“作者手工打造了一款獨(dú)特的鍍金吊墜，它內(nèi)置了一塊定制設(shè)計(jì)的電路板，能夠?qū)崟r運(yùn)行流體模擬。文章記錄了從復(fù)雜的軟件實(shí)現(xiàn)、電子設(shè)計(jì)到精細(xì)的金工和組裝的整個過程。”

我打造了一款流體模擬吊墜，這是一件能夠?qū)崟r運(yùn)行 FLIP 流體模擬的手工珠寶。外殼鍍金，顯示屏由一片表鏡保護(hù)。

觀看以下視頻，您可以了解整個設(shè)計(jì)與制作過程：

簡介

我一直想實(shí)現(xiàn)一個實(shí)時的流體模擬程序，最終目標(biāo)是創(chuàng)造一個 3D 虛擬雪花球。這個項(xiàng)目已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但在此過程中，構(gòu)思了Simsim（https://mitxela.com/projects/simsim）這個概念，而眼前的這個吊墜正是基于它制作的。

在制作過程中，我涌現(xiàn)出了一系列很酷的想法，并由此衍生出好幾個其他項(xiàng)目?？梢哉f，這個吊墜是它們的“起源”。它不僅關(guān)乎流體模擬本身，還帶來了一些意想不到的收獲，比如“對角線查理復(fù)用”這種顯示驅(qū)動方式的巨大優(yōu)勢。

技術(shù)概述

FLIP 模擬基于 Matthias Müller 的工作，可以看看他的網(wǎng)站Ten Minute Physics：
https://matthias-research.github.io/pages/tenMinutePhysics/index.html

特別是“如何編寫一個 FLIP 水模擬器”教程。

我的流體模擬不是直接移植，而是遵循教程的重新實(shí)現(xiàn)。

硬件方面，我使用了一顆 STM32L432KC（帶 FPU 的ARM Cortex-M4，超頻至100MHz）、一個 ADXL362 超低功耗加速度計(jì)、一個用于 LiR2450 電池的 MCP73832 充電控制器、一個 TPS7A02 穩(wěn)壓器（功耗極低）和一個TPS3839監(jiān)控器。所有這些都集成在一塊0.8mm厚的四層PCB上。

這個項(xiàng)目的主要技術(shù)亮點(diǎn)如下：

與傳統(tǒng)的矩陣布線相比，對角線查理復(fù)用布線所需的過孔數(shù)量減少了一半。對于小間距的LED顯示屏來說，過孔數(shù)量往往是設(shè)計(jì)的瓶頸，所以這一改變意義重大。這種排列方式還將同一網(wǎng)絡(luò)的LED引腳端對端地放置，因此即便出現(xiàn)焊橋也不會影響性能。考慮到這一點(diǎn)，我們甚至可以故意將LED排得更緊密。

利用DMA的循環(huán)模式，可以零開銷地驅(qū)動一個顯示矩陣。通過巧妙地處理兩個DMA數(shù)據(jù)流，這種方法同樣可以零開銷地驅(qū)動查理復(fù)用矩陣。

雖然需要一個查找表來將LED映射到對應(yīng)的像素位置，但這也意味著改變映射關(guān)系沒有任何額外成本。換句話說，我們可以將矩陣的任何信號線連接到微控制器端口的任意引腳上。這使得PCB布線變得出奇地簡單，盡管有些非主流。

直接用GPIO驅(qū)動大尺寸顯示屏通常會遇到亮度不足的問題，因?yàn)檩敵鯢ET的導(dǎo)通電阻限制了電流。但查理復(fù)用在任何時刻都只點(diǎn)亮一個像素，這意味著導(dǎo)通電阻的影響被消除了，因?yàn)樗粫鶆虻卣{(diào)暗所有像素。你甚至可以通過改變芯片的供電電壓來控制整個屏幕的亮度。借鑒這個思路，我們可以通過強(qiáng)制每次只點(diǎn)亮一個像素（而不是一整行）來解決傳統(tǒng)矩陣的亮度問題。通常這會增加驅(qū)動顯示屏的開銷，但如果完全由DMA處理，這個開銷也就迎刃而解了。簡直太酷了！

編寫流體模擬器

再次說明，我參考了“Ten Minute Physics”的教程，但為了真正理解其原理，我盡量不直接看源代碼，而是自己重新實(shí)現(xiàn)了一遍。這是一段非常有趣的經(jīng)歷。 在歐拉流體模擬中，流體的運(yùn)動是通過一個叫作“平流”（advection）的過程來實(shí)現(xiàn)的。但在FLIP算法中，我們省略了這一步，轉(zhuǎn)而讓粒子的運(yùn)動來帶動流體。

視頻里有些地方?jīng)]有講得足夠詳細(xì)，比如粒子碰撞。最初我并沒有費(fèi)心去實(shí)現(xiàn)哈希網(wǎng)格（hashgrid），因?yàn)橐婚_始是在臺式機(jī)上開發(fā)的，這屬于可以留到后面再做的優(yōu)化。但即便使用樸素的碰撞檢測，當(dāng)粒子碰撞時究竟發(fā)生了什么？它們會被一個與距離成反比的脈沖推開，但模擬的穩(wěn)定性取決于這個脈沖是否恰到好處。這與求解不可壓縮性時，那個“過松弛”步驟能奇跡般地修正結(jié)果非常相似。我確實(shí)有過一個疑問：既然我們已經(jīng)求解了不可壓縮性，并且歐拉網(wǎng)格的速度會反饋給粒子，那為什么還需要單獨(dú)處理粒子間的碰撞呢？ 事實(shí)證明，如果沒有碰撞這一步，整個流體就會坍縮成一團(tuán)混亂的重疊物，所以這一步絕不是多余的。

哈希網(wǎng)格有不小的開銷（無論是計(jì)算上還是腦力上）。在我最終的代碼里，我設(shè)置了一個開關(guān)，可以在樸素碰撞和哈希網(wǎng)格碰撞之間切換。即便是在8x8這樣微小的尺寸下，兩者的區(qū)別也十分顯著，哈希網(wǎng)格算法帶來了明顯的提速。

在此過程中，我創(chuàng)造了大量奇怪的、不完全算是流體的模擬效果。當(dāng)粒子被渲染出來時，它們中的大多數(shù)看起來都像是各種各樣的青蛙卵。我收集了一堆當(dāng)時的怪異截圖，現(xiàn)在已經(jīng)忘了具體是怎么回事了，比如我已經(jīng)不記得是什么導(dǎo)致了這個甜甜圈的出現(xiàn)……

“Ten Minute Physics”的示例代碼在左邊界的邊界條件上有一個小 bug，導(dǎo)致流體永遠(yuǎn)無法靜止。當(dāng)邊界條件正常工作后，整個流體和粒子團(tuán)塊仍然不會完全停止運(yùn)動（因?yàn)槌藟Ρ谥鉀]有粘度或摩擦力），但它確實(shí)會以一種讓我想起晶體結(jié)構(gòu)的方式凝結(jié)，通常在規(guī)則排列的粒子群之間出現(xiàn)位錯或晶界。這是一張?jiān)缙诘慕貓D：

我們看到當(dāng)流體被推入一個角落時，出現(xiàn)了一種類似三角力量（triforce）的形狀：

黃色的圖是粒子密度圖（即每個網(wǎng)格單元中重疊的粒子數(shù)量），這幫助我創(chuàng)造了一些非常酷的可視化效果。如果我們將流體聚集到一個角落，然后突然將重力方向改為指向另一個角落，當(dāng)流體撞擊墻壁時，我們會得到一個沖擊波。

這個效果只持續(xù)一兩幀，眨眼即逝，但我發(fā)現(xiàn)那個由密集粒子組成的圓形波紋是一種非常賞心悅悅目的效果，特別是因?yàn)樗菑?FLIP 算法的規(guī)則中自然涌現(xiàn)的。如果你在恰當(dāng)?shù)臅r刻定格畫面，你甚至可以直接在粒子的位置上看到?jīng)_擊波。下面這張圖中，我剛好錯過了角落，兩個相互競爭的沖擊波正在傳播：

在發(fā)布Simsim概念后不到兩周，我制作了Simsimsim演示程序。它相當(dāng)于一個內(nèi)部測試工具，用來驗(yàn)證我們可以將LED的密度降低到什么程度，而它看起來仍然像流體。

它還讓我大致估算出了當(dāng)我們將程序移植到裸機(jī)上時需要多少內(nèi)存。很多問題都可以通過增加查找表來解決，但隨著模擬直徑的增加，所有這些表格所需的內(nèi)存會呈爆炸式增長。STM32L432KC 有 64KB 的內(nèi)存，不算多，但一個直徑為 16 的模擬只需要 26KB。盡管如此，這絕對是在投入硬件制作前值得確認(rèn)的事情。

第一個吊墜的制作

在開始設(shè)計(jì)PCB之前，我必須說服自己，查理復(fù)用顯示屏的方案是可行的。市面上有很多查理復(fù)用顯示屏的布線方案。我找到了關(guān)于一種叫作“twistyplexing”排列方式的資料，它為手工焊接電路做了優(yōu)化。但隨著對角線交叉布線方案的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，我開始產(chǎn)生懷疑，覺得有必要先做一個能工作的原型出來。

制作這個小小的顯示屏花了很長時間。我用一張激光切割的卡片來固定 LED，還用了一個 MCH2022 的紀(jì)念品來支撐整個裝置。

這讓我想起了一篇我曾經(jīng)讀過但怎么也找不到了的關(guān)于繩結(jié)的論文。《阿什利繩結(jié)大全》（The Ashley Book of Knots）被譽(yù)為繩結(jié)領(lǐng)域的“圣經(jīng)”，收錄了大量使用了幾個世紀(jì)的繩結(jié)。但是，當(dāng)人們用數(shù)學(xué)符號來描述這些繩結(jié)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)其中一些實(shí)際上是相同的，至少從拓?fù)鋵W(xué)的角度來看是這樣。它們之所以被分開收錄，是因?yàn)楫?dāng)時沒有一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言來描述它們，而在頭腦中將一個繩結(jié)的形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種，是極其困難的。

我想事情并沒有那么簡單。如果你打結(jié)的方式不對，可能會影響其性能，所以可以說一個重構(gòu)后的結(jié)可能有不同的應(yīng)用場景，但你至少會認(rèn)為同一個結(jié)的不同變體應(yīng)該被歸為一類。我想表達(dá)的是，人腦在理解繩結(jié)這類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，能力出奇地有限。

我們將這個8x9的矩陣連接到了L432開發(fā)板上。右邊那根藍(lán)色的線是芯片的BOOT0引腳，它沒有被引出，但在很久以前調(diào)試閃存合成器時需要用到。

手焊這些漆包線的痛苦經(jīng)歷，讓我下定決心，必須盡快設(shè)計(jì)一塊 PCB。我打算先設(shè)計(jì)一個通用的、對角線布線的查理復(fù)用 LED 陣列，以避免將來再受這份罪。你可以認(rèn)為這是某種不那么隱晦的鋪墊。但在緊急關(guān)頭，沒有什么比一個手工接線的原型更能毫不延遲地驗(yàn)證你的想法了。

我讓FLIP模擬程序在L432上跑了起來，先是一個小小的8x8正方形，然后是一個想象中的流體吊墜的左上角。

當(dāng)我們思考查理復(fù)用顯示屏可能的布線方式，以及這種新穎的布線模式是如何一直擺在眼前卻被忽視時，我們不禁好奇，還有多少其他的布線方案尚未被發(fā)現(xiàn)。人們很自然地會想，能不能用計(jì)算機(jī)算法來尋找新的可能性。

通常來說，自動布線器（Autorouters）是出了名的不好用。在不久的將來，當(dāng)人們將巨大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型投入到這個問題上時，情況可能會改變。但要讓自動布線成為一個可行的選項(xiàng)，我們需要準(zhǔn)確地描述約束條件。比如，某些元件必須放在某些位置。一個更重要的約束是布線必須匹配網(wǎng)表（也就是原理圖）。但在我們的案例中，那個原理圖并不是固定的：由于有查找表，我們不關(guān)心哪個顯示網(wǎng)絡(luò)最終連接到哪個GPIO引腳。但搜索空間遠(yuǎn)比這要大得多。我們希望將所有LED限制在顯示屏的網(wǎng)格內(nèi)，但我們不關(guān)心哪個LED放在哪個位置?！皞鹘y(tǒng)”查理復(fù)用矩陣的查找表，與對角線交叉布線的版本是截然不同的。

約束可以減少搜索空間，有了足夠的約束，通過暴力破解來解決問題就成為可能。但我們這里想要自動化的約束是如此寬泛，遠(yuǎn)少于其他電路設(shè)計(jì)的約束，以至于我認(rèn)為我們短期內(nèi)還無法自動布線出一個更好的查理復(fù)用顯示屏。還有一些我沒有提到的更深層次的“非約束”。在后續(xù)的一個項(xiàng)目中，由于空間極其緊張，我最終將一些走線穿過了微控制器上未使用的GPIO焊盤，從而打破了“不同網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)相互接觸”這一隱性約束。在芯片的固件中將那些引腳設(shè)置為三態(tài)是舉手之勞，但意識到這一點(diǎn)會進(jìn)一步擴(kuò)大我們的搜索空間。

總之，我們還是說回吊墜的電路吧。

提醒一下，“傳統(tǒng)”的查理復(fù)用矩陣遵循這樣的模式：

在兩條邊上添加標(biāo)簽有助于理解，但嚴(yán)格來說只需要一條邊，因?yàn)檫B接可以沿著對角線進(jìn)行。這種排列方式，每個LED至少需要一個過孔。

而對角線排列，在擠壓成類似圓形的形狀后，看起來是這樣的：

在16個GPIO引腳上，最多可以驅(qū)動240個LED，而我們只需要216個來填滿顯示屏，但有一條邊必須由缺失的角落拼湊而成。我當(dāng)時有些隨意地做了這件事，刪除了未使用的LED，并將最近的移到了空位上。在這個過程中，我們得到了一些與原有模式不匹配的LED。這后來給我?guī)砹寺闊?，因?yàn)槟菞l邊上的一個焊橋現(xiàn)在成了問題——你猜得沒錯，焊橋恰好就發(fā)生在那里……如果布局再周到一點(diǎn)，我想我們可以讓整個顯示屏都具有端到端的連接特性，從而使其免受焊接錯誤的影響。

顯示屏本應(yīng)是一個圓形，但巧合之下最終成了一個八邊形。對于Simsimsim程序，我只是簡單地根據(jù)到中心的距離來放置LED，一個從第一性原理出發(fā)構(gòu)建的圓形。碰巧在直徑為16時，根據(jù)你是向下取整還是向中心取整，你可能會得到一個八邊形。我曾考慮過刪除一些角落的LED使顯示屏更圓，但后來放棄了這個想法。

總的來說，吊墜的第一個PCB設(shè)計(jì)比我預(yù)期的要容易。我們沒有從GPIO獲取大電流，所以背面真的不需要放太多東西，而且減少的過孔數(shù)量讓事情變得簡單得多。我們也有足夠的空間根據(jù)需要移動那些過孔。

給PCB的內(nèi)層做圓角可以通過一個插件完成。

我手動進(jìn)行了拼板（panel），因?yàn)槲倚枰环N方法來將板子固定在貼片機(jī)中。你可以讓板廠為你拼板，但那樣你就得接受他們的布局，而且元件坐標(biāo)文件也需要相應(yīng)調(diào)整。我手動制作了郵票孔，只需在邊界上放置兩個鉆孔，再畫一圈阻焊環(huán)來標(biāo)記PCB的邊緣。記住，通常用于切割這些板的銑刀直徑是2mm。給大部分內(nèi)部邊緣做圓角相當(dāng)容易，但在郵票孔處，我們要與另一個彎曲的輪廓相配合。

每個郵票孔之間的四分之一圓弧在KiCad中制作起來真的很麻煩?；叵肫饋?，我可能應(yīng)該在其他軟件中畫好然后導(dǎo)入一個DXF文件。在KiCad中，我首先放置了板子的圓形輪廓，然后用拼板的支撐臂與之相交。我把視圖放大很多倍，微調(diào)相交線的末端以精確地與圓相接，然后用它們作為圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)。整個過程非常繁瑣。

為了掛鏈子，我用一根彎曲的金屬絲來壓住電池。功能上沒問題，但有點(diǎn)簡陋。如果你想找PCB安裝的鍍金彈簧端子，正確的搜索詞是“RFI屏蔽彈片”（RFI shield finger）。

我后來將彈片升級成了一個更大、行程更長的型號，但沒有費(fèi)心去更新3D模型。

LiR2450 紐扣電池周圍有足夠的空間。最初的設(shè)計(jì)要小一些，但在我努力尋找磁吸充電接口時把它增大了。早在 2023 年，速賣通上出現(xiàn)了一堆非常便宜的“智能戒指”，其中一些使用了 4mm 的磁吸充電接口。我最初訂購它們是因?yàn)橄氩鹣吕锩娴幕⌒坞姵兀@種電池到目前為止還無法小批量購買。但對這個吊墜來說，一個磁吸充電接口的吸引力是不可否認(rèn)的，前提是我能找到貨源。

搜索 “4mm 磁吸充電接口”或類似詞條，返回了一堆伸入外殼比我能接受的要深得多的接口。它們顯然是作為通孔元件設(shè)計(jì)的，而戒指的總厚度可能只有 3mm。

在寫這篇文章的時候，市面上可用的接口種類已經(jīng)急劇增加，我花了很長時間尋找的4mm接口現(xiàn)在確實(shí)出現(xiàn)在了搜索結(jié)果的第一頁，所以它可能只是一個當(dāng)時尚未被索引的新發(fā)布產(chǎn)品。以備將來參考，零件號是WNRE的cx-4mm-jz。

順便說一句，不同 4mm 接口的充電線是不兼容的。盡管它們的極性相同，甚至是磁極性也相同，但其中一根的線纜無法牢固地吸附在另一個接口上。我認(rèn)為較大的接口磁場更強(qiáng)，相應(yīng)地線纜上的磁場較弱，可能是為了減少它吸附到附近金屬物體上造成短路的可能性。

金屬加工

視頻完整地展示了整個過程，基本上就是鉆一些黃銅并制作幾個凹槽。制作一個壓入式的后蓋，絕對比加工一個精細(xì)的螺紋要快得多。對于如何制作壓入式后蓋，我沒有任何明確的尺寸參考，只是做了一些有根據(jù)的猜測。最終的壓入式后蓋測試件確實(shí)能扣合在一起，但有點(diǎn)松，無法在張力下保持固定。然而，加入一個O型圈后，完全消除了松動，并且順便提供了一個防水密封。O型圈的存在意味著所需的公差可以寬松得多。

拍攝這個過程也挺有意思的，因?yàn)檫@臺車床比我習(xí)慣用的那臺大Colchester要小。這是一臺Hardinge車床，我的磁性三腳架太大了，用不上。而且，主軸箱上也沒有平坦的表面可以安放。

幾個魔術(shù)臂（magic arms）救了場。

這樣放置相機(jī)非常不方便，使得整個過程耗時更長。理想情況下，我可以用一個大支架來固定它，但車床馬達(dá)的振動意味著如果相機(jī)不是從多個位置支撐，拍出的畫面就會晃動。如果我能像我希望的那樣，在這臺車床上做更多的項(xiàng)目，我必須想出更好的拍攝辦法。

在金工進(jìn)行到一半時，我決定制作第二個吊墜，這次帶一個表鏡來覆蓋顯示屏。市面上有各種直徑的表鏡，厚度、平面或曲面等選擇也很多。但我努力尋找，卻找不到任何關(guān)于其尺寸公差的信息，或者說，找不到任何關(guān)于容納它的金屬部分的尺寸信息。

我切了一個小的測試件，選擇了一塊直徑為27.5mm的玻璃。我想象著在某個地方應(yīng)該有一些關(guān)于如何制造手表以容納這種玻璃的說明，但我能找到的只有關(guān)于在手表維修期間更換玻璃的信息。在玻璃和金屬之間有一個墊圈（gasket）。墊圈厚度為0.45mm，那么安裝槽的總直徑將是28.4mm。

玻璃確實(shí)完美地壓了進(jìn)去，用力恰到好處。測試的直徑似乎很完美。玻璃的破裂是后來才發(fā)生的，當(dāng)時我對自己不用特殊工具就能輕松壓入玻璃變得過于自信。有時候測試這些極限來校準(zhǔn)自己的判斷力是件好事。

總之，那些平面玻璃很便宜，所以沒什么損失，我便毫無顧忌地繼續(xù)制作第二個吊墜外殼。當(dāng)要鉆正面的 28.4mm 凹槽時，通常在切斷零件后重新夾持會很麻煩。但大量的軟爪夾頭（soft collets）讓這不成問題。軟爪夾頭的理念是，你可以對它們進(jìn)行加工，以定制適合你正在處理的零件，但顯然是巧合，架子上的幾個軟爪夾頭已經(jīng)能匹配我 28mm 的內(nèi)徑了。

我真的很喜歡這些微型硬質(zhì)合金鏜桿。

銑削過程平淡無奇，我想我當(dāng)時過于謹(jǐn)慎了。對于后續(xù)的吊墜，我飛快地完成了這一部分。方形夾頭座里的塑料心軸工作得很好（并且可以為后來的吊墜重復(fù)使用）。

這是一個非常令人愉快的小凹槽。O型圈為壓入式后蓋增添了一些輪廓感，我喜歡它的外觀，把它變成了一個設(shè)計(jì)特色。另一種選擇是試圖隱藏它，但這需要更嚴(yán)格的公差，并且也使打開它更加困難，因?yàn)闆]有空間插入開表刀。

連接環(huán)是用“硬”黃銅焊料焊接的。珠寶商使用多種不同等級的焊料，盡管即使是“軟”珠寶焊料也比普通的電子焊料要硬。其原理是，你可以用最硬（熔點(diǎn)最高）的焊料焊接第一個接頭，然后用較軟的焊料焊接后續(xù)的接頭，而不用擔(dān)心之前的接頭會熔化。

我的直覺是，我可能可以用最硬的焊料完成兩個接頭，但到目前為止，對于所有的吊墜，我都用軟焊料焊接第二個接頭。這是電子焊料，在之前一個項(xiàng)目收到一些負(fù)面評論后，我特意用了無鉛焊料。這本意是一個微妙的玩笑，因?yàn)辄S銅合金本身就含有大量的鉛。

我后來才意識到，這種無鉛焊料與鍍金完全不兼容，它就是無法附著在表面上。我并不覺得這看起來很糟糕，但在過去，銀鉛焊料能夠毫無問題地接受電鍍。對于最初的幾個吊墜，我把焊角做得盡可能小，但后來擔(dān)心可能會有縫隙影響整體密封性，于是把焊角做得更突出了。

我用電鍍刷給這些零件鍍了金。對于前兩個吊墜，我的表面處理工作做得非常糟糕，刀痕被電鍍過程凸顯了出來。我當(dāng)時有點(diǎn)急于完成，因?yàn)镻CB很快就要到了。

有時候在電鍍過程中會出現(xiàn)這些棕色斑點(diǎn)。我不太確定是什么原因造成的。

電鍍過程的一個預(yù)期步驟是之后用非常細(xì)的研磨劑（珠寶商紅蠟）拋光零件。這可以去除這些痕跡，并給我們一個完美的表面，或者至少在沒有刀痕的情況下會是完美的。

完成這部分比較倉促，但誰在乎呢？電路板已經(jīng)到了。首先從貼片機(jī)上下來的是這個樣子：

焊橋比我預(yù)期的要多。我用了一種與平時不同等級的焊膏（只是為了試驗(yàn)），我想如果鋼網(wǎng)上的開孔小一些會更好。0402的LED非常小，修復(fù)它們之間的焊橋相當(dāng)棘手。如前所述，它們中的大多數(shù)對性能沒有影響，因?yàn)槎说蕉说腖ED大多屬于同一個網(wǎng)絡(luò)，除了邊緣上我重新定位的那幾個。然而，這有損美觀，所以我感到必須清除這些顯眼的錯誤。

一個疏忽是，我忘了把微控制器的復(fù)位引腳給引出來。顯示屏占用了整個A端口，而SWDIO/SWCLK調(diào)試線也位于A端口上。對于一般使用，這不成問題，因?yàn)槲覀兛梢栽谲浖薪盟鼈儭５珜τ陂_發(fā)來說，這使得我們無法將新程序刷入板子。訣竅是在編程之前立即復(fù)位芯片，但在這里那意味著要加一根飛線（bodge wire）。

第一塊電路板成了我的開發(fā)板。在這個階段，我仍然沒有找到心儀的磁吸接口，但舊的磁吸接口證明了充電電路是工作的。用一個3D打印的紐扣電池座，我也能用電池為開發(fā)板供電了。

加速度計(jì)中斷線上的總線保持器（bus keeper）引起了幾個顯示故障。在走線上飛焊了一個電阻，情況有所幫助。

最終我在那里加了一個二極管，徹底解決了問題。之前我用一個LED替換了那個電阻，這還有一個額外的好處，就是當(dāng)我輕推板子時可以看到信號的變化。

我在視頻中快速展示了一些我應(yīng)用到電路上的其他飛線修正，主要是為了確保電路不會被“騙”進(jìn)軟鎖定狀態(tài)。電池欠壓檢測是在軟件中實(shí)現(xiàn)的，這讓我們的電路更簡單，但也讓我感到足夠不安，以至于下一個版本的PCB在硬件中實(shí)現(xiàn)了它。簡單的外殼設(shè)計(jì)，沒有按鈕，也沒有簡便的打開方式，這帶來了一定程度的偏執(zhí)。我真的很想要一種在需要時復(fù)位芯片的方法，于是構(gòu)建了監(jiān)聽充電接口的電路。

一些數(shù)據(jù)手冊或開發(fā)板建議總是在STM32芯片的復(fù)位線上加一個100nF的電容。我不確定是否需要，但我認(rèn)為我寧愿在引腳上有一個可預(yù)測的、合理的電容，而不是少量未知的寄生電容。連接充電器的脈沖通過一個NPN晶體管基極上的小電容，該晶體管放大電流以拉低復(fù)位引腳。上圖中未顯示的是，我按照建議在復(fù)位線上加了一個100nF電容，并在信號電容的晶體管側(cè)加了一個下拉電阻，以嘗試在充電器連接時最大化脈沖電壓。

在充電接口靠近時很容易短路，在這種情況下，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（polyfuse）會發(fā)熱并降低輸出電壓。盡管當(dāng)電壓恢復(fù)時它會開始充電，但緩慢上升的電源不足以觸發(fā)復(fù)位電路。我覺得這沒關(guān)系，因?yàn)槿绻阏娴男枰獜?fù)位它，只需先連接線纜的磁吸端，然后再插入USB。而且，在重新設(shè)計(jì)的PCB中，硬件欠壓檢測意味著復(fù)位芯片永遠(yuǎn)不會是必需的，這個電路只是為了安撫我的偏執(zhí)。

跳過一些步驟，我們用環(huán)氧樹脂將磁吸接口固定到位，并且也用環(huán)氧樹脂填充了充電LED的小孔。在顯微鏡下，那里有一個微小的樹脂彎月面。

電路板直接焊接到外殼上，以保證機(jī)械穩(wěn)定性和與電池地線的電氣連接。

經(jīng)過幾次組裝和拆卸，泡沫墊被修正，彈簧針換成了更高的，整體顯示亮度被降低，以及各種其他顯示故障被糾正。

合上后蓋并且除了那個充電接口外無法接觸任何東西，這有點(diǎn)嚇人。該設(shè)備的唯一輸入是加速度計(jì)的數(shù)據(jù)。我曾計(jì)劃通過在鏈子末端旋轉(zhuǎn)吊墜來激活“深度睡眠”模式——這與大多數(shù)手勢相比非常容易檢測，只需Y坐標(biāo)在一段時間內(nèi)超過某個閾值即可。如果這也是喚醒它的方式，那將會很瀟灑。不幸的是，那將意味著更復(fù)雜的喚醒邏輯。我們需要先喚醒，然后檢查條件，如果不滿足則返回睡眠。

但我很高興地想到了一個簡單的辦法，就是提高加速度計(jì)運(yùn)動檢測中斷的閾值。通過將其設(shè)置為6g，它不太可能意外喚醒，但輕輕搖晃一下又能足夠容易地讓它恢復(fù)工作?！皳u晃喚醒”（Shake-to-wake）。這是一個很好的解決方案，因?yàn)樗褂玫碾娏坎⒉槐瘸Ｒ?guī)睡眠多。

最終效果還算不錯。

但我們還能做得更好！

原文轉(zhuǎn)載自https://mitxela.com/projects/fluid-pendant，經(jīng)過翻譯、校對

注意：如果想第一時間收到 KiCad 內(nèi)容推送，請點(diǎn)擊下方的名片，按關(guān)注，再設(shè)為星標(biāo)。

常用合集匯總：

和 Dr Peter 一起學(xué) KiCad

KiCad 8 探秘合集

KiCad 使用經(jīng)驗(yàn)分享

KiCad 設(shè)計(jì)項(xiàng)目（Made with KiCad）

常見問題與解決方法

KiCad 開發(fā)筆記

插件應(yīng)用

發(fā)布記錄

審核編輯 黃宇