优秀网页翻译：一个智能旋钮：DIYhapticinputknob:BLDCmotor+roundLCD

原文链接&＃xff1a;
https://github.com/scottbez1/smartknob

智能旋钮

SmartKnob 是一种开源输入设备&＃xff0c;具有软件可配置的止动装置和虚拟定位器。
无刷云台电机与磁性编码器配对&＃xff0c;提供闭环扭矩反馈控制&＃xff0c;可以动态创建和调整止动和止动的感觉。

硬件

设计

智能旋钮视图

高级智能旋钮体验。正在积极开发中。
不推荐用于一般用途&＃xff08;计划进行机械和电气修订&＃xff09;。
需要先进的焊接经验来构建 - 需要回流和/或小间距表面贴装焊接&＃xff0c;并且组装非常耗时且精细。

特征&＃xff1a;

• 240x240 圆形 LCD&＃xff0c;由转子上的 39.5 毫米表玻璃保护
• 低成本 BLDC 万向节电机&＃xff0c;带有用于机械和电气连接 LCD 的空心轴
• 由 ESP32-PICO-V3-02 (Lilygo TMicro32 Plus 模块) 供电
• 用于压力检测的 PCB 弯曲和应变计&＃xff08;通过电机提供的触觉反馈&＃xff09;
• 8 个侧面发光的 RGB LED (SK6812-SIDE-A) 照明环环绕旋钮
• USB-C (2.0) 连接器&＃xff0c;用于 5V 电源和串行数据/编程 (CH340)
• VEML7700 环境光传感器&＃xff0c;用于自动背光和 LED 强度调节
• 用于安装的多功能背板 - 使用 4 个螺钉或 2 个 3M 中号命令条&＃xff08;带有用于在安装后访问拆卸标签的切口&＃xff09;
• 前盖卡扣&＃xff0c;方便接触 PCB

演示视频

https://www.youtube.com/watch?v&＃61;ip641WmY4pA

3D CAD

最新的 Fusion 360 模型&＃xff1a;https://a360.co/3BzkU0n

建立一个你自己的&＃xff1f;

更多关于 BOM 的文档以及您需要订购的部件将在未来提供 - 非常感谢您的关注&＃xff01;在 Twitter 上关注我&＃xff0c;了解有关此项目和其他项目的最新更新。

查看最新的自动生成&＃xff08;未经测试&＃xff09;[Base PCB Interactive BOM]&＃xff08;https://smartknob-artifacts.s3.us-west-1.amazonaws.com/master/electronics/view_base-ibom.html&＃xff09;和Screen PCB交互式 BOM&＃xff08;或组合的 [BOM csv](https://smartknob- artifacts.s3.us-west-1.amazonaws.com/master/electronics/view_base-bom.csv)) 用于电子/硬件零件清单。 ⚠️ 这些是从 GitHub 上最新的未经测试的版本自动生成的。对于经过测试/稳定/推荐的工件&＃xff0c;请改用 release。

在此期间还有一些其他注意事项&＃xff1a;

• 尽可能使用经过良好调整的打印机进行 FDM 3D 打印的&＃xff0c;但视频/照片中显示的部件是用尼龙 MJF 打印的&＃xff0c;以实现严格的公差和更好的表面光洁度
• 如果您想要更简单的构建&＃xff0c;您可以省略 LCD&＃xff0c;只需将模型中的旋钮 &＃43; 玻璃合并到单个 STL 中即可获得封闭式旋钮
• LCD 支架内部的接线空间有限&＃xff0c;需要 8 根电线穿过中心的孔。我使用了 30 AWG 绕线线。漆包线可能也可以。
• 应变片是 BF350-3AA&＃xff0c;并用 CA 胶粘在适当的位置&＃xff08;我将在未来包含这个过程的视频&＃xff0c;但基本上我使用 kapton 胶带拿起应变片并在固化过程中将其固定到位&＃xff09;。这必须在回流焊接后完成&＃xff0c;并且在出现错误的情况下很难移除/修复&＃xff0c;因此在尝试在 PCB 上之前&＃xff0c;请务必练习将应变计粘合到其他物品上&＃xff01;
• TMC6300 非常小并且有底部焊盘&＃xff0c;所以我会认真考虑与 PCB 订单一起获得模板。即使使用模板&＃xff0c;我也需要在之后手动清理一些桥接&＃xff1b;我强烈推荐 Chip Quik NC191 凝胶助焊剂&＃xff0c;可在 Amazon 上购买&＃xff08;或使用此 [非附属链接](https://www.amazon.com/Smooth-Flow- No-Clean-syringe-plunger/dp/B08KJPG3NZ)&＃xff09;或从您选择的电子产品经销商处购买。将 LCD 带状电缆焊接到屏幕 PCB 时&＃xff0c;助焊剂也非常有用。
• 对于面包板原型设计&＃xff0c;TMC6300-BOB 非常棒&＃xff0c;而且比裸芯片更容易使用想玩低电流 BLDC 电机
• 对于速卖通购买&＃xff1a;我强烈建议仅使用速卖通标准运输&＃xff08;在美国购买&＃xff09;。我有多次购买需要几个月的时间&＃xff0c;或者在使用菜鸟或其他低成本运输方式购买时从未送达&＃xff0c;而 AliExpress Standard 非常可靠&＃xff0c;并且根据我的经验通常更快。
• 确保检查 open issues - 这个设计还不是“稳定的”&＃xff0c;所以要注意一切可能不会顺利。在 stable release v1.0 里程碑 完成之前&＃xff0c;我不建议您自己订购这些部件&＃xff0c;因为有

当前版本中的一些机械干扰问题。

未来的计划&＃xff1a;

• 考虑切换到使用 ESP32-S3-MINI-1 模块&＃xff08;一旦 Arduino 核心支持完成&＃xff09;&＃xff0c;因为这将允许直接 USB HID 支持&＃xff08;用于计算机的操纵杆/宏垫类型输入&＃xff09;
• 配置 wifi 并正常工作&＃xff08;可能是 MQTT&＃xff1f;&＃xff09;。目前内存是完整显示帧缓冲区精灵的问题。 PSRAM 可能会解决这个问题&＃xff08;需要更新的 ESP-IDF 和未发布的 Arduino 内核&＃xff0c;并且通过简短的测试&＃xff0c;我在启用 PSRAM 的情况下得到了可怕的性能&＃xff09;&＃xff0c;或者下一项可能有助于减少内存&＃xff1a;
• 迁移到 LVGL&＃xff0c;以获得更好的显示渲染和对菜单等的轻松支持。不需要内存中的完整 240x240x24b 帧缓冲区&＃xff0c;释放一些用于 wifi 等。
• 为结构化串行数据集成 nanopb&＃xff08;例如&＃xff0c;参见 splitflap protobuf 协议&＃xff09;
• 家庭助理集成&＃xff0c;或其他现实世界的应用程序
• &＃xff1f;&＃xff1f;&＃xff1f;
• 利润 &＃x1f609;

基础PCB

订购说明&＃xff1a;使用白色阻焊层&＃xff0c;用于反射旋钮周围 RGB LED 环的光。应该是 1.2 毫米厚&＃xff08;不是“标准”1.6 毫米&＃xff09;。

最新的自动生成&＃xff08;未经测试且可能损坏&＃xff01;&＃xff09;工件⚠️&＃xff1a;

示意图

交互式 BOM

PCB包

Gerbers

⚠️ 对于经过测试/稳定/推荐的工件&＃xff0c;请改用 release。

屏幕PCB

订购说明&＃xff1a;每个机械设计的厚度必须为 1.2 毫米&＃xff08;非“标准”1.6 毫米&＃xff09;。

最新的自动生成&＃xff08;未经测试且可能损坏&＃xff01;&＃xff09;工件⚠️&＃xff1a;

示意图

交互式 BOM

PCB 数据包

Gerbers

⚠️ 对于经过测试/稳定/推荐的工件&＃xff0c;请改用 release。

手持式智能旋钮

对小型手持设备的探索。正在积极开发中。

智能旋钮迷你

为未来计划。

组件信息

磁性编码器

MT6701 (MagnTek)

价格合理的优秀传感器 - 强烈推荐。比 TLV493D 噪音更小&＃xff0c;使用 SSI 时响应更快&＃xff08;控制回路更稳定&＃xff09;。

• 许多 IO 选项 - SSI、I2C 和 ABZ - 应该提供良好的响应延迟
• SSI 包括用于验证数据的 CRC
• 没有断电或低功耗选项 - 可能不适合电池供电的设备
• 不适用于美国分销商&＃xff08;Mouser、Digi-Key&＃xff09;

数据表

订购 (LCSC)

TLV493D&＃xff08;英飞凌&＃xff09;

中规中矩的选择。使用 Adafruit 的 QWIIC 分线板 可轻松进行原型制作。

在我的测试中&＃xff0c;它有点嘈杂&＃xff0c;需要过滤/平滑&＃xff0c;这会减慢响应速度&＃xff0c;损害控制回路的稳定性。或者&＃xff0c;通过较少的过滤&＃xff0c;噪声
PID 电机转矩控制器中的微分元件可以很容易地“放大”&＃xff0c;从而引起可听&＃xff08;和可触知&＃xff09;的嗡嗡声/嗡嗡声。

也出现了一个已知的芯片问题会导致内部 ADC 有时完全锁定&＃xff0c;需要完全复位和重新配置。见部分
[用户手册]中的5.6(https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLV493D-A1B6_3DMagnetic-UM-v01_03-EN.pdf?fileId&＃61;5546d46261d5e6820161e75721903ddd)

在主控模式 (MCM) 或快速模式 (FM) 中&＃xff0c;ADC 转换可能会挂起。挂机可以
被检测到&＃xff1a;- 帧计数器 (FRM) 计数器卡住并且不再增加。


根据我测试 4 种不同的 Adafruit 分线板的经验&＃xff0c;其中 2 种 (50%) 在使用后的一两分钟内经常表现出这种锁定行为。可以检测和自动重置&＃xff08;项目中有代码可以这样做&＃xff09;&＃xff0c;但速度很慢&＃xff0c;如果传感器经常锁定&＃xff0c;可能会导致不希望的跳跃/延迟。

数据表

AS5600 (AMS)

中规中矩的选择。便宜的分线板很容易买到。

在我的测试中&＃xff0c;它相当嘈杂&＃xff08;据说&＃xff0c;比 TLV493d 更嘈杂&＃xff09;&＃xff0c;需要过滤/平滑会减慢响应速度&＃xff0c;损害控制回路的稳定性。此外&＃xff0c;与我测试的其他传感器相比&＃xff0c;它在较低的磁场强度下饱和&＃xff0c;当与 Radial Magnets 8995 等强钕直径磁铁一起使用时&＃xff0c;需要很大的气隙 (8-10mm) /en/products/detail/radial-magnets-inc/8995/5126077&＃xff09;。

数据表

电机驱动器

TMC6300-LA

这是一个相对较新的 IC&＃xff0c;它是一个完美的匹配&＃xff01;本项目中使用的低压小电流电机一般没有其他驱动&＃xff08;带集成场效应管&＃xff09;满足要求&＃xff08;DRV8316可能工作&＃xff0c;但未测试&＃xff09;。

强调&＃xff1a;

• 2-11V 直流电机电源输入
• 高达 1.2A RMS
• 微型&＃xff08;3x3mm QFN&＃xff09;

数据表

产品页面

电机

32mm 转子&＃xff0c;空心轴&＃xff0c;直径磁铁

• 32mm 转子
• 15mm 总高度&＃xff08;包括磁铁&＃xff09;&＃xff0c;12.75mm 高度 w/o 磁铁&＃xff0c;9mm 转子高度
• 低/零齿槽效应 - 非常适合完全平滑的输入
• 5.9mm 空心轴
• 编码器内置直径磁铁
• 久经考验的选择

总的来说&＃xff0c;这是最容易上手的电机。低齿槽效应和内置直径磁铁非常棒&＃xff01;

速卖通

如果上面的速卖通列表缺货&＃xff0c;这个其他列表 看起来是相同的&＃xff0c;但我目前正在等待交货确认它实际上是一样的&＃xff0c;所以购买要谨慎。

即将推出&＃xff1a;我已经订购了十几种不同的 BLDC 电机进行测试&＃xff0c;并将概述哪些电机适合这种触觉反馈用例。

固件

TODO&＃xff1a;记录这个

还有 TODO&＃xff1a;实现更多的固件

常见问题 (FAQ)

它要多少钱&＃xff1f;

我希望我现在可以告诉你&＃xff0c;但我实际上并不知道。请稍后再回来查看 - 到目前为止&＃xff0c;我只建造了 1 个&＃xff0c;这是在很长一段时间内进行大量修补和原型设计的结果&＃xff0c;所以我还没有计算所有费用。零件肯定不到 200 美元&＃xff0c;也许接近 100 美元&＃xff1f;

它适用于 XYZ 吗&＃xff1f;

还没有。到目前为止&＃xff0c;我只为视频中显示的演示实现了足够的固件&＃xff0c;因此您实际上还不能将它用于任何有生产力的事情。基本的制动器配置 API 就在那里&＃xff0c;但其他的不多。许多固件工作仍有待完成。如果您构建一个&＃xff0c;我希望您能帮助添加对 XYZ 的支持&＃xff01;

我可以购买一个作为套件还是已经组装好&＃xff1f;

可能不是&＃xff1f;或者至少&＃xff0c;我自己没有立即出售它们的计划。并不是我不希望你快乐&＃xff0c;而是硬件是一项艰巨的工作&＃xff0c;我只是在空闲时间从事这些工作。

虽然它是开源的&＃xff0c;但具有相当宽松的许可证&＃xff0c;因此理论上任何人都可以开始提供套件/组件。如果有人确实走上了销售他们的路线&＃xff0c;请注意归因是
required&＃xff08;如果你有奉献的心情&＃xff0c;我不会拒绝 royalties/tips/thanks &＃x1f642;&＃xff09;。

致谢

该项目受到 Jesse Schoch 的视频“触觉纹理和虚拟定位”和
相应的 SimpleFOC 社区中的讨论。说真的&＃xff0c;如果没有那个视频&＃xff0c;这个项目就不会存在 - 谢谢你&＃xff0c;杰西&＃xff01;

License

该项目在 Apache v2&＃xff08;软件、电子、文档&＃xff09;和知识共享署名 4.0&＃xff08;硬件/机械&＃xff09;下获得许可&＃xff08;参见 LICENSE.txt 和 [Creative Commons](https://creativecommons.org/ 许可证/by/4.0/))。

版权所有 2022 斯科特·贝泽克根据 Apache 许可证 2.0 版&＃xff08;“许可证”&＃xff09;获得许可&＃xff1b;除非遵守许可&＃xff0c;否则您不得使用此文件。您可以在以下网址获取许可证的副本http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0除非适用法律要求或书面同意&＃xff0c;否则软件根据许可分发是在“原样”基础上分发的&＃xff0c;没有任何明示或暗示的保证或条件。请参阅许可证以了解特定语言的管理权限和许可证下的限制。