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【夏日电子趣玩计划征集令】迷你时钟

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简介

做一个迷你闹钟,LCD显示屏(128X32),支持时钟显示、AHT30温湿度显示、闹钟设置等,蜂鸣器播放闹钟音乐,带有锂电池充电功能,电量不足时报警。

简介:做一个迷你闹钟,LCD显示屏(128X32),支持时钟显示、AHT30温湿度显示、闹钟设置等,蜂鸣器播放闹钟音乐,带有锂电池充电功能,电量不足时报警。
夏日电子趣玩计划项目征集令

开源协议

TAPR Open Hardware License

创建时间:2024-06-03 03:49:05更新时间:2024-06-23 14:32:46

描述

目的

1. 必须支持并参加立创的活动;
2. 设计一款迷你时钟;
3. 支持LCD显示屏(128X32);
4. 支持AHT20温湿度采集;
5. 支持闹钟显示及设置;
6. 支持闹钟蜂鸣器响应;
7. 带有锂电池,并支持充电功能;
8. 支持电量不足时提醒;
9. 支持LED提示。

硬件设计

本项目功能简单,采用立创EDA设计。整体设计如下,后文将重点介绍一下各个部分。

主控电路

主控采用stm32f103c6,选择这款芯片的原因如下:

STM32F103C6是一款主流增强型ARM Cortex-M3微控制器(MCU),以下是对其特性和参数的详细归纳:

  1. 核心参数
    • 32位RISC内核,基于ARM Cortex-M3架构。
    • 最高工作频率达72 MHz。
    • 1.25 DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)的性能表现,在0等待状态内存访问下。
  2. 存储器
    • 高速嵌入式存储器,包括32 KB的Flash存储器和6 KB的SRAM存储器。
  3. 外设与接口
    • 2个12位ADC(模数转换器),用于模拟信号的采集。
    • 3个16位通用定时器加上1个PWM定时器,用于精确定时和电机控制等应用。
    • 丰富的通信接口,包括多达2个I²C、SPI、3个USART、1个USB和1个CAN接口,方便与外部设备进行通信。
  4. 电源与温度
    • 供电电压范围为2.0到3.6 V。
    • 工作温度范围是-40到+85 °C,扩展温度范围为-40到+105 °C。
  5. 节能与安全性
    • 提供了一套全面的节能模式,适用于低功耗应用设计。
    • 具有硬件加密和访问控制功能,可保护系统的安全性。
  6. 封装与引脚
    • 提供从36引脚至64引脚的不同封装类型,满足不同的应用需求。
  7. 其他特性
    • 支持多通道的PWM输出,可用于LED、电机等设备的控制。
    • 中断和DMA功能,实现高效的数据传输和处理。
    • 内部集成了时钟电路和复位电路,提供稳定的时钟信号和复位功能。

STM32F103C6因其高性能、丰富的外设接口和灵活的配置选项,广泛应用于电机驱动、应用控制、医疗和手持设备、PC和游戏外设、GPS平台、工业应用等多个领域。

该主控的管脚分配和最小系统如下图所示:

充电电路

采用TP4057,选择该芯片的原因如下:

TP4057是一款针对单节锂离子电池设计的恒流/恒压线性充电器芯片。以下是关于TP4057的详细特性归纳:

  1. 封装与引脚
    • 常见的封装类型为SOT23-6或SOT23-6L。
    • 拥有较少的外围元件,使其非常适用于便携式产品。
  2. 充电特性
    • 充电电压固定在4.24V(或标注为4.2V)。
    • 充电电流可以通过一个外部电阻器进行设置,最大充电电流可以达到500mA或600mA(具体取决于版本)。
    • 采用C/10充电终止,即当充电电流降至设定值的1/10时,芯片将自动结束充电过程。
  3. 温度与功耗管理
    • 具有智能热调节功能,可以在大功率操作或高环境温度条件下自动降低充电电流,以限制芯片温度。
    • 当输入电压断开时,TP4057进入睡眠状态,电池漏电流降至1uA以下(或标注为3uA,具体取决于状态)。
    • 在待机模式下,芯片静态电流降至25uA或40uA(具体取决于版本和状态)。
  4. 保护与安全特性
    • 基于特殊的内部MOSFET架构以及防倒充电路,不需要外接检测电阻和隔离二极管。
    • 包括电池温度监测、欠压锁定和自动再充电功能。
    • 当外部环境温度过高时,热反馈可以调节充电电流以降低芯片温度。
  5. 状态指示
    • 拥有两个漏极开路输出的状态指示输出端:充电状态指示端CHRG和电池充电完成指示输出端STDBY。当充电器处于充电状态时,CHRG被拉到低电平;当电池充电结束后,STDBY被拉到低电平。
  6. 应用
    • 适用于手机、PDA、MP3/MP4、蓝牙耳机、GPS、充电座、数码相机、Mini音响等便携式设备。
  7. 其他特性
    • 可直接从USB端口给单节锂离子电池充电。
    • 精度达到±1%的预设充电电压。
    • 支持两灯模式,充电状态更加清晰。

综上所述,TP4057是一款功能强大、安全可靠的锂离子电池充电器芯片,广泛应用于各种便携式电子设备中。

通过TYPE-C接口进行充电,设计图如下:

电源转换设计

由于锂电池供电电压不稳,这里采用了LDO进行转换,系统供电需要3.3V。因此选择XC6220B331MR-G,具体介绍如下:

XC6220B331MR-G是一款由Torex Semiconductor制造的电源管理集成电路(PMIC),具体为低压差线性稳压器(LDO)。以下是关于XC6220B331MR-G的详细参数和特性:

  1. 基本参数
    • 制造商:Torex Semiconductor
    • 产品型号:XC6220B331MR-G
    • RoHS状态:符合RoHS 2011/65/EU(6种物质)
    • Lead Free:Pb-free(无铅)
    • 产品状态:在售(生命周期状态:量产中)
  2. 电气特性
    • 稳压器类型:正,固定式
    • 输出电压(固定):3.3V
    • 最大输入电压:6V
    • 最大输出电流:1A
    • 电压降(最大值):0.655V @ 1A
    • 静态电流(Iq):18 µA
    • 供电电流(最大值):108 µA
    • PSRR(电源抑制比):50dB @ 1kHz
  3. 保护和控制特性
    • 控制特性:使能
    • 保护功能:过流、超温
  4. 工作环境
    • 工作温度:-40°C ~ 85°C
    • 安装类型:表面贴装
  5. 封装与尺寸
    • 封装/外壳:SOT-25-5(SC-74A, SOT-753)
    • 供应商器件封装:SOT-25
  6. 其他
    • 符合RoHS标准,无铅环保
    • 封装方式为卷带(Tape and Reel)
    • 适用于光驱、磁盘驱动器、数码相机/摄像机、数字音频设备等应用领域

总结来说,XC6220B331MR-G是一款性能稳定、保护功能完善的3.3V固定输出电压的低压差线性稳压器,适用于各种需要稳定电源的应用场景。

LDO转换电路如下图所示:

 

蜂鸣器电路

这里采用有源蜂鸣器QMB-09B-03,其基本参数如下,这里采用PWM驱动。

QMB-09B-03是一款由江苏华能电子(HNDZ)生产的蜂鸣器。以下是关于QMB-09B-03的详细参数和特性:

  1. 基本信息
    • 器件型号:QMB-09B-03
    • 器件类别:蜂鸣器
    • 厂商:江苏华能电子(HNDZ)
  2. 技术规格
    • 驱动方式:无源(外部驱动)
    • 构造类型:电磁式
    • 额定电压:3V
    • 工作电压:2V~5V
    • 频率:2.7kHz(或标注为2700Hz)
    • 声压(SPL):85dB
  3. 物理尺寸
    • 直径(φD):9mm
    • 高度:5.7mm
    • 封装:插件,D=9mm
  4. 其他参数
  5. 价格与库存
    • 价格:根据购买数量有所变动,具体价格需咨询供应商。
    • 库存:内地仓库有一定量的存货,具体库存量需咨询供应商。
  6. 应用
    • QMB-09B-03蜂鸣器广泛应用于各种需要声音提示的电子设备中,如警报器、定时器、电子玩具等。

请注意,以上信息仅供参考,实际产品可能根据供应商和生产批次有所不同。在采购和使用时,建议查阅最新的产品手册和咨询供应商以获取准确信息。

相关设计如下:

 

温湿度传感器

这里采用AHT20,其性能如下:

广东奥松的AHT20是一款集成式温湿度传感器,它在尺寸与智能方面建立了新的标准。以下是关于AHT20的详细信息:

  1. 产品概述
    • AHT20采用了适于回流焊的双列扁平无引脚SMD封装,底面尺寸为3 x 3mm,高度为1.0mm。
    • 它配备了全新设计的ASIC专用芯片、经过改进的MEMS半导体电容式湿度传感元件和标准的片上温度传感元件。
    • AHT20的性能已经大大提升,甚至超出了前一代传感器的可靠性水平。
  2. 技术参数
    • 供电电压:DC 2.2-5.5V。
    • 测量范围(湿度):0~100%RH。
    • 测量范围(温度):-40~+125℃。
    • 湿度精度:±2%RH(25℃)。
    • 温度精度:±0.3℃(典型)。
    • 分辨率:温度0.01℃,湿度0.024%RH。
    • 输出信号:I²C信号。
  3. 产品特性
    • 完全标定。
    • 数字输出,I²C接口。
    • 优异的长期稳定性。
    • 响应迅速、抗干扰能力强。
  4. 应用范围
    • AHT20广泛应用于消费电子、医疗、汽车、工业、气象等领域。
    • 具体应用包括暖通空调、除湿器、净化器和冰箱等家电产品、消费品、数据记录器、湿度调节、测试和检测设备及其他相关温湿度检测控制产品。
  5. 定制化
    • AHT20可以根据客户的要求进行定制化开发。
  6. 其他信息
    • 每一个传感器都经过校准和测试,产品表面印有产品批号。
    • 由于对传感器做了改良和微型化改进,因此它的性价比更高,并且所有设备都将得益于尖端的节能运行模式。

AHT20作为新一代温湿度传感器,以其高可靠性、高精度和稳定性,在多个领域中得到了广泛应用。

这里采用IIC接口,和显示屏共用一个接口,设计如下:

 

显示屏

这里采用0.91C的单色LCD屏幕,性能如下:

HS91L02W2C01是一款来自HS(汉昇)品牌的0.91寸OLED显示屏。以下是关于HS91L02W2C01的详细参数和特性:

  1. 产品概述
    • HS91L02W2C01是一款采用I2C通讯协议的OLED显示屏,具有4PIN黑底白光的特点。
    • 它主要适用于各种需要显示功能的电子设备中,提供清晰、细腻的显示效果。
  2. 主要参数
    • 尺寸:0.91寸
    • 像素分辨率:128x32
    • 接口类型:I2C
    • 工作温度:-40℃~+70℃
    • 毛重:约4克(g)
    • 包装方式:袋装
  3. 产品特性
    • 高效能:采用先进的OLED技术,具有低功耗、高对比度和快速响应等特点。
    • 宽温工作:能在-40℃~+70℃的宽温度范围内稳定工作。
    • 易于集成:I2C通讯协议使得HS91L02W2C01易于与各种微控制器和处理器集成。
  4. 应用场景
    • HS91L02W2C01适用于各种需要显示功能的电子设备,如智能仪表、工业控制设备、医疗器械等。
  5. 购买信息
    • 品牌:HS(汉昇)
    • 厂家型号:HS91L02W2C01
    • 商品编号:C5248081
    • 库存情况:江苏仓库存259,广东仓库存67,广东SMT仓库存67
    • 价格信息:根据购买数量不同,价格有所浮动。例如,购买1-10个时,单价为¥13.77/个;购买1000个以上时,单价为¥8.33/个。
  6. 附加信息
    • 数据手册:可通过指定链接下载HS91L02W2C01的数据手册,获取更详细的规格和技术信息。
    • 发货和售后:提供快速发货服务,并支持正品保障和物料可追溯。

综上所述,HS91L02W2C01是一款功能全面、性能稳定的0.91寸OLED显示屏,适用于各种需要显示功能的电子设备。

接口非常简单,设计如下:

按键设计

这里采用物理按键,需要注意防抖,设计如下

其它电路

如开关:

如充电口:

如锂电池电量采集:

 

PCB设计

这里采用立创EDA进行设计,由于板子较小,需要安装电池等。

需要注意的问题如下:

1-器件避让

2-接口分布

3-安装设计

整体设计与走线如下。

这里采用了4层板设计。

 

3D外壳设计

这里采用立创EDA设计

需要注意问题如下:

1-高度设计要合理

2-开口位置要准确

3-螺丝大小选取合理

4-开口大小要合适

5-器件安装高度计算准确

 

设计如下图所示:

实物图如下:

 

面板设计

这里采用立创EDA设计,非常简单。

需要注意问题如下:

1-开孔准确

2-背胶挖空

3-设计要漂亮

4-配色要得当

我作业一个工程师,只能勉强能用,仅供参考吧

实际效果如下

软件设计

本人作为一名普通工程师,软件写的实在好意思拿出来晒了,有需要的直接联系我吧。

我就不误导大家了哈。

总结

一直跟着立创的活动,有点跟不上的节奏了。

这里大佬非常多,跟着慢慢学习吧,一直被卷,被卷着走。

感谢立创给我白嫖学习的机会。

演示视频已经上传在B站了。

https://www.bilibili.com/video/BV1qtgrewE2k/?vd_source=e36622a05269c0356d6cd566056a2488

 

 

 

 

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

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