scottbez1 / smartknob项目介绍

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智能旋钮

SmartKnob是一个开源的输入设备，具有软件可配置的端点和虚拟停顿。

一个无刷的万向节电机与一个磁性编码器配对，提供闭环扭矩反馈控制，使之有可能动态地创建和调整止动器和终点站的感觉。

Build StatusBuild Status

设计

智能旋钮视图

高级SmartKnob体验。正在积极开发中。

特点。

  • 240x240的圆形LCD（"GC9A01"），转子上有39.5毫米的手表玻璃保护。
  • 无刷直流万向节电机，有一个空心轴用于机械和电气连接LCD。
  • 由ESP32-PICO-V3-02（Lilygo TMicro32 Plus模块）供电。
  • PCB弯曲度和应变片用于压力检测（通过电机提供触觉反馈）
  • 8个侧向发射的RGB LED（SK6812-SIDE-A）照亮旋钮周围的环形区域
  • 用于5V电源和串行数据/编程的USB-C(2.0)连接器(CH340)
  • VEML7700环境光传感器用于自动调节背光和LED强度
  • 多样化的背板安装--使用4个螺钉，或2个3M中号命令条（有切口，安装后可进入拆除标签）。
  • 前盖卡住，便于接触印刷电路板

目前的状况。 不建议普遍使用（计划对机械和电气进行修改）

演示视频

三维CAD

最新的Fusion 360模型:a360.co/3BzkU0n

自己建造？

虽然这是一个 "DIY "开源项目，但它还不是一个成熟的即插即用的项目。如果你打算自己制作，请注意它需要高级的焊接经验 - 需要非常小间距的表面贴装焊接（建议使用回流焊或热风焊），而且组装相当耗时和精细。请带着这样的期望去做，你几乎肯定需要能够自己解决一些硬件和固件的问题--我建议在加入之前回顾/理解原理图和基本的固件。

更多关于BOM和你需要订购的部件的文件将在未来推出--非常感谢你的兴趣在Twitter上关注我，了解这个项目和其他项目的最新进展。

查看最新的自动生成的（未经测试的）基础PCB交互式BOM和屏幕PCB交互式BOM（或者，合并的BOM csv）的电子/硬件零件清单。⚠️这些都是从GitHub上最新的未经测试的版本中自动生成的。对于经过测试的/稳定的/推荐的工件，请使用发行版来代替。

在此期间有一些杂项说明。

  • 这可能是一个经过良好调整的打印机的FDM 3D打印，但视频/照片中显示的零件是用尼龙MJF打印的，以获得严格的公差和更好的表面处理。
  • 如果你想要一个更简单的构建，你可以省略LCD，只需将模型中的旋钮和玻璃合并成一个STL，就可以得到一个封闭的旋钮。
  • LCD支架内用于布线的空间有限，8根电线需要穿过中间的孔。我使用了30AWG的绕线线。漆包线可能也能用。
  • 应变仪是BF350-3AA，用CA胶水粘好（我将来会把这个过程的视频放进去，但基本上我是用卡普顿胶带把应变仪拿起来，在固化过程中把它固定住的）。这必须在回流焊接后进行，如果出现错误，将很难移除/修复，所以在PCB上尝试之前，一定要练习将应变片粘在其他物品上！这是很重要的。
  • TMC6300很小，而且有一个底板，所以我会认真考虑在订购PCB的同时购买一个钢网。即使使用模板，我也需要在事后手动清理一些桥接；我强烈推荐Chip Quik NC191凝胶助焊剂，可在亚马逊（或使用这个非附属链接）或你选择的电子经销商处购买。在将LCD带状电缆焊接到屏幕PCB上时，助焊剂也非常有用。
  • 对于面包板上的原型设计，TMC6300-BOB非常棒，如果你只是想玩玩低电流的无刷直流电动机，它比裸芯片更容易操作。
  • 对于阿里巴巴的采购。我强烈建议只使用AliExpress标准运输（在美国购买）。我曾有过多次使用财付通或其他低价运输方式购买时，需要花费数月时间或从未送达，而根据我的经验，阿里速卖通标准运输非常可靠，而且通常速度较快。
  • 一定要检查开放的问题--这个设计还不 "稳定"，所以要小心一切可能不顺利。在稳定版v1.0里程碑完成之前，我不建议自己订购这些零件，因为在目前的修订版中存在一些机械干扰问题。

未来的计划

  • 考虑改用ESP32-S3-MINI-1模块（一旦Arduino核心支持完成），因为这样可以直接支持USB HID（用于向计算机提供操纵杆/微动板类型的输入）。

  • 蓝牙HID支持？

  • 获取wifi配置和工作（可能是MQTT？）目前内存是全显示帧缓冲器精灵的一个问题。PSRAM可能会解决这个问题（需要较新的ESP-IDF和未发布的Arduino核心，从一个简短的测试来看，我在启用PSRAM时得到了可怕的性能），或者下一个项目可能有助于减少内存。

  • 迁移到LVGL，以获得更好的显示效果和对菜单的简单支持，等等。在内存中应该不需要一个完整的240x240x24b的帧缓冲器，为WIFI等释放一些。

  • 集成nanopb，用于结构化的串行数据（例如见splitflap protobuf协议）。

  • 集成家庭助理，或其他现实世界的应用

  • 利润😉

基础PCB

订购说明：使用白色阻焊层，用于反射旋钮周围RGB LED环的光线。应该是1.2毫米厚（不是 "标准 "的1.6毫米）。

最新的自动生成的（未经测试，很可能是坏的！）神器⚠。

原理图

交互式BOM

PCB包

绘图仪

对于经过测试的/稳定的/推荐的工件，请使用版本。

屏幕PCB

订购说明。根据机械设计，必须是1.2mm厚（不是 "标准 "1.6mm）。

最新的自动生成的（未经测试的，可能是坏的！）工件。

原理图

交互式BOM

PCB包

绘图仪

对于经过测试的/稳定的/推荐的工件，请使用版本。

迷你智能旋钮

计划在未来推出。

常见问题(FAQ)

它的成本是多少？

我希望我现在能告诉你，但我实际上不知道我的想法。请尽快回来看看--到目前为止，我只做了一个，这是在很长一段时间内进行修补和原型设计的结果，所以我还没有把所有的费用统计出来。当然，零件费不到200美元，也许接近100美元？

它能与XYZ一起使用吗？

还没有。到目前为止，我只为视频中的演示实现了足够的固件，所以你还不能真正使用它来做任何有意义的事情。基本的棘轮配置API在那里，但没有其他的东西。很多固件工作仍有待完成。如果你造了一个，我希望你能帮助我增加对XYZ的支持。

我可以买一个套件或已经组装好的吗？

也许不能？或者至少，我自己没有任何直接的计划来销售它们。这并不是说我不希望你高兴，但硬件是一个艰难的行业，而我只是在空闲时间从事这个东西。

虽然它是开源的，有一个相当宽松的许可，所以理论上任何人都可以开始提供套件/组件。如果有人真的走这条路来销售它们，请注意需要注明出处（如果你有捐赠的心情🙂，我不会拒绝版税/建议/感谢）。

一般组件信息

磁性编码器

MT6701 (MagnTek)

优秀的传感器，价格合理--强烈推荐。比TLV493D噪音小，使用SSI时反应更灵敏（控制回路更稳定）。

  • 大量的IO选项--SSI、I2C和ABZ--应该能提供良好的响应延时。
  • SSI包括CRC来验证数据
  • 没有断电或低功耗选项--对于电池供电的设备可能不是很理想
  • 美国经销商（Mouser、Digi-Key）没有提供。

数据表

订购 (LCSC)

TLV493D (Infineon)

一个平庸的选择。使用Adafruit的QWIIC突破板很容易制作原型。

在我的测试中，它有点嘈杂，需要过滤/平滑，这可能会减缓响应速度，损害控制环路的稳定性。或者，如果过滤较少，噪音很容易被PID电机扭矩控制器中的导数组件 "放大"，造成可听（和触觉）的嗡嗡声/嗡嗡声。

显然，还有一个已知的硅问题，导致内部ADC有时完全锁定，需要完全复位和重新配置。见《用户手册》中的第5.6节

In the Master Controlled Mode (MCM) or the Fast Mode (FM) the ADC conversion may hang up. A hang up can
be detected by:
 - Frame Counter (FRM) counter stucks and does not increment anymore.

根据我测试4个不同的Adafruit分线板的经验，其中2个（50%）在使用的一两分钟内经常出现这种锁定行为。检测和自动复位是可能的（项目中也有代码可以做到），但速度很慢，如果传感器经常锁定，可能会导致不理想的跳转/延迟。

数据表

AS5600 (AMS)

一个平庸的选择。廉价的分线板很容易得到。

在我的测试中，它的噪音相当大（据说比TLV493d的噪音大），需要过滤/平滑，这可能会减缓响应速度，损害控制环路的稳定性。此外，与我测试的其他传感器相比，它在较低的磁场强度下就会饱和，当与Radial Magnets 8995这样的强钕直径磁铁一起使用时，需要很大的气隙（8-10mm）。

数据表

电机驱动器

TMC6300-LA

这是一个相对较新的IC，它是一个完美的匹配!一般来说，没有任何其他的驱动器（集成了FET）能够满足本项目中使用的低电压和低电流电机的要求（DRV8316可能会起作用，但还没有测试过）。

亮点。

  • 2-11V直流电机电源输入
  • 高达1.2A RMS
  • 小巧（3x3mm QFN）

数据手册

产品页面

电机

32mm转子，空心轴，二维磁铁

  • 32mm转子
  • 15mm总高度（包括磁铁），12.75mm高度（不包括磁铁），9mm转子高度
  • 低/零齿槽--对于完全平滑的输入来说是非常好的。
  • 5.9毫米的空心轴
  • 用于编码器的内置直径磁铁
  • 经过验证的选项

这是总体上最容易上手的电机。低齿槽和内置的直径磁铁是非常好的!

遗憾的是，现在似乎已经没有了。

固件

TODO: 记录这个

还有一件事：实现更多的固件。

鸣谢

这个项目受到了Jesse Schoch的视频"触觉纹理和虚拟支点"以及SimpleFOC社区的相应讨论的极大启发。说真的，如果不是那段视频，这个项目就不会存在--谢谢你，Jesse!

许可证

本项目采用Apache v2（软件、电子、文档）和知识共享署名4.0（硬件/机械）许可（见LICENSE.txt和知识共享）。

Copyright 2022 Scott Bezek

Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
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    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

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