一种基于STM8单片机的智能毽球设计*

2019-09-07甘华国吕娅昭梁晓静林奕涵陈锐贤刘佐濂

山西电子技术 2019年4期

甘华国，吕娅昭，梁晓静，林奕涵，陈锐贤，刘佐濂

(广州大学物理与电子工程学院,广州 510006)

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，对身体锻炼也越来越重视，运动成为生活中不可或缺的一部分。其中占地面积小，成本低，趣味性强的运动最受欢迎。而作为中国传统的毽球运动，集聚上述所有优点，深受大家喜爱[1-3]。物联网技术蓬勃发展的当下，越来越多的智能化设备被开发出来[4]。为提高传统毽球运动的趣味性，广泛传播这项便民运动，本文结合现代智能化技术，开发出一款智能化毽球，使传统毽球能与手机进行无线连接，同时具有自动计数的智能化功能。开发的手机APP除了能显示“踢球的次数”，还具有“卡路里计算”，“与好友比拼”等功能。增加了传统毽球运动的娱乐性，调动了全民运动的积极性，在拓展传统毽球功能的同时尽量控制其成本和球体的重量，使之能大范围推广使用。

1 整体设计

1.1 系统框架图

设计的智能毽球整体电路框架如图1所示。

图1 整体电路框架图

1.2 系统原理

在系统中，微动开关通过主控芯片STM8S103F3P6的外部中断接口与主控芯片进行连接。微动开关在没有碰撞的情况下是处于断开状态，一旦受到外部物体碰撞，微动开关内部就会接触导通，触发芯片的中断响应，在中断响应中使计数值加一更新。更新后的计数值会通过与主控芯片连接的蓝牙CC2541模块无线发送到手机，在设计的手机APP界面上实时显示和更新踢毽球的次数。

1.3 外观设计

智能毽球跟市面上普通毽球外形一致，用来踢的半球底座改装成装载电路板和电子元件的外壳。设计的模型外壳底座采用硬的打印材料，底座外部包裹一圈软胶材质打印的材料，使毽球具有一定的弹性，获得与传统毽球一样的用户体验感。圆形外壳和包裹的软胶形状采用Solid Works软件来进行设计。Solid Works软件是一款三维建模软件，其功能强大，操作简单，易于学习和应用[5]。智能毽球的外壳设计无需太复杂的结构，所以用Solid Works软件来进行建模设计可以快速开发出成品。外观整体结构和分结构如图2。

2 硬件电路设计

2.2 基于STM8S103F3P6的整体系统设计

STM8S103F3P6贴片元件很小，而且外围所需电路很少，不需要晶振电路，复位电路等，只需要两个电容元件即可正常工作。此款芯片有14个引脚可用，而且每个引脚都具有外部中断能力，这在电路设计上有很大的便利。

图2 整体结构图(左)和分结构图(右)

智能毽球因为要在成本、重量和体积上严格控制，成本要低，重量和体积不能太大，否则踢的效果就会不好。STM8S103F3P6最小系统可以很好的满足设计符合要求，其功能引脚多，而且所需外围电路少，其本身体积也小[6]。基于STM8S103F3P6的整体系统设计电路如图3。

左上是基于STM8S103F3P6的最小系统，右上是基于CC2541蓝牙的电路，左下是基于XC6206P332MR的稳压供电电路，右下是计数触发电路。

图3 整体系统设计电路

2.3 基于CC2541蓝牙电路

CC2541是一款针对低能耗以及私有2.4GHz应用的功率优化的真正片载系统。CC2541将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型8051MCU、系统内可编程闪存存储器、8kBRAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起[7]。CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统。这由多种不同的运行模式指定。运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能。而且价格低廉，易于控制成本。CC2541需要的外围元件少，电路简单，容易设计。

2.4 基于XC6206P332MR的稳压供电电路

XC6206P332MR芯片是一款低功耗、低压差、大电流的三端稳压芯片，可以稳定输出3.3V电压。其输入和输出端只需要两个电容对直流电源进行简单滤波即可，电路设计简单。采用XC6206P332MR芯片设计的供电电路，可以为整个系统提供稳定的3.3V电压，而且此芯片输出最大电流为250mA，输出功率完全能支撑整个系统。