【EasyEDA杯】手表二号（STM32+蓝牙4.0+三轴加速度）

渴望阳光的种子

    还记得手表一号的制作：http://www.ndiy.cn/thread-42852-1-1.html
    如今已经有了半年的时间，我也已经置身社会，不再是一个大学生了。回顾手表一号的制作过程，还历历在目，一个人的制作需要花费的时间和精力太多，要解决的难题也不少。而这次的手表二号也同样如此，本来中途几经放弃，但又重新振作精神，终于在这个初秋把它完成了。
    这次的手表二号与手表一号有重大的改变，几乎是全部焕然一新，虽然最后有些不足，但我觉得自己已经很努力了。
    首先，最大的改变要数外观，之前手表一号用的亚克力外壳，现在我采用了当下比较流行的3D打印技术，其次是表带，采用1.6mm的PU皮表带，再者主控从stc改为cortex-m0内核的stm32f030c8t6，然后是屏幕，为了省电采用的是0.49寸最小的OLED屏幕，最后，加上了三轴加速度芯片ADXL345,以及蓝牙4.0的模块DA14580。下面将依次介绍它们。
    在介绍它们之前，小伙伴们可能很想一睹手表二号的面容了，那我们先说说整个制作过程吧，嘿嘿。
    首先，做完手表一号之后，我为了能用上stm32的芯片做手表，开始学习它，我发现网上大多是stm32f103xxx和stm32f051xxx的教程和开发板，于是先学了，后面发现清风有stm32f030xxx的教程，于是再学它，030和051的芯片非常相似，除了比051少了电压比较器和DAC之外其他基本都相同，但是价格却要便宜很多，这也是我要采用它的原因之一。由于当时资金有限，我就自己做了个最简单的开发板：


    怎么样，很丑吧？不过虽然丑，但实用，并且只是做实验用用，不要在意这么多啦。另外说一下，虽然同为LQFP封装，stm32芯片的引脚比stc芯片的引脚要密一些，洞洞板可能有点困难（大神忽略）。
    不知道用这个板子测试了多少次程序，RTC时钟程序，ADXL345各个模式程序，蓝牙4.0模块程序，OLED驱动显示程序，ADC测电压程序，低功耗程序，计步程序等等。总之，漫长啊。。。然后终于是成形了，接着开始画电路和PCB了：


    采用双面板，尽可能地把面积缩到最小，最终尺寸为20×20mm，这个布线规则要考虑到商家的规定，另外，蓝牙模块天线下不可布线，会严重影响通信。在这个设计阶段我出现了一些错误，首先是OLED电路图画错了，导致PCB也错了，然后已经打样回来了，只好用小刀和飞线改，不过还好只有一条线错误。所以我们设计的时候一定要考虑周到并重复检查，确保无误。还有一个错误就比较致命了，属于设计上错误，下面会重点提及。



    打样回来的PCB，看着还行吧，普通的绿油，普通的板子，哈哈，焊上OLED，额，咋不亮，还好一下子就发现是连线有错误，改过来了，现在的电路图和PCB文件也改过来了。
    好，PCB回来了，再就是根据PCB大小设计外壳了：
   

    在某宝上的3D打印看时，说是很多画图软件都可以，不过要stl文件。本人有CAD证书，然而，并没有什么用，还是不会画。在网上看到说CAD主要画平面工程图，立体图虽然也能画，但是不怎么好。所以我打算自学一个画图软件了，有看到3DMAX，不过听说很难学，所以我就找了个简单易学的，也就是Sketchup。在某个自学网上开始学习，终于学得一点皮毛，可以画出像样的图了，不过还是失算了一把，上面看到的是第二次设计的外壳，虽然还是不如人意，但是也勉强过关，第一次设计的就垃圾得不行。结果3D打印了两次，花了米米不说，还浪费了时间，宝宝心里苦啊，但宝宝不哭。
    来看看3D打印效果如何：




    感觉还行吧，再牵强也只能怪自己画图画得不好，和表带不是很搭，因为树脂是米白色的，表带用的亮白，不过配其他颜色表带就更不行了。可以看到，比起手表一号，这个手表二号又要小很多。
    好，这下终于可以装机测试啦，首先焊接元件到PCB，这里有个元器件焊接有点难度，便是ADXL345了，它采用的是LGA的封装：


    小也就算了，引脚都在背面，在网上搜这种封装的焊法，其工厂工艺是SMT机，打钢板，送回流焊，当时就觉得要用热风枪，只可惜热风枪在家里，没办法，电烙铁硬上了。为啥要急着硬上呢？因为当时马上就要毕业了，想在毕业前送给她，这个手表由于前面的各种已经拖了好久了。
    结果，坑爹的事情就此发生，之前我说过有个设计上致命的错误，那就是我在ADXL中断2端口与单片机中断端口之间接了个三极管（为什么要接三极管，后面讲ADXL功能时会提到），结果导致低功耗测试通过不了，一直有个3ma左右的大电流，于是我对模块进行一一排查，然后检查到ADXL芯片输入的电流达3ma，当时我认为虽然ADXL和单片机通信成功了，但是或许中断端口发生了短路，于是用烙铁强行把ADXL345拆下来，结果可想而知，报废了一块PCB和一片ADXL345。之后我又想通过飞线的办法将ADXL飞上去，结果又报废一片ADXL345，这芯片的引脚太弱了，加温时间稍长就脱落了。。。
    这是我做手表二号最惨痛的教训，随后耽搁了好长一段时间不想理它，也是忙毕设去了。然后后面又想做事得有始有终啊，所以有了下面这个奇形怪状：

    哈哈，直接将ADXL模块上的挖下来，飞线上去，这就尴尬了不。然后一检查，我去，还是有3ma大电流，然后才发现大电流来自三极管，我的心好痛啊，我恨不得把那个三极管碎尸万段，因为之前的ADXL345确实是焊接好了。
    唉~终于，我还是回到了家，用上了热风枪，轻松解决无后患。
    当然，三极管是不能用了，思索再三，改了程序解决了问题，上续电路图中已经改了，但是PCB文件还没改，仍然有个三极管。




    好，prefect！额，松香加得有点多，不怎么漂亮哈。可以用清洁剂洗掉，不过那瓶清洁剂被高铁的阿姨收走了，说是会爆炸，我就只能呵呵了。
    有木有注意到我的蓝牙模块，是的，就在ADXL345旁边，它非常小，也是我找了好久能买到的最小蓝牙模块了，仅有5×7mm，并且是蓝牙4.0，可以达到低功耗目标。

    弄坏了一个，心又碎了一地，不过还好不是蛋碎了一地。这种蓝牙模块嘛，对于我们这些平民DIY人士而言，价格还是相当可观的。
    焊好之后当然就是各种测试啦，通过测试来修改程序，这有是一个漫长的过程。。。


    好的，屏幕成功点亮，装机吧！



    额，别想着装机就完了啊，还是要引出烧录引脚，还是要测试要改程序，不用说，漫长，因为我并没设计按键，一切操作都要看ADXL345的了，所以必须带手上测试。
    最后，程序定型了，不过仍然有很多需要改进的地方，但不能老是拖着，所以也算圆满结束啦。最终装机，拆除多余测试线：

    只剩两根充电线，充电接口为安卓手机通用接口。




    赶紧戴上瞧瞧，嘿嘿，有模有样的，就是表壳略大，还有表耳的设计不好。



    充电中，背面可见4颗小螺丝。

    点亮！我无法形容此刻的心情！
    下面来看一下演示视频吧！首先不足之处先做说明哈，由于ADXL345和OLED屏幕共用I2C总线，所以导致有些冲突，显示可能会有点问题，但是看时间绝对是没有问题的。另外，计步功能不够完善。还有就是，熄灭之后不能马上尝试唤醒，必须等待两秒左右，这个后面讲。其他问题欢迎指正。
    首先是首次上电开机测试视频：


    然后是各功能演示，视频倒了是由于我只有一个人，自拍自演不好弄，对不住大家了!



    还有一个利用单双击操作的视频不知怎么上传不了，算了。
    下面我将介绍各芯片模块和我的设计，没有图片了哦，纯文字讲解。
    一，主控STM32F030C8T6，具有64K的flash，程序空间足够，我仅用了30K，用到的外设：RTC，配32.768K爱普生贴片无源晶振，提供准确时间，I2C，与ADXL345和OLED显示屏通信，USART，用于调试以及与蓝牙4.0模块通信，ADC和DMA，检测电池电量，在这里我采用两个100k的电阻分压检测，其耗电20ua左右，本想用更大的电阻，但是会检测不准。
    二，ADXL345三轴加速度计，具有低功耗能力，待机0.1ua，休眠23ua，具有敲击检测、静止活动检测、自由落体检测（没有用到）、自动休眠、FIFO等功能，具备两个外部输出中断。流程：上电时，打开敲击中断检测单击与双击并通过中断1控制CPU，CPU进入待机前将其自动休眠和活动静止功能打开，检测到活动时，通过中断2唤醒CPU，当进入计步模式时，打开FIFO功能和水印中断。这就是它的三个模式。其中要实现也是非常困难，有许多寄存器要配置，比如敲击阈值，敲击持续时间，敲击延迟，敲击窗口，中断使能，中断映射，活动阈值，静止阈值等等。每个功能都有对应的轴检测，比如，我唤醒使用的活动中断就是检测X轴，也就是与手臂垂直的那个轴，所以快速地转一下手会将其唤醒。
    之前所说的一个问题，就是为什么要加那个三极管呢？因为它的两个中断要么全设置成低电平触发，要么全高电平，但是CPU待机唤醒需要在WKUP引脚给一个高电平（低电平复位不行，因为ADXL在中断数据未被读走前一直保持中断，那么CPU将不能正常工作），而其他中断要低电平，所以加上三极管做非门用。后面程序改为换模式时更换中断设置解决了此问题。
    三，蓝牙4.0，芯片为DA14580，小米手环1里面也是这个芯片，它为cortex-m0内核，这样我的手表里面还是m0双核呢，哈哈
    四，充电芯片和稳压芯片为TP4057和RT9193.
    五，低功耗设计，注意事项：
        烧录完程序boot0会接地运行程序，这时要去掉上拉电阻，否则有损耗
        CPU停机模式一定要关闭ADC，DMA等外设，没关闭前1ma左右，关闭后300ua
        ADXL345可通过降低电压来降低功耗，U=2.5V时，测量23ua，待机0.1ua
        降低CPU主频，48M下16ma，16M下8ma，8M下6ma
        关闭不使用的外设时钟
        实测：CPU待机4ua，OLED休眠6ua，关闭0ua，ADXL345待机5ua
        由于我的设计没有按键，ADXL345不能待机，只能休眠
    六，计步功能简要说明，（我也是参考网上的，大家有兴趣可以去搜去研究）
        如果记10~100次数包含一个步伐，则速度为0.2s/步~2s/步，这是正常范围
        为使数据平滑，需要使用数字滤波器，即求平均值法
        系统持续更新三个轴数据，找到MAX和MIN，求平均值即为动态阈值，假设每采样50次更新一次，则确定动态阈值后，接下来50次可判定个体是否迈出步伐
        步伐迈出定义：当加速度曲线跨过动态阈值下方时，加速度曲线斜率为负值
        峰值检测：根据X，Y，Z轴中变化最大的一个轴计算步数，如果加速度太小则忽略
        排除无效震动：时间窗口和计数规则。（排除高频震动和低频震动）


    关于是否开源的问题，之前看到有人的资料被拿到网上去卖，所以有些顾忌，开源是为了增加大家一起学习一起进步的，切不可用于商业用途，在这里我的资料设置一些权限，如果有需要的可以在下面留言，有问题的也可以在下面留言。


    OK！以上是我所有的阐述，欢迎大家询问和指教，再次感谢论坛，感谢大家，这两年里，在论坛学到了很多很多，从最开始的什么也不会到现在的一些制作，都来自论坛的帮助，真的很感谢大家！

设计的挺好   给你点赞

还有一点忘了说，就是感觉蓝牙模块没实现什么特别的功能，感觉有点浪费，是这样的，因为我自己不会做app，所以没办法，只能说，以后再努力吧

楼主  3D打印一般在什么价位？给个参考

楼主做的不赖，赞一个

会机械制图，又会设计电路板，还会写程序！楼主就是全才的大神啊！！！！！！！！！

会机械制图，又会设计电路板，还会写程序！楼主就是全才的

原创好帖，点赞了。，。，

不错  楼主能给权限下载吗

感觉STM32的时钟不是很准。