一款多功能露营专用氛围灯

作者：向阳逐梦

2023-11-28
四川
本文字数：3067 字
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一、主要功能

使用 COB 灯丝+3D 打印构建精妙的螺旋线条露营灯
选用 IP5328P 作为电源主控，支持双向 PD 快充，支持 PPS 档位输出
电池仓结构设计兼容 26650（不可更换）或 21700/18650（可更换）电池
使用 WS2812 灯组成顶部灯圈，可以实现照明灯+氛围灯的双重功能
通过 STM32 与 5328 进行 iic 通信，获取充放电数据，并通过 BLE 透传
通过 BLE 与手机 APP 连接，实现对“萤辉”的掌上控制（目前存在一定 bug）

二、硬件说明

请注意，本项目一共有 4 片 PCB，其中两片 4 层板，两片 2 层板（均在 10*10 以内可以免费打样）

硬件说明将会根据 PCB 编写，以便对电路设计进行理解，建议结合电路图进行阅读。

一、主板

主板是负责承载 ip5328 充电宝电路和 stm32 主控电路的基板，使用跳线和铜柱对外连接（下图中露出的 PCB 便是主板 PCB）

1、单片机主控及外围电路

主控单片机采用 STM32F411 单片机，确保有足够的可扩展性

该部分电路主要包括作为主控的 F411 单片机、对外的调试接口（使用 1.25mm 间距插口，包括 SWD 调试接口+串口方便进行调试工作，同时引出了复位引脚方便远程操作）、外置 FlashW25Q128 芯片（但后来程序没有用上，可以不焊，如果以后升级程序可以用）、BT-11 蓝牙 BLE 模组、蜂鸣器等电路

对于单片机与 IP5328P 连接的端口，均进行了串阻保护，而对于对外的接口，则额外增加了 ESD 防护器件（当然你也可以选择不焊接

单片机采用 SWD 下载，不使用 DFU，因此 BOOT0 和 BOOT1 使用 10K 电阻接地，这样也可以在需要使用的时候进行短接上拉 BOOT 引脚

晶振部分可以不用焊接，用不上注：最早是用 G0 的，但是写 WS2812 的程序最早采用的是刷数组的方案，需要较大的内存容量，因此后来换成了 F411 来实现，不过在后来，采用了 RGB 转 HSV 的方案，HSV 的方案不仅显示效果好而且占用空间小，但由于 PCB 此时已经基本定型，就没有换回 G0，这样的缺点就是项目成本会相对较高，其他并没有什么问题

2、IP5328 充放电管理

本项目采用 IP5328P 作为充放电管理部分的主控

IP5328P 同时承担了充电宝以及升压电源的功能，充电宝功能用于对外输出以及给内置电池充电，而升压输出则通过与单片机的程序控制联动，为萤辉的灯丝以及 WS2812 进行大功率的供电，同时我也预留了 VOUT2（目前没有使用），可以让大家根据自己的需求，扩展更多的功能电路

充放电管理芯片 IP5328P 的电路设计主要参考了官方的数据手册，我这边就不再赘述了

我这边 22uF 的电容选型为了耐压，选择了相对较贵的 TDK 家“HiFi 电容”，大家可以根据耐压需求换成别的电容型号

在主控板的背面（主控板与转接板的夹层中），需要焊接一颗固态电容

3、“灯”的控制

灯丝及 WS2812 的供电部分如下（包括灯丝的调光控制电路）

升压（BAT 转 5V）输出部分使用 mos 进行控制，mos 管可以基于 5328 的基本控制逻辑进行控制，也可以使用单片机进行 iic 通信，操作寄存器进行控制

需要注意的是，5328 具有快充输入输出功能，VMID 总线电压最高为 12V，因此在单片机的程序中，会通过寄存器读取，判断 5328 是否处于快充充电宝模式，此时会强制关闭 MOS 防止高压输入“灯”的部分，防止损坏 PWM 控制器与 2812 灯珠，但考虑到程序可能存在 bug 或程序跑飞等特殊情况，还增加了 LP5300B6F 过压保护芯片，保护后级电路安全（不得不吐槽一些 LP5300B6F 的引脚设计是真的很离谱，为什么 6 个引脚给了 4 个 GND，输入输出只是给给了 1 个，这里的 GND 根本不走大电流啊，流通路径全在输入输出，只能怀疑是不是为了兼容别的什么芯片进行这样的设计了）

注：上图的“底部灯圈”这一路输出目前没有使用，只是我一开始挖的坑（本来还想在底部做个环形灯圈手电筒功能）

灯丝也可以直接使用主板进行测试，不需要其他 PCB，建议在组装前进行测试防止反工

灯丝的实际亮灯效果测试：

4、单片机供电

对于单片机与蓝牙部分供电是通过 RT6150 芯片对电池电压自动升降压，从而实现 3.3V 的稳压输出

注：该芯片现在涨价了（涨的比 5328 主控都贵了，有点离谱），大家可以换成别的升降压芯片

RT6150 芯片的 PS 引脚是用于控制 PSM 工作模式的，具体效果请查看数据手册

焊接好主板和主桶下板后，建议采用长螺柱进行测试（这样可以在保证电气连接的情况下，也能使用万用表、示波器表笔对关键节点进行测试，不然全部装配好以后就没办法测试主控板背面的电气节点了）

可以先使用 USB 表等设备测试充电功能是否正常，再测试别的功能

底部盖板制作

嵌入式系统软件

嵌入式软件说明将会根据软件任务编写，以便对程序进行理解。

软件代码在项目附件压缩包中！

1、初始化任务 1.1. 改变蓝牙名称

可以根据自己的需求修改蓝牙名称，蓝牙模块默认名称 BT-11，程序初始化默认名称 YingHui1.2. 等待电源控制芯片被激活

若第一次装入电池，则需要充电激活

若已经完成充电激活后单片机重置，则单击电源按钮激活 1.3. 激活成功指示灯亮

单片机下方的指示灯，硬件标注为 INIT

若安装夜光环或其他透光材质/颜色的装饰环，可以在调试结束后拆除这颗指示灯 1.4. 删除初始化任务

2、看门狗任务从功能上说它可以让微控制器在程序发生意外（程序进入死循环或跑飞）的时候，能重新回复到系统刚上电状态，以保障系统出问题的时候可以重启一次。说的简单一点，看门狗就是能让程序出问题是能重新启动系统

3、按键任务用于在离线模式下控制灯丝按键任务会判断蓝牙是否连接，只有在蓝牙未连接情况下才能进入离线状态，（蓝牙）在线状态下则不能通过按键控制防止冲突

4、LED 任务（LED1 和 LED2 相同）

注：如果有需要还可以开启 LED3 通道

具体逻辑如下：4.1.根据灯丝模式获取亮度，模式分别为固定值和随机值 4.2.线性改变灯丝亮度（否则直接跳会很难看）4.3.改变指定定时器通道占空比

5、蓝牙任务若蓝牙未连接挂起 LED 任务即离线模式；若蓝牙已连接恢复 LED 任务即在线模式，并模拟打开充电宝

这一段听起来不好理解，但看了代码就明白了，下面为模拟打开充电宝核心代码：

HAL_GPIO_WritePin(KEY1_CONTROL_GPIO_Port, KEY1_CONTROL_Pin, GPIO_PIN_RESET);osDelay(600);HAL_GPIO_WritePin(KEY1_CONTROL_GPIO_Port, KEY1_CONTROL_Pin, GPIO_PIN_SET);

其实非常好理解，就是使用开漏输出模拟点击充电宝按键

6、WS2812 控制

RGB 转 HSV：HSV 用更加直观的数据描述我们需要的颜色，H 代表色彩，S 代表深浅，V 代表明暗。此处转换易于编程。

由 RGB 到 HSV 的转换详解： https://zhuanlan.zhihu.com/p/67930839

注：一开始没有找到这个方法，使用了用函数计算数组的方法做出颜色变换，但是由于过于占用空间，就把最早使用的 G0 换成了 F411，但后续找到了这个转 HSV 的好方法，大大降低了程序复杂度，不过由于 PCB 已经定型，就没有改设计

7、WS2812 任务通过上位机 APP 选择 WS2812 可编程逻辑灯珠模式，程序中中暂时实现的模式有默认模式（默认选择默认模式（这听起来好像是一句废话）），流光溢彩，颜色渐变，和混合模式（混合了流光溢彩和颜色渐变两个模式）

8、电源控制芯片 IP5328P 输出控制任务监控系统状态：主要检测是否为 5V 放电，开启或关闭寄存器 vout 通路，避免高压烧毁灯光部分

这一部分说起来比较复杂，会涉及 5328 的快充与其他模式，程序部分为了减轻工作量，就采用了直接读取 5328 自身模式寄存器的方案，其实这种情况下可能会存在误判，但在灯光部分的硬件部分设计了过压保护防止意外，详解见硬件部分的说明

注：5328 通信部分参考了以下链接内的程序，特此向原作者表示感谢！另，原作者部分程序可能存在 bug（也有可能是我没有理解原作者的编程思路），已经进行修改，但不保证是否会引入新的 bug

https://gitee.com/chaojiwangba/IP5328P

https://www.amobbs.com/thread-5736047-1-1.html

https://blog.csdn.net/qq_36300069/article/details/109401007