一.简介

第一次看到Holobubic项目是稚晖君视频：【自制】如何制作一个赛博朋克风格的 百大UP奖杯 【软核】
但是稚晖君的项目是基于ESP32PICO-D4，因此我想尝试使用STM32复刻一个。实际上，使用STM32复刻Holocubic在CSDN上已经有一位博主发布了他做的成品，并且博客介绍得很详细。因此，我也借鉴了他的部分设计，并重新设计制作了一个简易版的Holocubic。
文章链接：项目-Holocubic透明桌面站（基于STM32）
该项目完全开源，所有工程文件的下载链接放在文章最后。
具体实现效果如下：

设计创新如下：
1.重新设计了电路，并增加了锂电池充放电板，支持不接USB线运行；
2.重新设计了软件部分并优化部分功能，加入了FreeRTOS；
3.重新设计了外壳部分以适配电路板；
其余细节在后文给出。

二.硬件电路设计

1.总体介绍

本项目的硬件部分主要由3块PCB板组成：锂电池充放电电路板（四层板）、主控板（四层板）和IPS屏幕板（双层板）。其中板与板之间采用1.0的FPC软排线连接。其中锂电池充放电电路板和主控板通过2.0mm铜柱固定在一起，作为主体部分。
为了尽可能减小体积（锂电池充放电电路板和主控板尺寸为25mm x 25mm），采用了四层板，否则无法布线。
实物图如下：

2.锂电池充放电电路板

★本项目中，锂电池使用1S(3.7V) 200mAh的动力锂电池（容量大的话电池体积会过大，注意：非普通电池）。普通锂电池的最大放电电流为1C，即200mA；动力锂电池的最大放电电流可达15C，即3A。由于项目中使用了ESP8266，该模块的上电电流很大（600mA以上），加上其他器件，整体上电电流在800mA左右（后续会稳定在180mA左右），远大于普通锂电池的最大放电电流。使用普通锂电池会无法启动。

★★★首先需要了解：★★★
1.使用3.7V的软包锂电池对设备进行供电，需要先使用DC-DC进行升压（一般升压到5V），保证电压稳定；
2.电路应具备路径管理功能：不接入USB线时，设备电源来自锂电池升压输出；接入USB线时，设备直接由USB供电，同时为锂电池充电；
3.最好具备手动开关功能；

如果想单独实现以上功能，需要使用较为复杂的电路，会导致电路板面积大于设计值。因此，本项目采用了IP5306芯片，该芯片已经集成了升压和路径管理功能，可以大大减少元器件数量。同时，该芯片还可以通过外接按键进行输出的控制，可以直接作为电源开关（按一下开启，连按两下关闭）

但是！该设计还有一个较大的缺陷：由于IP5306并没有TP4056和AP5056那样的电流控制电阻，这会导致充电的峰值电流过大（实测可达700mA），远大于200mAh动力锂电池的推荐充电电流（0.5C，100mA）。注：充电电流过大很容易导致电池鼓包。
但是，如果使用TP4056或AP5056又不具备升压和路径管理功能，需要额外设计导致电路板面积过大。
如果大家有更好的方案可以在评论区介绍一下，目前该问题还没有解决。

加入了MAX17048芯片进行电池电量的精确检测，但是软件层面还没有对其进行编写。（实际上，IP5306也已经通过LED进行了简单的电量检测与显示，只是检测电池电压而非电量，因此并不精确）

3.主控板

主控芯片采用了STM32F405RGT6并搭配ESP8266-12F模块进行联网：

采用STM32F405RGT6的原因：

1. 为了提高显示屏的刷新速度（即更高的SPI传输速率），优先选用F4以上芯片，F1速度略慢；
2. STM32F407系列，引脚数最少的是STM32F407VET6，也多达100个引脚，体积过大；而STM32F405系列引脚最少的是STM32F405RGT6，只有64个引脚，同时符合其他的设计要求；
3. STM32F405RGT6的FLASH也高达1M，便于后续软件程序设计；

STM32F407在STM32F405产品基础上增加了多个先进外设：第2个USB OTG接口(仅全速)；1个支持MII和RMII的10/100M以太网接口，硬件支持IEEE1588 V2协议；1个8-14位并行相机接口，可以连接一个CMOS传感器，传输速率最高支持67.2 Mbyte/s。其余基本没有区别。

注：为了控制体积，在PCB布局中删去了USB转TTL模块的LED部分（原理图中未删去）。同时板子的丝印均被删去，手工焊接时一定要对照PCB，确保没有焊错元器件

4.IPS屏幕板

IPS屏幕板设计较简单，不过多介绍。

三.软件程序设计

本项目在软件功能部分做了较多删减，目前只实现了较为简单和基础的功能。具体修改可详细阅读代码，如有相关问题可在评论区或私信交流。

以下只简单进行介绍：
本项目软件部分目前只实现网络时间和天气的获取与显示，同时可以通过姿态切换不同城市的天气。
相比于项目-Holocubic透明桌面站（基于STM32），本项目主要做了如下修改：

1. 使用了FreeRTOS；
2. 网络时间只在上电后获取校准一次，然后基于该时间，初始化STM32的RTC。之后的时间都是通过RTC获取；
3. 图片等数据直接保存在了STM32的FLASH中，而非外部FLASH。（省去了数据存入FLASH的操作，但是大大减少了可保存的数据量，尤其是图片数据）

四.外壳模型

使用Rhino软件进行建模、并使用光固化3D打印机进行打印。
模型分为上下两部分，通过卡扣滑动固定。打印完可能会有些许误差，需要打磨。

五.问题总结

硬件问题

1. 锂电池充放电电路部分存在充电电流方面问题，已在文中详细说明；
2. 锂电池充放电电路板的按键过小，放入外壳后，使用有些不方便；
3. 主控板的STM32删去了32.768KHz的外部低速晶振（放不下了），但是RTC最推荐使用LSE，因此RTC时钟只能退而求其次使用了HSE。
4. 为了控制电路板尺寸，布局布线方面存在不符合硬件设计规范的部分。

软件问题

1. 锂电池充放电电路预留了MAX17048电量检测芯片的位置，但是软件中还未实现该功能；
2. 软件整体实现的功能较简单；
3. 没有设计外置FLASH，导致保存的图片数据有限；

六.开源链接

【Holocubic简化修改版-基于STM32F405+ESP8266-12F：使用FreeRTOS和标准库】