ART-Badge V2.0开发记录,极客感十足！

开源地址：https://github.com/ART-Badge

前言

关注RT-Thread的同学肯定知道，RT-Thread为了向众多开发者展示RT-Thread的最新开发和生态建设成果，每年都会举办一场开发者大会（简称：RDC— RT-Thread Developer Conference），在 2020 年度的开发者大会上，我们 RT-Thread 给到现场的每个开发者们都发放了一个电子胸牌，胸牌的名称起名为 ART-Bagde。另外，特此感谢在电子胸牌制作过程中REALTEK、创凌对我们的支持！

ART-Badge是什么？

首先附上两张渲染图↓

ART-Badge正面图片

ART-Badge反面图片

功能设计篇首先让我们看一下，今年的电子胸牌比较去年款有哪些升级，增加哪些功能？

先看一下 2020 款ART-Badge的主要功能：

• 微信小程序使用蓝牙推送开发者信息（姓名、公司职称）
• 软件 RTC 同步时间
• 首界面展示时间+手机推送的信息
• 两个app demo：蓝牙传输助手+使用说明
  

今年，我们在去年的胸牌的基础上进行了大幅度的升级与优化，废话不多说，下面直接贴一张功能设计和拟用技术路线的导图↓

思维导图

开发流程图

概括一下，ART-Badgev2.0主要有以下新特点：

• 自主设计的电路硬件，psram扩大为8M，电池换用300mAh锂电池，可反复充电。
• 使用体积更小巧的 SC7A20 替换原有的 mpu6050。
• 添加了ADC采样电路，可以采集电池电量信息。
• 整体界面焕然一新，默认采用暗黑色主题背景。
• 使用最新发布的 湃心OS V4.1开发，开发工具全新升级为基于VSCode插件模式的Persim Studio。
• 增加游戏、音乐播放器、电子相册…等等丰富小程序 app。
• 小程序全新升级：蓝牙推送用户 、城市天气信息。
• 支持使用最新湃心OS小程序进行二次开发。
  

结构设计篇

由于去年的电子胸牌并没有外壳，胸牌背面的电子元器件都是裸露在空气中的，拿到手上会有明显的突出感，同时暴漏在空气中容易对电容触摸芯片产生干扰，影响用户使用效果，再加上今年的锂电池电路进行了调整：将纽扣电池更新为了锂电池，不使用胶带粘在背后无法固定。

综上，今年的电子胸牌决定使用亚克力作为 ART-Badge V2.0 的外壳设计。

选择亚克力作为外壳结构有几个原因：

• 其一是该方案的“视觉极客感”最强，由于直接使用透明盖板将PCB电路展现出来，颜值方面化繁为简，符合审美哲学
• 其次是如果使用封闭式设计的话按键误触，锂电池的插拔就变成需要考量的因素了，而夹层式的开放设计则在这方面完全无需担心
• 最后一个原因是，高性价比
  
  

亚克力外壳成品

电路设计篇

RTL8762D 作为主控芯片，MCU主频为90MHZ，运行 RT-Thread操作系统，并整体使用睿赛德科技的湃心穿戴OS，外扩了8M的PSRAM，以及16M 的片外 flash 。

ART-Badge 主要使用到串口（用于调试和控制台输出），GPIO（用于驱动按键、蜂鸣器和ADC采集），I2C接口（用于和板载的 SC7A20 三轴加速度传感器通信）。

底板的PCB采用2层Layout。板载的IC主要有：

• 半反半透明屏幕，分辨率 240 X 240，颜色格式 RGB565，在关闭背光的情况下依旧能有出色的可视度。
• APS6404L-3SQR，PSRAM（动态随机存取存储器），用于动态加载图形资源，8M的容量十分富裕。
• ch340e，USB转串口芯片，也很常用，通过 USB 线把 ART-Badge 连接电脑之后，就可以直接用串口控制台使用shell了，后面的二次开发也是使用到了串口工具 UDB下载。
• BS814A-1，电容触摸 IC，用于 ART-Badge 正面的按键交互。
• SC7A20，士兰微出的一款高精度12bit数字三轴加速度传感器芯片，内置功能丰富，功耗低，体积小，测量精确。
  

补充一点：为了兼顾美观，正面是看不到走线的，（所以这是单面板？不）全部藏在屏幕背面了

PCB投板回来之后就是焊接技能施展阶段了，主要用到的工具有：热风枪、烙铁、镊子、锡浆、吸锡带、助焊剂等。与直插元件不同，贴片的器件由于焊盘太小（大部分的是 0402 阻容），器件分布太密集，手工焊接采用的方法主要是风枪吹焊。

pcb焊接

进行焊接的第一步是制作钢网，也就是器件焊盘的掩模，这个在设计好PCB之后把相关的加工文件发给厂家就可以进行激光切割制作了。

上一步贴片完成之后就需要用风枪进行吹焊回流了。吹焊温度大概控制在250-300度，风枪的吹嘴去掉以增大风口便于均匀加热。

软件实现篇

硬件搞定之后就开始移植软件啦，ART-Badge 运行的是基于 RT-Thread 的湃心穿戴 OS。

这里科普一下 湃心穿戴OS，它是一个超轻量级、已量产的产品级穿戴操作系统平台。中间层的模块包括 GUI 引擎、通讯组件、NFC、存储类工具等。中上层是由JavaScript 搭建的应用程序框架，最上层则是轻量级系列众多的小程序。

湃心OS

湃心穿戴 OS 有几大特色：

• GUI采用可用于MCU上的第四代柿饼 GUI，具备类Android界面交互，支持多点触摸，效果更加炫酷，同时支持矢量图形库，具备增强的图形处理能力。
• 小程序的开发模式。采用类微信小程序开发模式，上手极快，应用轻量级，支持应用商店，极速安装体验，支持多国语音。
• 提供 MVVM 应用开发框架。应用的界面开发和业务逻辑是互相解耦的，贴合前端工程师习惯。
• 跨平台能力。软件一次开发，即可在任一硬件CPU、MCU 及 MPU 平台上运行；
• 湃心穿戴 OS 还具备一些创新性的组件，如消息管理引擎（EMQ）、数据管理组件（DCM）、KVDB 及 TSDB 数据库、DIY开发套件。
  

软件主要分为以下几个模块：

• GUI模块（Graphical User InteRFace，图形用户界面），用于人与设备进行交互
• BLE模块（Bluetooh Low Energy，语音合成），通过广播方式与小程序连接接受信息
• audio（音频播放解码模块），用于无源蜂鸣器对音乐的解码、播放
• EMQ（Enhance Message Queue，发布订阅式的消息队列组件），能够打通 C 到 JS ，JS 到 JS ，C 到 C 的消息链路，能够很方便的将消息发到任意一个地方
• DCM（Data Cache Management，数据管理组件），主要用于 JS 与 C 之前数据的交互，统一管理和控制系统中的数据统，确保各模块间数据传输的性能
  
  GUI 最上层的开发使用 JS 语法，这个就比较有意思了，使用过 Android Studio 的小伙伴们可能很熟悉，安卓UI的应用开发是可以进行拖拽式的，这里和柿饼UI的设计器十分相似，Persim Studio 和 Android Studio 一样也是通过 .xml 的方式对界面进行管理。所以熟悉或者有过安卓开发的小伙伴会有莫名的亲切感。
  

湃新os设计器

BLE 使用的是 RealTek自带的蓝牙协议栈，通过 BSAL 抽象层进行管理，BSAL （Bluetooth Stack Abstract Layer）软件包是由 RT-Thread 针对不同 蓝牙协议栈接口实现的，目前支持的协议栈有：nimble，realtek 等协议栈。

Audio （音频）设备是嵌入式系统中非常重要的一个组成部分，负责音频数据的采样和输出。Audio 设备通常由数据总线接口、控制总线接口、音频编解码器（Codec）、扬声器和麦克风等组成。

嵌入式音频系统组成

RT-Thread Audio 设备驱动框架是 Audio 框架的底层部分，主要负责原生音频数据的采集和输出、音频流的控制、音频设备的管理、音量调节以及不同硬件和 Codec 的抽象等。在本系统中就将蜂鸣器设备注册到了 Audio 框架中，从而实现对蜂鸣器的开、关、音乐的解码、播放功能。

EMQ 消息队列具有以下功能：

• 支持一发多收。一个生产者生产消息可被多个消费者使用
• 支持多个消息绑定。一个消费者可以绑定多个不同的通道，接收不同生产者发送的消息。
• 发布消息系统开销小，效率高。
• 不同模块间低耦合。
• 超轻量级的整数类型消息
• 全链路可达
  

EMQ 运作原理

DCM 数据缓存管理框架主要功能特性：

• 支持 Value Change 模型
• 支持存取任意类型数据
• 支持多实例功能，解耦不同模块间数据处理；
• 全链路打通，JS 与 C 均能访问同一内存池
• 支持订阅发布模型，可用于消息推送和通知
• 支持数据持久化保存功能
  

dcm_framework

在本项目中，像一些参数需要数据持久化存储、js 端对 adc 采集电量数据的监听、获取屏幕亮度，小程序推送的信息等等都是用到了 dcm 组件。

结束语
看到这里你是不是对今年的电子胸牌产生了更多的期待呢？那么告诉大家一个好消息，到场参会人人都可以领取电子胸牌哦~

不论风云变幻，RT-Thread通过不断迭代和生态的完善，与开发者共成长。Beyond.RDC 2021，我们在深圳等你！

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