流160ua(休眠刷新间隔20s，休眠广播间隔2s)

450mAh/0.16ma/24 = 117天 = 3.9个月

通过TP4057实现电池充电，选用450mah电池，出于电池保护角度考虑，使用约C/3的充电速率充电，峰值电流约为196ma

唤醒待机一段时间后自动进入低功耗模式，可以通过插入usb充电唤醒，也可通过按钮唤醒

1.5 小程序/OTA

!!!仅支持android，ios不支持

1. 校时
   连接上小程序后，自动发送校时

2. 实时参数
   小程序每秒都会读取一次环境参数

3. 参数设置
   支持设置各种条件下的屏幕刷新频率，数据记录存储频率，低功耗状态下广播时间
   可以设定记录存储周期
   低功耗状态屏幕刷新周期
   唤醒状态屏幕刷新周期

4. 图片上传
   小程序可以读取相册图片，进行图像抖动或纯二值化处理，并发送到设备，设备支持存储最多4张图像

5. 记录查看
   小程序支持读取本地记录，查看历史变化趋势

6. OTA升级
   可以使用本项目小程序升级，不支持升级BLE库

   1. 小程序需要先进入ota模式，才能升级
   2. 确保升级日志处有相关说明已连接并且能读到芯片类型为ch583

硬件部分

主要是需要对低功耗进行设计优化，使用mos开关电池采样通道，可以减少分压电阻消耗，由于充电时间占比较少，没做供电切换电路

使用低功耗的LDO稳压到3.3v，XC6026后续可用TPS70933DBVR，带使能，压差0.1v到0.2v。沁恒mcu是支持低电压供电的，手册写最低2v左右，所以锂电池电压最低可以使用到3v甚至更低，但是mcu供电最高只到3.6v，所以无法直接接上mcu。如果有一个线性降低电压的低功耗方案可以使用mcu内部通道检测电量，并且省去这个ldo

尝试过使用mos开关传感器和屏幕电源，效果不是很理想，需要在读取传感器数据时，先打开mos等待一段时间，再读取，相比于我目前使用的刷新频率（30s）我认为这个减小的功耗没有mcu每次少运行30ms的时间减小的功耗来的小。屏幕也是同理，每次都需要重新初始化，意味着需要全刷，否则无法局刷

板载天线只是使用了官方的封装，没有进行阻抗匹配，但是信号还可以，空旷15m左右能保持连接

为了便于焊接，阻容类器件都使用0603，再小就不好焊了

板厚打1.6，因为板薄的话c口可能会干涉到电池的空间，而且天线部分的封装是官方1.6板厚的。注意这里需要和你的沉板TYPE-C型号对应上，做沉金板会比较漂亮

背板图片元素可以自行修改，金色长短部分为摩斯电码

电池 https://e.tb.cn/h.SAhsdtsAiYxTQqw?tk=PXSmfKQx5VK 403035规格

螺丝、螺母 https://e.tb.cn/h.SzKDyOfoApajIYt?tk=Q77ufK9cRCr 螺丝 m1.6 * 10

墨水屏插接器可以用立创里的 FPC-05FB-24PH20 类似的都行，大的小的都可以，不确定可以拿封装去pcb里比

墨水屏找小黄鱼 https://m.tb.cn/h.SAS4O1h?tk=WReNfK9hzri 确定一下丝印是不是hink-E0154A07

其余元器件可以通过原理图直接导出，也可以通过附件里的BOM.xlsx查看。

!!!注意背板上的器件是不需要焊接的

软件

主要使用了BLElib的库，实现了BLE协议栈并且使用其TMOS系统开发主要功能

添加了CDC功能，主要用于前期调试，使用了esayflash、multi_button库实现系统参数保存和按键功能

墨水屏驱动来自佳显，我自己改了一些，iic驱动为软件，后期可以优化

1. 按键逻辑
   左边按键，usbisp时按下；长按进入小程序二维码界面，图片界面短按切换图片

   右边按键，休眠时长按唤醒；长按切换图片界面和主界面

2. 图片保存flash机制
   小程序上传图片仅支持184*184，占用4232字节，4k大小数据存储在codeflash中，剩余数据与图片背景色、id、flash地址等信息存在ef库里

3. 记录保存flash机制
   codeflash是4K擦除，所以以4K为一页，每条记录占用16字节，每页存储256条记录，这里的机制就是按id存储，跨页擦除；而小程序擦除记录时，只是把起始页位置移到当前使用页的下一页，并将记录数置零，避免总是擦同一页；当前分配的记录区为27个，共6912条；当发生溢出时，只是起始页id+1，记录id减小256个

4. 调试日志
   可通过usb cdc、预留串口或者蓝牙通知特征输出

5. 关于电量校准
   首次烧录时电压采集转换使用默认电阻配比直接计算，可能存在误差
   在确保本机无校准信息（首次工作，电池还未充满电，或者通过小程序清除校准信息），并且电池电量在80%以下时。将开关置于靠下位置关机，插上usb进行充电，等到充满即完成校准，原理是通过确定的满电电压进行单点校准，准确度会比直接计算好一些

6. 别名
   在 输入自定义指令中输入 N:名字 ，即可设置设备名字，这个名字只是在小程序中提醒区分用，不影响广播参数

组装

1. 先将屏幕插进插接件，后烧录看看屏幕是否能正常刷新
2. 焊接电池，确定滑动开关置于靠上位置，能够正常供电并刷新
3. 没问题以后检查按键、传感器参数、电池电压读取是否正常
4. 连接蓝牙查看是否能正常授时、发送图片
5. 将四颗10mm长的螺丝插入四个孔内，把主板屏幕面紧贴在桌面，
   再把电池上部贴上那种双面无痕胶，或者双面胶固定，贴在主板上，
   这里可能会有干涉，有的电池比较大，可以尝试整型一下，或者买小一号。
   扣上背板，拧上螺母
   把屏幕用双面无痕胶贴在正面，这里用无痕胶是因为它有一定的厚度，螺丝本身有一定厚度，太薄屏幕沾不上
   

烧录

1. 准备

1. 下载WCHISPStudio，在右侧选中MCU型号为低功耗蓝牙系列

2. 选中芯片型号为WCH582其他默认

3. 下载文件处打开JumpIAP\obj\JumpIAP.hex、obj\DT_APP.hex、IAP\obj\IAP.hex、SRC\LIB\Ch58xBLE_ROMx.hex四个hex文件并勾选

   首次烧录需要全烧，后续烧录只需要烧录JumpIAP、DT_APP，否则会把codeflash内存储的图片或记录擦除

   首次烧录完成后需要重新上下电，并且需要通过小程序将校准信息清除，由于在电池未接入的时候会计入错误的校准信息，否则有概率测量出来的电压信息错误

2. 烧录

1. 滑动开关置于靠下位置
2. 按住左边按键，插上USB就可以看到设备已连接
   

版本说明

硬件V3.4版本相对于V3.3版本，主要修改了充电ic，修改了天线绘制

已知问题

1. 有时候会莫名重启，导致显示异常
2. 处于首页和图片界面的时候，耗电量不同，这是由于局刷时的面积不一样导致的