新款NFC-LED风扇的剖解探秘

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发表于 2017-5-19 11:08:48   478 查看 1 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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介绍
进入5月,深圳的天气已经显得有些炎热了, 小编突然想起了年初在ST意法半导体的某个NFC技术培训上,曾经拿到的一个ST公司的NFC-LED赠品风扇。爽了一阵风之后,小编觉得这个风扇跟传统的LED风扇有些不同:传统只能显示固定的显示内容,而这个ST送的风扇,却可以通过NFC手机对它进行任意显示内容的设置,非常有个性化!到底它的工作原理是如何的呢?采用的电子器件,会是哪种设计方案呢?秉承Marker精神,从小就喜欢拆各种电子产品和玩具的我,情不自禁想对她进行一番“庖丁解牛”。随下,让我给大家Show一下剖解过程:
剖解探秘
1. 效果展示
解剖前,让我们先体验一下她的运行效果。不然,后面如果不小心拆坏了,或许就没机会看了。Wow!即惊艳又凉快,很酷吧!

1.png

2. 整机玉照。
2.png
注意到了吧? 机身的电池后盖上,有一个二维码,手机扫码后,即可下载一个APP。通过这个APP,支持NFC功能的手机可以设置5个显示画面的中英文和系统已经固定预设多个表情图标。这个APP的界面如下:
3.png

从上图的APP界面可见,该NFC LED风扇可以轮流显示5个页面的内容,每个页面的显示内容可写9个汉字或者18个中英文字符,每条数据的显示效果是固定的。输入设置完需要显示的信息内容后,最后就是更新NFC风扇的硬件内存了,方法是:先把风扇叶的头拔拆下来,然后把风扇叶(内带NFC数据存储用途的PCBA小板)靠近手机的NFC感应区,接着点击APP界面上的按钮“OK”即可,更新NFC内容的过程持续大概2-3秒。

3. 内部设计
4.png
外壳的打开很简单,只有1个螺丝,其它地方靠卡扣连接。从图上可见,这个风扇里面的东西还是“空荡荡”的,初步看到的只有: 一个可安装37号干电池的弹簧架,一个ON/OFF开关,一个直流电机马达,数根导线而已。

4. 扇头设计
5.png

很明显,这个风扇头是重点了! 从图上,我们可以看到,它的设计还是很巧妙的,比如:使用细线的PCB走线当作NFC线圈, NFC手机或NFC读卡器就是通过这个线圈给该小板上的NFC芯片提供电能来源和数据读写操作的; PCB上的2个圆形焊盘区和电机马达轴直连的弹簧组成系统供电装置,通过弹簧的压力,即使风扇叶旋转起来,系统也能正常连接和持续获得电池的能量供应。除此之外,PCB板上,还有个特殊的焊盘片,那就是“同步用途的”的焊盘。风扇叶每旋转1圆,对应的该焊盘会通过负极的弹簧接触而输出一个低电平(其他时间,因为没有接触,输出的是高电平)
这样,有了这个同步信息,单片机就可以在旋转一圈的过程中,知道哪个位置应该如何控制LED灯的亮和灭(即点阵信息)了,从而实现通过各个LED的发光“点”,组成一个显示面(显示屏)。
5. 扇叶解析
6.png

LED风扇能显示中英文和图标的原理: 风扇叶的FPC柔性线路板上,有110603贴片封装的蓝色LED灯,通过我们人类“视觉暂留,类似看电影”的原理,单片机把预先在APP里设置的内容显示在LED上。或许有些人不知道,为何是11LED呢? 7个可以吗? 那2个呢? 这个就有点讲究了,因为能显示汉字的基本、最小点阵信息就是11x11,点阵数再小,比如5x77x7(7LED) 虽然英文和数字可以显示清楚,但汉字就显示不清楚了。
6. 风扇的控制器主板

7.png

如上图所示, 风扇的控制器主板还是很简单的它是一个双面板PCB,板上的器件包括: 一个16Pin的单片机U2; 一个NFC芯片U12个电容其中一个是电源滤波用途使用的电容C1,另外一个是调节用途、并联在NFC线圈(用PCB走线代替实现)上的谐振电容C2
从丝印看,NFC芯片采用的是ST意法半导体公司的M24SR16芯片,它是一个内置2-Kbyte (16-kbit) EEPROM、支持双接口(NFC无线和有线的I2C)、符合ISO/IEC 14443 Type A and NFC Forum Type 4 TagNFC芯片。使用这个NFC芯片,就算是没有安装干电池供电,NFC手机或NFC读卡器也能通过这个“PCB线圈”给该小板上的NFC芯片M24SR16提供电能来源和LED显示数据的写入或读出;而单片机U2因为丝印无,所以型号未知。
自此,这个NFC-LED风扇的工作原理,我们应该很清楚了:上电后,单片机通过I2C接口从NFC芯片M24SR16读取要显示的所有LED数据到SRAM,而风扇叶的旋转过程中,根据同步焊盘提供的“位置信号Sync”, 单片机就可以在旋转一圈的过程中,知道哪个位置应该如何控制LED灯的亮和灭(即点阵信息)了,从而实现通过各个LED的发光“点”,组成一个显示面(显示屏)。至于,显示其它不同的内容、界面,只是读取和展示下一批的LED点阵数据而已。。。
因为电路较简单,小编就花了点时间把该电路图给绘制出来了,以赐读者:
8.png

剖解总结:
总体上,这个NFC-LED风扇的设计方案还是很精简、巧妙和实用的。精简,体现在用料很少,比如单片机基本上每个IO都用尽了,BOM包括机械开关和马达一共也才6个器件。巧妙,体现在电池如何给不断旋转中的PCB板提供电能,以及同步点Sync焊盘的设计上。
最实用最贴心的设计是,现在LED显示内容可以任意编辑的APP设计上,而且是支持多国语言风格的界面喔。想想看,当520的时候送给你的女朋友的时候,看到你写给她的话通过这个扇叶表达出来,对方会有多开心。可见,这个ST风扇,确实非常有个性化!拿来送人送礼也相当地合适



发表于 2017-5-22 11:37:28    楼主|
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