基于CH32V103的多功能推杆设计
一、项目简介
“创意源于生活，工具始于懒惰。” 整体造型外观参考了最近比较火的夫妻游戏《双人成行》第一关里面那个吸尘器的推杆开关，结构中采用阻尼器/滚珠轴承等器件，使其非常具有质感和手感。功能上我构思不能只有电脑开关这么简单地一个功能，于是内部采用CH32V103、霍尔编码器，振动马达驱动等外设构建了一个具有开关/线性控制，力感反馈推杆，通过自定义USB TYPE-C接口和HID协议，实现了对电脑的开关机、音量控制、鼠标/键盘/摇杆模拟、甚至可以针对不同应用实现快捷键等功能。
二、硬件构成
我认为一个想法要有完整的设计，不能只停留在开发板上，所以在前期我使用开发板完成了软件功能的实现，后面又设计并打样了PCB和机械结构，把开发板上仅有的一枚CH32V103焊到了自制的PCB板上，安装到3D打印的DEMO模型中，所以比较晚才完成提交项目。接下来我将从硬件和机械两部分进行介绍。
首先是硬件部分，整体的硬件架构如下图所示：
作为一个推杆，编码器是必须的，为了结构简单而不失分辨率性能，我选择了12bit分辨率的AD5600线性旋转霍尔传感器，通过IIC与主控CH32V103相连接。为了丝滑推感同时增加可玩性，我增加了DRV2605和线性马达作为力反馈，DRV2605内置多种震感波形，结合线性马达可以提供多种力反馈特性，也通过IIC与主控相连接。
在推杆一端，我设计了一个DRV2605带灯的微触开关，微触开关的开关量，结合摇杆的线性控制量可以实现很多功能。在推杆本体中设计了两个并联的LED作为装饰灯光，通过定时器可以实现呼吸灯效果。
在对推杆如何连接电脑这块，我思考了很久，为了让推杆能够实现电脑开关机功能，最简单的方式就是将一个开关输出量与主机开关键并联，直接控制短接就能开机了。但这也就意味着要有两根线直接与主机相连。为了让推杆和电脑还能走USB协议，那么也就还要至少接上DM DP GND三根线，再想获得下电脑当前开机状态，那就还得再接两根线到主机的POWER LED上（可能你会说，为啥不用USB连接状态判断？因为刚开机那会儿还没建立USB连接，这个状态不可靠啊），算下来这就七根线了，另外推杆模块也需要供电，要么外接电池，要么再接一个VCC到电脑上，那就需要8个线了，其中4跟可以用USB micro接口，但另外四根就很难受了。
可能你会说，为啥不用USB来启动呢？我也想到了，但是查了不少资料，都说现再新的电脑都不支持USB远程唤醒关机了的电脑，想想也是，系统都关了，USB通讯也建立不起来啊，（当然也是有部分电脑可以通过BIOS加载USB设备来启动，但我的电脑不支持。。）
所以在简洁美观性的追求下，我的目光聚焦到了USBType-C接口，标准Type-C接口有24P，其中包含两组USB3.x的差分数据线，但那个线间距是真的小啊，而且半插半帖的连接器也不好焊，所以我选择了12P的剪裁版Type-C接口，其中包括一组USB2.0的接线，一组CC控制引脚和SBU控制引脚，后面这两组引脚一般用于正反差识别、快充协议上，而我这里用不到这些功能，就正好替代成主机开关键和开关机状态读取功能，这样一个Type-C接口就搞定了8根线的需求。为了也能正反插，在中间用二极管搭了个换向处理结构，这部分电路如下图所示：
整个硬件原理图如下图所示：
layout并打个样板：
当然，定义了Typr-c的接口，对应的数据线也需要特殊处理下，才能支持开关机功能，不过上述设计好的地方就是 普通的数据线接上推杆，也可以进行HID通讯，不妨碍USB的功能；特殊处理过的数据线也可以当做普通的USB Type-C线来用，妙哉吧~
接下来是机械结构。在构思结构时，最开始我设想是导播室里面那个切换台的推杆，那个质感不错，只是感觉元素少了很多，所以就又找了找，正巧刷到《双人成行》的游戏视频，看到第一关里面夫妻变小了，在家里闯关时，需要一起拉动吸尘器的推杆，这推杆不正是我所设想的么！
于是以此为原型，我设计了本项目的推杆的ID，如下图所示
光有外观还不够，还要有内部堆叠，为了实现柔顺并有推动阻尼感，我选型了好几款阻尼器，最终选择了一个合适力度的，设计了内部堆叠，蓝色高亮部分为阻尼器，并增加了四个滚珠轴承来减小轴上不可控摩擦，如下图所示：
3D打印了个DEMO，试了下手感，那种顺滑舒服只可意会不能言传啊！
由于手上只有开发板上一颗CH32V103的芯片，所以只好给它做个心脏移植手术了：
移植好了，只是烧写器还是需要用开发板上的,上电测试，功能一切正常：
三、软件说明
开发平台：MounRiver Studio
硬件MCU：CH32V103R8
代码仓库：Mult-PushRod-RISCV: 多功能推杆1、开关机键替代、开关机状态识别2、USB HID 多功能推杆
软件部分的整体的功能设计和程序设计如下思维导图所示：“创意源于生活，工具始于懒惰。”
软件部分主要逻辑都体现在上面的思维导图中。由于在开发AS5600外设时，要是用IIC，本以为CH32V103的会比较好用，也看到有网友用起了他的硬IIC，但我经过好久的调试，还是卡在初始化之后，总线处于busy状态，硬件排查了信号也没啥问题，就是不好使。
四、项目演示
本项目设计的多功能推杆依靠HID协议，可以实现键盘输出任意字符、鼠标点击移动控制、系统操作、各种软件快捷操作等，实用性、美观性和可玩性极高。多功能推杆的照片：
