极客感十足的电子胸牌 ART-Badge V2.0开发记录！

来源:嵌入式大杂烩发布时间:2021-12-071454浏览

开源地址：https://github.com/ART-Badge

前言

关注 RT-Thread 的同学肯定知道，RT-Thread为了向众多开发者展示RT-Thread的最新开发和生态建设成果，每年都会举办一场开发者大会（简称：RDC — RT-Thread Developer Conference），在 2020 年度的开发者大会上，我们 RT-Thread 给到现场的每个开发者们都发放了一个电子胸牌，胸牌的名称起名为 ART-Bagde。

另外，特此感谢在本次电子胸牌制作过程中REALTEK、创凌对我们的支持！

ART-Badge是什么？

首先附上两张渲染图↓

ART-Badge正面图片

ART-Badge反面图片

再来看视频↓

功能设计篇

首先让我们看一下，今年的电子胸牌比较去年款有哪些升级，增加哪些功能？

先看一下 2020 款 ART-Badge 的主要功能：

微信小程序使用蓝牙推送开发者信息（姓名、公司职称）
软件 RTC 同步时间
首界面展示时间+手机推送的信息
两个app demo：蓝牙传输助手+使用说明

今年，我们在去年的胸牌的基础上进行了大幅度的升级与优化，废话不多说，下面直接贴一张功能设计和拟用技术路线的导图↓

思维导图

开发流程图

概括一下，ART-Badge V2.0主要有以下新特点：

自主设计的电路硬件，PSRAM 扩大为8M，电池换用300mAh锂电池，可反复充电。
使用体积更小巧的 SC7A20 替换原有的 mpu6050。
添加了ADC采样电路，可以采集电池电量信息。
整体界面焕然一新，默认采用暗黑色主题背景。
使用最新发布的湃心OS V4.1开发，开发工具全新升级为基于VSCode插件模式的Persim Studio。
增加游戏、音乐播放器、电子相册…等等丰富小程序 app。
小程序全新升级：蓝牙推送用户、城市天气信息。
支持使用最新湃心OS小程序进行二次开发。

结构设计篇

由于去年的电子胸牌并没有外壳，胸牌背面的电子元器件都是裸露在空气中的，拿到手上会有明显的突出感，同时暴漏在空气中容易对电容触摸芯片产生干扰，影响用户使用效果，再加上今年的锂电池电路进行了调整：将纽扣电池更新为了锂电池，不使用胶带粘在背后无法固定。

综上，今年的电子胸牌决定使用亚克力作为 ART-Badge V2.0 的外壳设计。

选择亚克力作为外壳结构有几个原因：

其一是该方案的“视觉极客感”最强，由于直接使用透明盖板将PCB电路展现出来，颜值方面化繁为简，符合审美哲学
其次是如果使用封闭式设计的话按键误触，锂电池的插拔就变成需要考量的因素了，而夹层式的开放设计则在这方面完全无需担心
最后一个原因是，高性价比

亚克力外壳成品

电路设计篇

RTL8762D 作为主控芯片，MCU 主频为90MHZ，运行 RT-Thread 操作系统，并整体使用睿赛德科技的湃心穿戴OS，外扩了8M的PSRAM，以及16M 的片外 flash 。

ART-Badge 主要使用到串口（用于调试和控制台输出），GPIO（用于驱动按键、蜂鸣器和ADC采集），I2C接口（用于和板载的 SC7A20 三轴加速度传感器通信）。

底板的PCB采用2层Layout。板载的IC主要有：

半反半透明屏幕，分辨率 240 X 240，颜色格式 RGB565，在关闭背光的情况下依旧能有出色的可视度。
APS6404L-3SQR，PSRAM（动态随机存取存储器），用于动态加载图形资源，8M的容量十分富裕。
ch340e，USB转串口芯片，也很常用，通过 USB 线把 ART-Badge 连接电脑之后，就可以直接用串口控制台使用shell了，后面的二次开发也是使用到了串口工具 UDB 下载。
BS814A-1，电容触摸 IC，用于 ART-Badge 正面的按键交互。
SC7A20，士兰微出的一款高精度12bit数字三轴加速度传感器芯片，内置功能丰富，功耗低，体积小，测量精确。

补充一点：为了兼顾美观，正面是看不到走线的，（所以这是单面板？不）全部藏在屏幕背面了

PCB投板回来之后就是焊接技能施展阶段了，主要用到的工具有：热风枪、烙铁、镊子、锡浆、吸锡带、助焊剂等。与直插元件不同，贴片的器件由于焊盘太小（大部分的是 0402 阻容），器件分布太密集，手工焊接采用的方法主要是风枪吹焊。

pcb焊接

进行焊接的第一步是制作钢网，也就是器件焊盘的掩模，这个在设计好PCB之后把相关的加工文件发给厂家就可以进行激光切割制作了。

上一步贴片完成之后就需要用风枪进行吹焊回流了。吹焊温度大概控制在250-300度，风枪的吹嘴去掉以增大风口便于均匀加热。

软件实现篇

硬件搞定之后就开始移植软件啦，ART-Badge 运行的是基于 RT-Thread 的湃心穿戴 OS。

这里科普一下湃心穿戴OS，它是一个超轻量级、已量产的产品级穿戴操作系统平台。中间层的模块包括 GUI 引擎、通讯组件、NFC、存储类工具等。中上层是由 JavaScript 搭建的应用程序框架，最上层则是轻量级系列众多的小程序。

湃心OS

湃心穿戴 OS 有几大特色：

GUI采用可用于MCU上的第四代柿饼 GUI，具备类 Android 界面交互，支持多点触摸，效果更加炫酷，同时支持矢量图形库，具备增强的图形处理能力。
小程序的开发模式。采用类微信小程序开发模式，上手极快，应用轻量级，支持应用商店，极速安装体验，支持多国语音。
提供 MVVM 应用开发框架。应用的界面开发和业务逻辑是互相解耦的，贴合前端工程师习惯。
跨平台能力。软件一次开发，即可在任一硬件 CPU、MCU 及 MPU 平台上运行；
湃心穿戴 OS 还具备一些创新性的组件，如消息管理引擎（EMQ）、数据管理组件（DCM）、KVDB 及 TSDB 数据库、DIY 开发套件。

软件主要分为以下几个模块：

GUI模块（Graphical User Interface，图形用户界面），用于人与设备进行交互
BLE模块（Bluetooh Low Energy，语音合成），通过广播方式与小程序连接接受信息
AUDIO（音频播放解码模块），用于无源蜂鸣器对音乐的解码、播放
EMQ（Enhance Message Queue，发布订阅式的消息队列组件），能够打通 C 到 JS ，JS 到 JS ，C 到 C 的消息链路，能够很方便的将消息发到任意一个地方
DCM（Data Cache Management，数据管理组件），主要用于 JS 与 C 之前数据的交互，统一管理和控制系统中的数据统，确保各模块间数据传输的性能

GUI 最上层的开发使用 JS 语法，这个就比较有意思了，使用过 Android Studio 的小伙伴们可能很熟悉，安卓UI的应用开发是可以进行拖拽式的，这里和柿饼UI的设计器十分相似，Persim Studio 和 Android Studio 一样也是通过 .xml 的方式对界面进行管理。所以熟悉或者有过安卓开发的小伙伴会有莫名的亲切感。