【基于Air001的智能彩灯钥匙扣】

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B站-沈已成
 Github-Eason-SYC

💌 项目介绍

这不仅是一个可以亮灯的钥匙扣，还实现了炫酷的动画效果，你甚至可以在上面玩游戏！

该项目基于极具性价比的Air001芯片，整体尺寸（含3D外壳）仅有2.5cm * 3.5cm，小巧便携，软件基于 Arduino IDE 开发，拥有极低的入门门槛，代码结构清晰，对初学者和小白非常友好。

硬件成本低，将更多的注意力放在了软件上。它不仅仅可以亮灯，还实现了炫酷的动画效果，甚至可以在上面玩游戏。
小巧便携，该钥匙扣的大小仅为2.5cm * 3.5cm（包含3D外壳）
电源管理：精确检测电池电量，而且充电可触发充电动画
二次开发：资料完善，软硬件全开源，喜欢什么图案可以自己DIY设计，非常浪漫的礼物

🕹 项目功能

💡 动画效果

火焰效果：实现动态逼真的火焰燃烧效果。
流星雨：随机生成颜色各异的流星，带有优雅的拖尾渐隐效果。
彩虹渐变：丝滑的全屏彩虹渐变，色彩过渡自然，且性能经过优化。
彩虹心形：在正确的心形图案上实现整体彩虹色的平滑呼吸渐变。
跳动的心：经典的大小交替心形图案，模拟心跳效果。

🎮 复古游戏 (Game)

动态菜单图标：所有游戏在选择菜单中都设计了独特的动态Logo
贪吃蛇 (Snake)：经典的贪吃蛇游戏，支持四向控制，详细操作方法参照 使用手册 章节
弹珠游戏 (Pinball)：可控制的挡板，物理反弹的小球，每次被挡板反弹后小球都会加速
生命游戏 (Game of Life)：康威生命游戏的经典模拟，可作为一种程序化的屏保。

🖼️ 静态图片 (Picture)

内置多种像素画

修猫
桃子
爱心
小鸭
剑
修勾

🆎 字母 (Letter)

显示26个字母

🔢 数字 (Letter)

显示10个数字

🔧 工具 (Tool)

亮度调节：支持五级亮度调节，拥有直观的UI界面。
EEPROM掉电保存：亮度设置后会自动保存在EEPROM中，断电重启后无需重新设置。

🔋 电源管理 (Power Management)

电量检测：ADC电池检测电路。
充电动画：基于硬件引脚状态变化检测，接入USB即显示充电动画。
电量显示：在非游戏状态下，可随时通过左右组合键查看当前电量，不同电量等级对应不同电量格数。

🔍 原理解析（硬件说明）

主控Air001

钥匙扣主控选择的是Air001，我一直对这个芯片很感兴趣，合宙公司的 32位芯片，虽然引脚少了一点，但成本这么低而且功能齐全，还要啥自行车。

成本巨低 在淘宝上可以单买，不算上邮费的话大概是五毛钱一颗芯片，现在好像涨价了。
易焊接 芯片封装为TSSOP-20，焊接难度很低。
开发主流可以使用Keil、Arduino开发，资料很齐全，即使是初学者也可以很快的上手，官方资料链接

灯珠矩阵

钥匙扣的主体是由64颗WS2812彩灯（2020封装）组成的8x8矩阵，焊接的时候有点难度，可以用低温锡膏配合热风枪。

供电方案： 整个灯珠矩阵由3.7V锂电池直接供电。经过实测，在这一电压下，WS2812灯珠能够被有效驱动，亮度表现出色，同时也简化了电源部分的电路设计，无需额外的升压（Boost）电路。
驱动协议与控制： 控制引脚选择了PA7，使用SPI协议驱动，彩灯的驱动代码我封装到了Arduino库中，可以直接调用使用，库的名称是 WS2812_SYC_Air001，想要学习底层驱动的可以通过链接直接参考代码源文件
PCB布局： 在PCB设计阶段，灯珠矩阵的物理排布采用了特定的 “Z”字形布局。这种布局决定了从灯珠0到灯珠63的线性索引与其在二维矩阵中的 (x, y) 坐标之间的映射关系，二次开发时需要特别注意，这样才能在代码中精确控制亮起哪些灯。

8x8灯珠.png

调试接口

为了节省体积，选了ZX-SH1.0-6P封装，调试的时候需要一条转接线

转接线.jpg

调试接口

单开关电路

使用拨动开关非常容易损坏，使用自锁开关又有点占体积，因此最后选择了使用单开关电路，效果还不错
开关.png

Type-c

选择了6pin贴片Type-c，现在最常用的接口，方便充电，使用6pin也比较好焊接。

Type-C 接口图

按键

钥匙扣有左右两个按键，电路中并没有过多的处理。因此在代码中需要配置为上拉输入

锂电池充电电路

使用CL4064M，封装为SOT-23-5，焊接难度低，还有一个引脚可以检测是否在充电

充电电路

📖 使用手册

钥匙扣有三个开关，分别是左按键、电源开关、右按键
按键只设置了单击和长按这两种方式

主菜单

在主菜单中可以切换不同的一级菜单，分别为动画、游戏、图片、字母、数字、工具

左键：
- 单击：切换
- 长按：无效果
右键：
- 单击：确认
- 长按：无效果

💡 动画效果

可以切换不同的动画效果，分别为火焰、彩虹灯、跳动的心、流星雨

左键：
- 单击：切换
- 长按：无效果
右键：
- 单击：无效果
- 长按：退回到主菜单

🎮 复古游戏

可以切换不同的游戏，分别为弹珠游戏、贪吃蛇、康威生命游戏

左键：
- 单击：切换
- 长按：无效果
右键：
- 单击：无效果
- 长按：退回到主菜单

弹珠游戏

游戏失败时，点击任意键重新开始

左键：
- 单击：挡板左移一格
- 长按：无效果
右键：
- 单击：挡板右移一格
- 长按：退回到主菜单

贪吃蛇

游戏失败时，点击任意键重新开始
以下描述的方向的参考系均为钥匙扣本身
当蛇头朝左时

左键：
- 单击：蛇头朝下转
- 长按：无效果
右键：
- 单击：蛇头朝上转
- 长按：退回到主菜单

当蛇头朝右时

左键：
- 单击：蛇头朝下转
- 长按：无效果
右键：
- 单击：蛇头朝上转
- 长按：退回到主菜单

当蛇头朝上时

左键：
- 单击：蛇头朝左转
- 长按：无效果
右键：
- 单击：蛇头朝右转
- 长按：退回到主菜单

当蛇头朝下时

左键：
- 单击：蛇头朝左转
- 长按：无效果
右键：
- 单击：蛇头朝右转
- 长按：退回到主菜单

康威生命游戏

康威的生命游戏无需操作，会在最后趋向于一个平衡的状态

左键：
- 单击：无效果
- 长按：无效果
右键：
- 单击：无效果
- 长按：退回到主菜单

🖼️ 静态图片

可以切换不同的图片，分别为修猫、桃子、爱心、小鸭、剑、修勾

左键：
- 单击：切换
- 长按：无效果
右键：
- 单击：无效果
- 长按：退回到主菜单

🆎 字母

可以切换不同的字母，共26个

左键：
- 单击：切换
- 长按：无效果
右键：
- 单击：无效果
- 长按：退回到主菜单

🔢 数字

可以切换不同的数字，共10个

左键：
- 单击：切换
- 长按：无效果
右键：
- 单击：无效果
- 长按：退回到主菜单

🔧 工具

可以切换不同的亮度，共5档

左键：
- 单击：切换
- 长按：无效果
右键：
- 单击：确认并保存亮度
- 长按：退回到主菜单，不保存

🔋 电量检测

在非游戏运行中的状态下时，同时按下左右键可以显示当前电量，共有5档，电量显示3s后恢复之前的状态

注意事项

锂电池

电池推荐购买602025,3.7V锂电池

有三种方法连接电池，都需要有一定的动手能力

1、购买带接头的电池，购买对应的母线，将母线焊接在PCB上并连接电池
2、购买不带接头的电池，购买对应的母线和公线，将公线焊接在电池上，并将母线焊接在PCB上并连接电池
3、购买不带接头的电池，并直接将电池焊接在PCB上，最方便但不推荐，线容易断，打个胶的话那就没问题

记得把电池线中裸露的金属部位用电工胶布捆一捆，避免出现短路情况

遮光板

实际上使用的时候，灯光会比较闪，因此可以买1mm厚的遮光板来让效果更好（照片中没有安装），遮光板的厚度在设计外壳时有考虑到，会有一个槽

实物图

钥匙扣斜刘海顺便致敬陶喆 ⬇

硬件清单

遮光板（1mm）、钥匙扣、602025锂电池、PCB、3D外壳（表壳）、3D外壳（背壳）、TTL转串口模块（烧录）

请参照附件中的 购买链接

下单步骤

PCB下单

嘉立创每个月都有两次免费打样的机会

在项目的PCB中点击下单

板厚选择1.2或1.6都可以

层压顺序直接选择我是采购（手动狗头）

其他的根据系统提示以及个人爱好完成选择

3D外壳下单

嘉立创每个月有一次免费的3D打样机会

点击进入3D打印下单界面

将附件中的3D文件（表壳和底壳）拖动进去

免费打样需要选择X树脂

选择完成后即可免费打样

环境准备步骤

点击打开环境资料，提取码1234

Arduino下载

Arduino IDE下载地址

点击download下载并自行安装，也可以在网盘的环境资料中下载直接安装

安装必要的库

打开库管理器

点击INSTALL安装这个库，等待安装完成

Arduino库

这个库也是我写的，在里面实现了较为底层的代码，封装好了方便二次开发调用，感兴趣的话可以去Github仓库看一下原理是什么，开发的语言是C++，但假如你有C语言的基础也是很容易能理解的

https://github.com/Eason-SYC/WS2812_SYC_Air001

安装板级支持包

在线安装

打开File -> Preferences

点击箭头位置

输入以下地址：https://espressif.github.io/arduino-esp32/package_esp32_index.json

点击板级支持包图标

搜索框输入Air，就会弹出以下信息，点击INSTALL

安装完成

正确选择芯片

尝试编译

编译成功，说明环境成功安装

如果在线安装失败，可以看下面的离线安装

离线安装

打开File -> Preferences

在电脑中打开这个位置

将网盘中的AirM2M文件直接拖到此电脑的这个位置，重启Arduino IDE

正确选择芯片

尝试编译

编译成功，说明环境成功安装

烧录步骤

请注意，为了优化成本与空间，本设计省略了Boot与Rst物理按键。在调试阶段，可利用面包板构建外部按键电路，并配合TTL电平转换模块进行操作。

烧录程序时，需将Boot引脚置于高电平；烧录完成后，将RST引脚置于低电平，即可启动程序运行。

首先要准备一个TTL转串口模块，我这个是无聊的时候自己设计的，市面买不到同款，但是淘宝上可以找到其他款式的，功能一样的

再准备一根转接线，购买链接在附件有。连接一下

在讲解如何烧录前，我们需要先知道这几个引脚分别都对应了什么

这下就一目了然了，我们还需准备两个按键、一块面包板、若干公对公杜邦线就可以开始接线了

如图先连接四根线，
1、钥匙扣的3.7V连接到TTL转串口模块上的3.3V上
2、钥匙扣的GND连接到TTL转串口模块上的GND上
3、钥匙扣的TX连接到TTL转串口模块上的RX上(重要！勿接错)
4、钥匙扣的RX连接到TTL转串口模块上的TX上(重要！勿接错)
这样就接完一半了