赶在最后一刻——徒步者探险装备完成

drjloveyou 发表于 2011-9-12 21:18

俗话说，最后的最好的。:Laugh: 
赶在今天，中秋佳节，也是ADI比赛的截止时刻，将我们小组制作的“徒步者探险装备”制作结果，向大家通报下。:Laugh: 
开场白不多说，下面请看我的视频介绍吧：
http://player.youku.com/player.php/sid/XMzAzNTg3NDU2/v.swf

徒步者旅行装备的设计初衷主要是为了制作一款体积小巧、功能强大、精度高的运动装备。使用者可以把它放在兜里带着它到处跑，也可以把它别在腰间用来测量步数估算卡路里消耗等，同时还要保证其可靠性并且基本不受自然条件下的使用环境影响。
因此，在设计这款作品的时候，我将其体积小巧和功能多样作为最主要的考虑依据。依托ADI的相关试验芯片的高稳定性、高精度性以及小巧的封装尺寸，我希望设计出一款性能出色品相完美的运动装备产品，该产品归类于消费电子类。
ADI的实验电路和ADI的各种丰富多样的芯片，似乎都在昭示着ADI公司的产品以工业生产检测类电子为其主要的应用对象。诚然，ADI的很多很多芯片的高精度和高可靠度的特性以及丰富的应用电路方案，一定能够打动许多工业电子生产设计商。这似乎与追求简化外围器件和对高精度测量要求不是很高的消费类电子设计有些相左。但是通过合理运用和设计之后，ADI产品的出色性能一定也能为消费电子所用。
参赛组员：zerine、drjloveyou
 
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<TABLE style="BORDER-BOTTOM: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-LEFT: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-COLLAPSE: collapse; DIRECTION: ltr; BORDER-TOP: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-RIGHT: #a3a3a3 1pt solid" border=1 cellSpacing=0 cellPadding=0 valign="top">
<TBODY>
<TR>
<TD style="BORDER-BOTTOM: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-LEFT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 4pt; PADDING-LEFT: 4pt; WIDTH: 1.489in; PADDING-RIGHT: 4pt; VERTICAL-ALIGN: top; BORDER-TOP: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-RIGHT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-TOP: 4pt">
项目名称</TD>
<TD style="BORDER-BOTTOM: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-LEFT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 4pt; PADDING-LEFT: 4pt; WIDTH: 6.279in; PADDING-RIGHT: 4pt; VERTICAL-ALIGN: top; BORDER-TOP: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-RIGHT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-TOP: 4pt">
徒步者旅行装备</TD></TR>
<TR>
<TD style="BORDER-BOTTOM: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-LEFT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 4pt; PADDING-LEFT: 4pt; WIDTH: 1.489in; PADDING-RIGHT: 4pt; VERTICAL-ALIGN: top; BORDER-TOP: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-RIGHT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-TOP: 4pt">
功能特点</TD>
<TD style="BORDER-BOTTOM: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-LEFT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 4pt; PADDING-LEFT: 4pt; WIDTH: 6.279in; PADDING-RIGHT: 4pt; VERTICAL-ALIGN: top; BORDER-TOP: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-RIGHT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-TOP: 4pt">
制作一款大小约为4*6cm的探险手持机，可挂在腰间。
拥有的功能：电子指南针、计步器、大气压检测（高度度量）、温度计、野外照明、充电和电量检测功能等。
TFT彩色液晶翻页显示测量数据，仅用两个按键却能提供快捷操作。</TD></TR>
<TR>
<TD style="BORDER-BOTTOM: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-LEFT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 4pt; PADDING-LEFT: 4pt; WIDTH: 1.489in; PADDING-RIGHT: 4pt; VERTICAL-ALIGN: top; BORDER-TOP: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-RIGHT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-TOP: 4pt">
实施方案描述(包括所用到的核心器件)</TD>
<TD style="BORDER-BOTTOM: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-LEFT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-BOTTOM: 4pt; PADDING-LEFT: 4pt; WIDTH: 6.279in; PADDING-RIGHT: 4pt; VERTICAL-ALIGN: top; BORDER-TOP: #a3a3a3 1pt solid; BORDER-RIGHT: #a3a3a3 1pt solid; PADDING-TOP: 4pt">
本方案将采用stm32f103rb系列微控器作为主控，
大气压强检测部分：采用MD-PS002压强传感器、AD8236仪表放大器和AD7740V/F转换器
计步器部分：采用ADXL345加速度传感器
温度计部分：采用ADT7410数字温度传感器
电子指南针部分：采用霍尼韦尔公司的HMC5880L磁场传感器
充电部分：采用ADI公司的ADP2291充电芯片
整压芯片：采用ADI公司的ADP3338_3.3线性整压器
触摸控制和电量检测采用ADI的AD7879四线电阻式触摸传感器并同时负责做电量检测</TD></TR></TBODY></TABLE></DIV>
<DIV style="DIRECTION: ltr">美图欣赏：</DIV>
<DIV style="DIRECTION: ltr">开机启动界面，当然要打上EEWORLD的logo啦</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">温度计部分界面：</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">计步器界面：</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">指南针界面：</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">气压计部分：</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">徒步者美图欣赏：</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">徒步者美图欣赏：</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">徒步者的实际尺寸大小：</DIV>
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<DIV style="DIRECTION: ltr">  
1，硬件原理图设计：

电源部分电路设计：

电源部分设计时采用miniUSB接口给整个系统供电，首先5V电源进来后利用ADP2291给电池充电，这里断开S1将只给电池充电，合上的话将同时打开整个系统。
电池电源经整压器后输出稳定的3.3V电源给后面的系统使用。
这里有个失误的地方。。。。就是无法输出5V电压，这点是在我打完样板回来焊接调试时才发现。。。为时已晚，会导致后部的一些需要5V系统电压的芯片无法正常工作。这里正确的设计应该是增加一个升压芯片（如ADI公司的开关控制器）以保证5V稳压输出。
 
温度传感器部分电路设计：

 
温度传感器我使用的是ADI公司的ADT7410，它使用I2C接口，具有外围器件少，测量精度高，支持标准I2C协议，体积小巧等一系列优点。为了减少板子尺寸，减少传感器尺寸以及对外围器件的需求是一个非常重要的考虑因素，同时还要保证其测量精度等等，那么ADI公司的这款温度传感器是一个不错的选择。
气压传感器部分电路设计：

气压传感器部分，我使用的是上海铭动的产品，可测量的范围在0~150kPa,完全能够满足对大气压强测量范围的要求了。
触摸屏部分电路设计：

唯一对于个人开发者比较难办的事情就是其封装，这种焊盘全部在芯片底部的封装形式，对大多数人来说，手焊根本就是不可能的事情了。
 
液晶背光控制电路设计：
液晶背光，我用一个GPIO口控制ctrl1和ctrl2两个脚，来达到控制4个液晶背光LED的目的。

磁场传感器部分电路设计：

磁场传感器选用的是霍尼韦尔的HMC5883L，对于±2高斯范围的磁场很敏感,分辨率小于100毫高斯.这种灵敏度,可以与大约为0.6高斯大小的地球磁场相比较,测量分辨率为1/6000。
加速度传感器部分电路设计：

加速度传感器使用的是ADI公司的ADXL345，测量范围我选择的是±4g，用SPI接口。
2,打样板归来

整个电路板采用双层板，4cm*6cm，设计相当紧凑，相当给力。:lol 
3，基本焊接完成照
反面：

正面：

 </DIV>

[ 本帖最后由 drjloveyou 于 2011-9-12 23:29 编辑 ]

suummer 发表于 2011-9-12 22:31

哦哟，沙发:Laugh:

drjloveyou 发表于 2011-9-12 22:50

回复沙发 suummer 的帖子

沙发我是要用的。。。。我汗。。。。:Sweat:

drjloveyou 发表于 2011-9-12 23:55

4，程序原理设计：
①液晶驱动设计
液晶采用的是2.4吋的TFT26万色彩屏，带触摸面板，驱动IC是ili9328。这次液晶采用的是i80-system模式的16位并口连接，以前做过用SPI口驱动的，发现速度不够快，所以这次改用并口试试，发现速度确实要比用SPI接口的方式快很多。为了显示汉字，我为它自己设计了一套汉字搜索方法，方便快速，添加新汉字以及显示函数的调用都很方便。哈哈。
<IMG alt=:Laugh: src="file:///C:/Users/DRJ/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/02/clip_image001.gif" width=48 height=51>
16根数据线，可同时传输两个字节了，然后是四个控制线（cs,rs,wr,rd），然后复位线、电源、GND，然后四个液晶背光控制，然后四根触摸控制线。

液晶接口驱动的时候，要特别注意对驱动IC中的一些寄存器的配置，否则是很难点亮液晶屏的。然后我认为你要注意时序图和控制信号的逻辑。

i80-system接口的时序图。

四根控制线所产生的操作效果。
②计步器研究
当你在运动的时候，我们知道ADXL345加速度计可以得出xyz三个方向上的加速度值，那么是不是可以认为当我们行走的时候，无论计步器你怎么放，总有一个方向上的加速度变化是最明显的吧，我们就可以把那个轴上统计得到的加速度值作为自己计算的基础，这样就可以实现全方向的计步了，而不必特意规定加速度计的摆放姿势。
然后，ADXL345有一个32个数据保存功能的FIFO缓存，这样可以大大减少用CPU访问加速度计的次数，假设一下，人行走的或者跑步，步频大约在0.5步/s~5步/s，如果我每步采样20个数据值，每个数据值由4个滤波值滤波得到，那么为了保证步数不丢失，我一秒钟至少要统计5*4*20=400个数据，也就是说ADXL345的输出至少要在400HZ，那么如果我每2.5ms就去访问一下加速度计显然不实惠啊，所以有了这个FIFO的缓冲真的是很方便。大大降低了CPU的访问次数。
你想想看，如果我知道了使用者的身高体重，那么我能得出什么？人的步长是和身高以及速度有关的，而卡路里消耗是和体重以及速度有关的。你跑的越快，你步长也越长，你消耗的也越多。这样我通过统计步数，也能估算出你走路的距离和你消耗的卡路里了。很有趣啊。
③电子指南针研究
我们知道地磁场，南北方向上是最强烈的，当我们把徒步者水平摆放的时候，它在水平XY方向上测量得到的磁场强度，其实就是地磁场的水平分量啊。。。。那么我们把XY方向上的值正交一下，地磁北的方向不就知道了吗。。。SO EASY。。。

④气压传感器研究
气压传感器我们使用的铭动的MD-PS002，它在150KPa范围内的输出范围是60~100mV,我们就是需要取这个范围的电压信号进行放大，然后再V-F转换成数字信号传给CPU即可。AD8236的仪表放大器的增益范围在5~200，我给它设定50倍的放大，那么放大后的信号在3V~5V之间，用AD7740进行伏频转换，我给它的参考电压为5V，那么0~5V的电压范围，它的转换输出在10%~90%的最大输出频率。这样我用CPU就可以知道气压传感器的输出压强了。但是要说明的是，由于我设计上的失误，这块初版上的电源无法输出5V电压，所以气压传感器就无法驱动了。遗憾啊。。。。。
⑤温度计研究
温度计的设计是最容易的了，温度传感器使用的是ADI公司的带I2C接口的ADT7410，虽然容易，但是这块片子是16位，±0.5℃的精度，可谓精度颇高啊。。。它有一个每秒采样一次的省电模式，对我的设计很有用！

drjloveyou 发表于 2011-9-13 00:06

原理图设计和相关资料

徒步者原理图

PCB资料



物料清单

ADP2291充电芯片

ADXL345加速度计资料

ADM8843液晶背光控制

AD7879触摸控制及电量检测芯片

ADT7410温度传感器

HMC5883L磁传感器

AD7740伏频转换器

AD8236仪表放大器

MD-PS002气压传感器

源代码

请大家珍重我和我朋友的劳动成果啊，真的想要可以联系我或者我朋友，或者努力往论坛里“灌个水”吧，管理员看东西是不用芯币了，正好:lol 

[ 本帖最后由 drjloveyou 于 2011-9-13 00:49 编辑 ]

zerine 发表于 2011-9-13 12:49

哈哈~~~希望能火~~~~

drjloveyou 发表于 2011-9-13 13:01

回复 6楼 zerine 的帖子

那是必须地，等着吧:Laugh:

qingfeng029 发表于 2011-9-13 16:05

:loveliness: 看看

chunyang 发表于 2011-9-13 16:11

呵呵，祝贺楼主如期完成。

wanghongyang 发表于 2011-9-13 16:17

:kiss: :kiss:

drjloveyou 发表于 2011-9-13 17:11

回复 9楼 chunyang 的帖子

thanks :kiss:

fengzhilengye 发表于 2011-9-16 17:06

很详细,很强大,好好学习

zerine 发表于 2011-9-18 22:14

活动总结by——zerine

首先我想感谢我的好朋友drj的指导和帮助，感谢EEWorld提供的平台和资金支持，经过几个月的努力，我们最终拿出了一个还算满意的作品。
整个过程中感觉太多的时间都浪费在了板子的制作过程中了，“工欲善其事，必先利其器”，这句话现在是深有体会。后期的编程花的时间相对来说就有点少，这也是没有达到心中要求的一个最重要的原因。
ADI的产品给我的印象价格好昂贵，但是不得不说ADI的芯片做的实在是好，精度、可靠性什么的真的没的说。值得一提的是ADI提供了很多实验电路方案，这些真的很有参考价值，让我的思路得以拓宽。在整个过程中想找一些基本的入门案例也不大找得到，多亏了drj的帮助，让我才能一点点的建立自信。对于芯片的理解，在整个过程中数据手册的使用往往被英语水平所限制，要是能有中文的数据手册就好了。
至于建议，我觉得还是多一些入门或者具体应用的例子，这样也可以方便更多的初学者能够了解并深入到到ADI的芯片应用之中。还有就是能够增添具体的实验电路的方案，还有就是感觉ADI能不能扩大DIY大赛的比赛范围，拓展到学校里面，让更多的学生能够了解ADI的经营理念以及产品品质，提高了自身知名度的同时又让参赛的人提高了能力。

zerine 发表于 2011-9-18 22:14

:carnation: for drj

chenzhufly 发表于 2011-9-18 22:40

做的不错啊
:)

drjloveyou 发表于 2011-9-18 22:43

ADI实验室电路大赛总结

经过这将近两个月的比赛过程，呵呵，其实也不像全国大奖赛那样紧张，全是凭自己的一腔兴趣，好好的享受DIY的过程，并且在这学习、研究、自己给自己搞脑子的过程中，使自己学到不少的知识和总结出一些有用的经验，并且能够充分享受到完成时的喜悦与满足感。
对于我个人来说，这两个月来，基本上像打仗一样，白天没有时间搞，都是每每晚上，回到家，搞上那么几个小时，临近到快截止的时候，更是天天弄到深夜，那时候总感觉很紧张，要是搞不出来，对不住partner，对不住忙里忙外张罗的SOSO姐，也对不住为大家提供了这么好实验平台的ADI公司和EEWORLD。总感觉背着几分担子，一定要完成一定要完成。
言归正传吧，总结一下。
首先呢，我想，这次比赛是一次检验自己能力的过程，每次做项目不论在模电上还是编程还是算法的研究上还是理论上都会收获颇多，而且越发觉得很多东西哪怕就是自己正在做的领域，也有很多不明白不清楚和不了解的地方。每次，都会很有激情的去考虑去实验去验证。从想法产生到知识消化到理论验证到自己动手设计电路到制作PCB到编写程序到调试到失败到调试到反复失败到几近崩溃再到一点点一部分一部分的成功到最后完成。每一个环节，都能令自己细细回味一番。我想说，我不是一个聪明的人也算不上在这方面有talent的人也不是一个愚笨的人，我只是一个普普通通的人，通过经常的自我学习自我努力不断的总结才有今天的能力，如果每次都有所收获，每次都能做到八九不离十的话，对自己也是一种慢慢的肯定，也是自己不断坚持下去的动力。
然后呢，我说，这次比赛，感谢我的朋友能够和我一起完成这个比赛，不论结果如何，两个人一起努力的过程很重要。都是有梦想的孩子，要一起加油下去啊！
这次设计制作过程中，自己给自己找了不少麻烦，想要挑战自我，首先吧，就是这个板子的设计，真的实在是太小了，布的东西又很多，或者是自己画板子的水平还很菜，推翻重画了两次，为了能达到理想的效果，小巧精致又实用。其次，就是ADI公司的芯片，很多都是采用那种焊盘在底部的封装形式，而且芯片做得异常的微小，最小的一个我记得是3x3mm，底部有16个焊盘，当时，自己很傻很天真，认为检验自己的时候到了，自己能搞定这种封装，结果，当然是那叫一个杯具。为了焊这种贴片，自己又去买了热风台，还是不行。无奈，去外面请了人帮我焊了这类芯片。最后，自己多练习了几块，竟然也掌握这个封装的手焊方法，调试的时候有一个ADXL345的加速度传感器就是我手焊换上去的。哈哈。不错。
其次，在编程和调试上，自己也遇到了一些困难，不过和先前的硬件准备和调试上，都不值一提了，最后都能比较轻松的搞定了。
然后谈谈对ADI实验室电路器件和参考资料的一些感想，首先，毋庸置疑的一点，就是我非常肯定ADI的这些芯片和传感器的性能。在传统芯片上，比如一些传统的整压芯片ADI能有自己的高性价比，同时她还有创新，设计出很多新型的集成度更高封装更小的芯片，比如电源芯片，传统设计中，你可能为满足不同指标的电源需求，而运用几个不同电源芯片，现在ADI做到集成，用一片解决问题。有时候，翻着最新的产品手册，感叹，一两年前的东西和现在同类的相比，真的差好多，技术革新的好快。其次，在传感器领域，我想说，ADI公司能够推出在各个领域上都有很高性能的传感器芯片，比如这次使用的ADXL345，精度达到2mg/LSB，同时又有32级的FIFO缓存，要知道，这缓存的意义有多重要，它在高速测量下为CPU节约的可不止是一点点时间，节约了CPU的时间就是提升了CPU性能。如果没有32位FIFO缓存，可能原本我就需要CPU每1ms去访问加速度计一次，而现在呢？我最长可以每32ms去访问一次，一次就能读取32个有效数据，这是多么大的提升。还有ADI的AD7879触摸控制器，在原有的作为触摸控制芯片的同时，你还能让它兼有检测电量的功能，又节约一个CPU片上AD。还有液晶背光控制芯片AD8843，能够分别控制液晶的主背光源和副背光源，你还可以通过调节方波占空比来达到调节光源亮度的目的，这样做的直接好处就是避免了背光LED的闪烁问题。芯片封装的小型化，确实是一个趋势，ADI在这方面显然走在前面的，比较新出的芯片，都是很小封装的贴片，这个我们这次实验电路大赛比赛的朋友们会带来一定的难度，加大了纯靠手焊的难度，有些甚至无法徒手完成了。还有ADI实验电路里有很多丰富的电路设计资料和讲解，我也参阅了其中许多，它不光包含电路设计，还有设计的运用之处，这些都很不错。希望ADI公司以后能够加丰富它，把ADI的实验室电路这一整个系列作为自己一家所独有的品牌，让别人能记住你了解你。还有，我想提的一点就是，ADI的某些数据手册上有错误，以及ADI官网上的某些连接，可能是例程连接，或者封装连接，不能使用或者失效了。不是一个很好的用户体验。比如，在ADT7410的数据手册中，这个时序图上就有错误，图上那个红圈圈出的我认为应该是A1，如果ADI工程师得到确认，还请尽快修正。谢谢。

最后谈点感触吧：
其实，为什么呢？为什么有一堆堆的傻孩子，想给自己找麻烦，整天跟自己过不去，跟自己搞脑子，去从事嵌入式这行业，要做一名开发人员，其实在你的职业寿命中，我觉得注定是要一辈子学习下去的了，只有不断的学习新技术新方法才能一直呆在这个行业里生存下去。有时候，自己想想，好不容易。自己身边同一专业的同学，毕业后还能从事本专业的人，少之又少，个位数就能数过来了，大多数人都去做不相关的事情了。我其实一直想说，中国人不少，搞销售跑业务的人就更不少，能专心搞搞工程技术行业的就少了，能认认真真专心搞搞技术研究的就更更少了。我总归觉得，光靠金融和嘴皮子是托不住国家的未来的，中国要根基牢固要站起来，一定要搞好技术。世界上的发达国家，有哪一个不是基础工业十分了得的国家？又有哪一个国家是仅靠金融、销售、就能强大的吗？没有的。我希望能多一点的人，能够安稳下心来，能够成为实干家。能够把自己的聪明才智，发挥到技术研发上。

drjloveyou 发表于 2011-9-18 22:49

回复 15楼 chenzhufly 的帖子

谢谢空灵哥，嘿嘿:hug:

cat3902982 发表于 2011-9-23 15:45

楼主很强悍，支持一下。

chunyang 发表于 2011-9-23 16:38

呵呵，祝贺楼主实至名归了。

drjloveyou 发表于 2011-9-23 17:02

回复 19楼 chunyang 的帖子

谢谢您耐心的为大家解答

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