利用BTU模组和液晶屏改造了一款能够累积计数和运动打卡的智能呼啦圈

Posted 2021-11-05 三明治开发社区

简介：本文将从硬件选型，原理图解析以及3D建模来完成普通呼啦圈到智能呼啦圈硬件改造。

一、概述

又是在电脑前连坐几小时的一天，和大部分上班族一样，由于工作原因没空去健身房，也抽不出多少时间进行户外锻炼，为了不让自己的“小蛮腰”一天天变粗，下单了一款呼啦圈。和传统呼啦圈不同的是这款呼啦圈体型小巧，带进办公室完全不是问题。而且呼啦圈大小可根据腰围调节，不用担心转的过程中掉下来，比较适合在室内进行运动。

用了几天，基本了解了它的功能：

• 计数模式：记录运动过程中，转了多少圈数。

• 定时模式：记录运动的时间。

• 每次运动中，会记录3个数据，圈数，运动时间和消耗的卡路里，可以在显示屏切换显示。

不足的是：只能记录一次数据，没有记录运动天数。

作为攻城狮，开动脑筋，打算改装下，给这款呼啦圈增加App打卡功能，不仅能记录运动数据，还可以设置运动目标，运动倒计时。不仅可以记录自己的运动状态，还能隐形督促运动。

用螺丝刀退出滑块，拆解后照片记录下

主要的器件有外壳，上盖，主板，按键，霍尔开关和显示屏。

用框图梳理下逻辑图

我们来看看，哪些材料还能用。

• 显示屏：断码液晶屏，找不到屏的逻辑走线图，不能使用。
• 霍尔开关：开关量，磁铁靠近传感器头，两个引脚短路，移开磁铁，引脚断开，可以使用。
• 按键：橡胶按键，结构长度固定，限制了主板和上盖的结构位置，加大上盖3D建模的难度，目前市面上的轻触开关可以替代，而且轻触开关方便采购，柄长种类多，更好适配结构，所以放弃这个橡胶按键，改用轻触开关。
• 主板：既然打算改造成APP可打卡记录，那么主板就不可用了。
• 外壳：还是需要使用。

二.硬件方案介绍

1.设备连接App方式选择

Wi-Fi和蓝牙都是通过无线电信号无线发送和接收数据，且手机上基本都有这两项功能。Wi-Fi具有速度快、范围广，但耗电量大，且占用手机Wi-Fi通道；蓝牙具有低功耗、低成本、连接方便，但速度和距离性能相对差些，但完全满足呼啦圈这类运动设备的数据传输和距离要求。

由于蓝牙突出的低功耗特性，我们选择蓝牙作为设备连接手机的连接方式，选用了杭州涂鸦自主研发的低功耗蓝牙模组作为核心控制器，在其SDK开发环境下，完成和手机端的数据交互和本地定时，计数和显示等功能。

2.液晶屏选型

我们在网上上找好多断码液晶屏的资料，整理下来，液晶屏的驱动主要有以下3种方式：

1. BLE+专用液晶屏驱动芯片；优点，显示驱动实现简单，只需通过SPI下发显示的内容数据。但设备的结构空间有限，PCB空间放不下液晶屏、蓝牙模块和驱动芯片。

2. MCU自带LCD驱动外设和蓝牙无线通信；优点，外围简单，但成本较高。

3. 用BLE的IO口驱动LCD；优点，对BLE芯片的外设要求不高，通用低成本的蓝牙芯片就能满足，但也有局限性：只能适用偏压比1/2的液晶屏。

3.液晶屏的主要参数

• 工作电压：断码屏驱动的最大允许电压；LCD功耗约10μA。因为主控选择了蓝牙模组作为核心控制器，其工作电压在1.8V~3.6V，所以液晶屏选型优先选择工作电压在这个范围内。
• 偏压比：一般是以最低一档与输出最高电压的比值来表示。偏压比是调节显示的黑色明亮字符和周围液晶点间的对比度。如3V 1/3偏压的液晶屏，其阀值电压是1V；液晶屏驱动电压(PIN脚和COM脚之间的电压差）越大于阀值电压，液晶屏显示的点越明显。
• 占空比：也称为 COM 数；由于 STN/TN 的 LCD 一般是采用时分动态扫描的驱动模式，在此模式下，每个 COM 的有效选通时间与整个扫描周期的比值即占空比(Duty)是固定的，等于 1/COM 数。

根据硬件设计要求，整理好液晶屏的参数，自己可以设计一个断码液晶屏的显示内容，某宝有很多液晶屏定制厂家店，定制费600-800元不等。

看着不算低定制费，我们在某宝上直接淘了一个2元现货，3位数字显示液晶屏，1/2偏压比 ，3V供电。

附上链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.3e922e8d2dV2by&id=639662988954&_u=925um3ce493

• 液晶屏照片
  

• 液晶屏的购买链接和逻辑走线图
  

4.IO口模拟驱动液晶屏

（1）硬件上：外围需要在COM和PIN口上加上拉、下拉各一个电阻，阻值选择了100K，IO口可设置为推挽输出和浮空输入的状态。

• 液晶屏的购买链接和逻辑走线图
  

（2）驱动逻辑：

1、上电后，液晶屏驱动的IO口设置为浮空输入。

2、COM口时分扫描时，相应的COM脚IO口设置为推挽输出，输出恒定时间的高电平和低电平。其他时间段设置为浮空输入。

3、如某段液晶需要显示，在扫描相应的COM口时，对应的PIN口同时输出恒定时间的低电平和高电平。

如果液晶屏长时间单向供电，会造成液晶屏不可恢复的损坏，因此，我们都采用交流供电的方式驱动。

显示’1‘输出波形参考下图

6.指示灯与按键

由于液晶屏只有现实3位数字信息，因此在液晶屏显示旁边增加3个指示灯，用来指示液晶屏显示的是时间值，计数值还是能量值。界面上有两个按键，用于模式选择和数据复位。

7.原理图与PCB

（1）原理图：

(2) 主控板PCB图和照片：

(3) 电源板

结构空间有限，采用叠层的方式，将电源板放在主控板的后面。

8.上壳3D建模

• 改装后
  
  以上主要是针对智能呼啦圈主控和屏幕显示模块的改造，对原本呼啦圈外形结果没哟作改动，感兴趣的同学可以根据自己的需求或者运动习惯在按摩圈以及重力球部分发挥自己的创意。