【参赛】语音控制点阵台灯

donglele2005 · 发表于 2021-11-16 14:48:04

本帖最后由 donglele2005 于 2021-11-16 14:48 编辑

这是一个居家实用的作品，欢迎非商业化盗版。
《《一楼为作品图片资料，二楼为制作资料代码等，三楼为原理图类》》

作品名称：
      语音控制点阵台灯

功能用途：
      充电宝，离线固定词语语音控制的台灯，万年历，温度显示，内置大容量电池超长语音待机。

特色功能：
      支持离线语音开启调节关闭灯光
      支持快充
      支持万年历
      温度显示
作品尺寸：
      高约22cm，长12cm，宽12cm；重量约2.2kg。

作品详解：

      整体采用2560个侧发光0603封装LED作为主光源，160片恒流驱动芯片，约560个滚花铜柱，约200个螺
   丝钉，18节21700锂电池作为内置电源，以及48片各种尺寸pcb，和其他芯片模块制作完成。

      作品外观为圆形设计，单层圆环均匀分布80个led，合计32层，层间距点间距约5mm，构成了一个圆形
   无缝80*32点阵。主控板下置，集成温度传感器，时钟芯片，语音识别模块，充电管理，充电宝模块。作品
   将多个部分模块化设计，可以方便拆开组合，灯环外圆内方，内方形空间是电池仓，电池靠上下铜柱连接固定。

      作品整体无一根内部连接线或者飞线，层间靠螺丝铜柱连接，起到连接电源和机械支撑的作用。
   整体采用天圆地方，左右上下对称的元器件排版和外观设计，虽然是没有外壳，但依然美观。采用18节LG21
   700锂电池作为内置电源，标称容量90AH，在语音待机下，计算待机时间可达40天左右，可以称得上超长待机。
   由于采用SM16126作为led横流驱动，设计单点电流4ma左右，全部点亮下整体亮度一致性非常好，由于单
   点横流驱动，在非PWM调光模式下，无频闪。全部点亮最高电流达到12A左右，由于电流大，没有使用保护板，
   考虑充电安全使用四片TP4056作为充电管理，同时软件检测电池电压对TP4056进行主动控制，并对外接电源
   可关断处理，保证充电安全。也可以通过充电宝模块对电池充电。

      全部点亮时在卧室可以看书，特别是冬季，开关灯喊一声就可以了，天天晚上我喊关，孩子喊开~~
   使用离线语音识别模块，由于是样品模块只能支持固定短语对灯光进行控制，开关以及亮度调节，时间
   电量显示需要手动调节显示。

      在程序中使用虚拟缓存显示，屏幕旋转显示，可以正旋反旋定点显示，无缝衔接，让显示区域更大。
   采用汉字字库，可以方便显示汉字。

      前底部三个接口两个USB和一个C口，集成充电宝功能，采用IP5358芯片，支持双向快充，由于受工艺成
   本，阉割了C口输出，没有苹果手机，取消苹果接口。后底部三个接口是C口充电口，用于对电池充电，中间是
   标准AVR-ISP下载口，用于固件下载。

      底部五个按键，用于亮度pwm调节和时间调节等等。顶部由14颗 0603LED低亮度作为小夜灯，可以语音
   控制开启关闭，顶部按键可以对显示循环切换。顶部设计为无线充电模块，这个设计失误，板子打样好才发
   现买不到IP5566的芯片，后期需要重新更换芯片设计，整体外观不变。

      作品手工焊接接近3000个元器件，比较复杂繁琐，有哪位坛友愿意制作，将全力指导，论制作元器件数
   量应该是最多的吧。

制作过程：
      这次参赛的作品是第二版作品。有了第一版的经验（后面再讲第一版），首先规划层间间距以及板厚，计
   算总体高度，计算出电池仓空间，最后根据实际层间间距4mm，这样方便购买铜柱以及灯环水平数量。然后根据
   大体框架，定位上下连接同住数量位置，以及元器件分布的大概位置，以及板子能不能布下等等问题，框架处
   理好，万里长征第一步，开始画板，首先画的是灯环，板子到手，焊接后飞线单片机控制，验证没问题后正式
   画灯环，考虑制作难度，不多画一个元器件，考虑板厂会不通过同一板子多次打样限值，以及连接便利性，将
   灯环画为奇数层和偶数层，各需要16片，还有奇数偶数通用层（实际也就是多了几个焊锡短接点），方便凑数
   。焊接过程熟练后很快的，没有点锡膏，而是直接锡膏拉一个环，镊子粘led，完成后风枪在镊子协调下吹，一
   片焊接完成需要半个小时左右。焊接过程中，控制板打样已经在路上，对号入座焊接，加上底部增高环，转接
   板设计两个用途，方便上下可以拆开，同时可以调节双通铜柱可以将电池仓高度微调，与电池高度匹配，来弥
   补制作产生的正负工差连接后，写入测试代码，也就是隔一个点亮一个led，一秒后，翻转点亮，来测试芯片与
   了点焊接是否无问题，这个sm16126芯片是手拉手传递信号（这样比较好理解），有没有后面的芯片不影响前面
   信号传输，这个过程不能有差错，如果灯柱组装好了发现一个不亮是因为驱动芯片没有焊接好就麻烦了，led倒
   没有关系，这个间距下，很方便不拆开更换led灯珠，当初考虑到这个问题。恒流驱动是广告屏使用，及其靠谱
   稳定，我买的0.32一片，没有一个坏的。

      下一步制作电池，这个在设计之初已经预留66*66mm*150空间，采用21700规格的锂电池，3*3并联，画板打
   样，制作两个电池组，然后使用铜带连接为模块，黄铜螺丝上下引出，下端在转接板螺丝固定，上端在无
   限充电板连接，这个高度肯定不会正好，在下端转接板调节双通铜柱来匹配工差。

      最上端是ip5566无线充电，由于芯片没有购买到，现在这个无线充是空板安装到台灯上，后期再找合适功
   能芯片画板打样，整体外观不变.既然这么大容量电池组，充电宝必不可少，底部就是个充电宝，螺丝作为导线
   连接到主控板电源，安装四个橡胶地脚，防滑不伤桌面.。

      硬件完工，安装电池，开始软件调试，没有电池全亮13a左右电流无法全部测试，因为涉及到左旋右旋移位
   点亮，这里的运算代码极其绕（源代码在二楼），我用纸画图定位一点一点运算，代码错显示异常，没有可以参考
   的显示，只能手工演算，那几天调试钻被窝都在想错到哪里了....

      在程序中，两个数组，一个是物理显示对应的长度是80*32，这个叫显存吧；还虚拟了一个缓存，长度是
   320*32点，正常显示数据加载到缓存中。程序定时根据移位变量从缓存中取出数据加载到显存中，然后通过io
   端口加载到横流驱动芯片，通过移位变量值操作可以实现正旋反旋定点显示，相当于拓展了显示区域，可以实现
   长字串显示；显示正常后，对于常用asc变量，程序内置了asc显示字符，可以直接调用显示，受芯片元运算速度
   以及IO端口翻转速度（主控ATMEGA128，3.3v供电11.059200晶振，再大会运算错误），在旋转显示会有闪烁，受
   限于STM天价价格，暂时没有更改主控，如果改用stm主控，应该显示闪烁应该改善很多，而且有更大的ram，这个
   后期会再次升级，来实现动态显示或者写个类似于跳一跳的小游戏，也想做个音乐频谱动态显示等等，当然当前
   主控无法完成。

      下来字库芯片读出的汉字取模与显存排列方式不一样，二次取模后就可以，至于语音模块，有标准串口指
   令，接受执行就可以，因为是样品模块，所有语音控制有限，不过已经足够了

不足之处：
      由于单点4ma，全部点亮超过13A，全部点亮时，发热是个问题，冬季是个暖手宝，夏季后期在日历中限制全
   部点亮时间。50%电量温度可以承受。

      单片机速度慢，旋转时会有闪屏

      上下充电宝设计有点不足，下册c口没有支持双向，上侧充电宝买不到芯片

      第一版，由于语音识别模块静态耗电量约50ma，第一版内置4杰18650电池，加上主控消耗，待机时间太短了
   ，所以第二版提高制作尺寸以板厂羊毛版最大尺寸设计，换用小封装的恒流芯片，让电池仓达到66*66mm尺寸。

      由于这个制作不会有外壳，考虑美观实用元器件外观结构排版上下左右对称结构
   pcb按键区域尽量少的布线，以减少可能出现的短路等等

论坛参赛整体图片