KTE · Projekt 1

PixelPine

Vánoční stromeček z plošného spoje: 240 LED, dotykové ovládání, napájení z USB-C.

Bc. Marek Mach · říjen 2026

Funkce

Efekt: polární záře

Efekt: tlukot srdce

Animovaný výraz

15 světelných efektů

16 výrazů

Kapacitní dotyk: 6 gest

Povaha: emoce a stavový automat

Stav: spánek

Reakce: lechtání

6 emocí: energie, soustředění, nálada, podráždění, nadšení, vztah

Stavy: probuzení, práce, snění, dřímání, spánek, nevrlost

Vztah k uživateli se ukládá do flash a zůstane i po vypnutí

Chování řídí šest vnitřních proměnných v rozsahu 0 až 1: energie, soustředění, nálada, podráždění, nadšení a vztah k uživateli. Mění se časem a podle dotyků: práce snižuje energii a soustředění, spánek energii doplňuje, hlazení zlepšuje náladu, příliš mnoho dotyků zvyšuje podráždění. Nad nimi běží stavový automat. Po zapnutí následuje probuzení, pak práce, kdy se přehrávají světelné efekty. Když klesne soustředění pod 25 %, přejde do snění, kdy ukazuje jen výrazy. Při energii pod 12 % dřímá a usne. Při vysokém podráždění se přepne do stavu nevrlost a ignoruje ťukání. Na gesta reaguje krátkými výrazy, třeba na lechtání vpravo. Proměnná vztah se ukládá do flash paměti, takže zůstane zachována i po odpojení napájení. Celá logika je součástí ověřovacího překladu firmwaru.

3D render přední strany desky PixelPine se stojánkem

Deska plošného spoje

240 LED

0603, teple bílé, rozteč 2,12 mm

16 vývodů

charlieplexing přímo z MCU, bez budiče

50,5 × 70 mm

FR-4 1,6 mm, 2 vrstvy, osazení z jedné strany

Schéma: MCU a napájení

Schéma zapojení: mikrokontrolér PY32F003 s 16 rezistory a napájení z USB-C

Kusovník (BOM)

Označení	Součástka	Ks	Cena / deska
D1–D240	LED 0603 teple bílá, XL-1608WWC-06	240	1,36 $
U1	MCU PY32F003F18P6, TSSOP-20	1	0,148 $
J1	USB-C 6pin, jen napájení	1	0,023 $
C1	10 µF 10 V X5R 0603	1	0,022 $
R1–R16	100 Ω 0402, vodiče matice	16	0,013 $
C2, R17–R19	100 nF, 2× 5,1 kΩ, 1 kΩ (0402)	4	0,008 $
Celkem	8 položek, vše skladem LCSC	263	1,57 $

Ceny LCSC při sérii 1 000 ks. LED tvoří 86 % ceny součástek.

Měděné ostrůvky LED plošek: barva značí jeden ze 16 vodičů matice, spojené plošky tvoří jeden ostrůvek

Optimalizace zapojení LED

480 → 141

plošek → měděných ostrůvků

Pozice LED jsou pevné, mění se jen to, který pár vývodů (anoda, katoda) sedí na které pozici.
Python skript hledá nejlepší přiřazení simulovaným žíháním (výpočetní jádro v C, 4 běhy po 20 mil. kroků).
Cíl: co nejméně ostrůvků. Sousední plošky stejného vodiče se spojí krátkým můstkem mědi.

Výsledek: autorouter propojí desku za 2 min na 2 vrstvách. Předtím po 87 min zůstalo 76 nespojených cest.

Obrázek ukazuje, jak jsou LED plošky propojené. Každá barva je jeden ze 16 vodičů matice, L0 až L15. Plošky spojené čárou tvoří jeden měděný ostrůvek. Problém: LED jsou tak nahusto, že při běžném rozložení byla každá ze 480 plošek samostatná a autorouter po 87 minutách pořád nespojil 76 cest. Pozice LED jsou dané, ale přiřazení dvojice vývodů k pozici je volné. Proto jsem napsal Python skript, který toto přiřazení optimalizuje metodou simulovaného žíhání; náročná část výpočtu běží v C, aby byla rychlá. Skript počítá ostrůvky, náhodně prohazuje páry LED a ponechává změny, které počet ostrůvků snižují, ze začátku občas i horší, aby neuvízl v lokálním minimu. Běží čtyřikrát paralelně po 20 milionech kroků, asi 10 až 20 minut, a vybere nejlepší výsledek. Ze 480 plošek je 141 ostrůvků. Deska se propojí za dvě minuty a stačí dvě vrstvy místo čtyř. Výsledek je uložený v jednom souboru, ze kterého se generuje schéma, deska, simulátor i tabulky firmwaru.

Spotřeba a firmware

7 mA

průměrný odběr z USB-C, méně než 0,1 W

122 Hz

obnovovací frekvence, oko neuvidí blikání

27 % paměti

celý firmware má 17 KB z 64 KB

16 mA

nejvíc na jeden pin, limit čipu je 20 mA

Kolik stojí výroba jednoho stromečku

Série	100 ks	1 000 ks	10 000 ks
Výroba a doprava do ČR	3,83 €	3,20 €	1,98 €
Podíl na certifikaci CE	27,00 €	2,70 €	0,27 €
Celkem za kus	30,83 €	5,90 €	2,25 €

Certifikace stojí jednou 2 700 €. Nejdražší díl jsou LED: 86 % ceny součástek.

Prodejní ceny

Maloobchod

12,90 €

marže 3,08 € / ks

Vlastní e-shop

14,90 €

marže 7,99 € / ks

B2B s logem

6,90 €

bez DPH, marže 4,65 € / ks

Marže při sérii 10 000 ks. Maloobchodní ceny včetně 21 % DPH.

Stavebnice z AliExpressu stojí 2–4 $. PixelPine cílí na hotové dárkové produkty v pásmu 10–15 €.

Děkuji za pozornost

Simulátor efektů:

machmar.github.io/pixelpine

Výrobní podklady pro JLCPCB jsou připravené.