智能跳绳方案浅析

　　跳绳运动因其简单易学的特性，深受喜爱，尤其是教育部推出《国家学生体质健康标准》并将1分钟跳绳作为中考选考的项目之一后，跳绳运动更是成为众多中考体育项目中广受欢迎的项目，由此智能跳绳的需求也迅猛增长。智能跳绳主要由微控制器、传感器、磁铁、电池、显示屏、按键、蓝牙模块、存储芯片、蜂鸣器或语音模块等器件/模块组成，协同实现准确计数、记录跳绳数据，并与手机APP或其他电子终端进行交互。

　　图1、智能跳绳简图(图源：海速芯)

　　计数是智能跳绳的基础功能，通常是采用霍尔传感器检测跳绳转轴转动，运用了齿轮转动机械计数的原理，通过内置算法准确感知转轴360度圆周运动，实现精准计数，还可以感知用户跳绳卡顿绊绳等情况。跳绳模式、次数、时长、卡路里、电量等信息在LCD显示屏实时显示，当设备配对蓝牙成功时，所有的跳绳数据都将同步到APP中，从而实现个人的运动健康监测和管理。心率监测，姿态识别等功能则需搭载相应的传感器去感知。

　　图2、智能跳绳硬件组成示意图

　　双霍尔高精准计数方案核心计数元件就是一个磁铁、旋转结构、感磁霍尔元件。原理非常好理解，霍尔元件发生磁场变化的时候，电信号也同时发生变化，转轴上的磁铁每经过一次霍尔元件，电信号就明显变化一次，统计这个电信号明显变化的次数，就能统计到次数了，这种基本是准的。磁控计数基本原理是磁通量大于工作点时，输出低电平;当磁通量小于释放点时，其输出高电平，通过高低电平切换完成计数功能。如下图TO92S封装芯片南极敏感，SOT23反封装则北极敏感。

　　图3、磁控计数基本原理(图源：中科阿尔法)

　　磁控计数不能识别反跳次数，而且通常在跳绳的时候，绳轴会预先旋转半圈，这时候计的次数就不够准确了。这里就有另外一种红外光学传感器计数的技术方式，采用六轴加速传感器和光学传感器，只有感知到跳绳转足一圈的时候才会计数，因此还能正确识别用户的正跳反跳蝴蝶跳，并且不会算错。

　　图4、红外光学传感器计数(图源：矽睿科技)

　　工程师如何设计一款智能跳绳?它们常用的电子元器件或芯片方案有哪些呢?带着问题我们整理了以下3款智能跳绳的BOM表，予以设计参考。1、华为智选 沃莱智能跳绳S2 Pro，型号：RS2160ULB

　　主控芯片：炬芯的ATS3085C，基于MCU+DSP的双核异构的架构，并加入图形加速引擎、Sensorhub模块、蓝牙5.0、电源管理单元(PMU)、音频编解码器、屏和传感器外设接口模块等，单颗芯片可以实现驱动显示屏，运行运动健康算法，蓝牙通话，本地解码等功能;

　　运存：芯天下的XT25F32F，32M-bit串行闪存，支持标准串行外围接口，并支持双/四SPL;

　　内存：旺宏的MX35UF2GE4AD，1.8V 256MB串行NAND闪存，用于存储音乐、课程，以及系统固件信息;

　　霍尔传感器：丝印1620 2TAT的，通过检测磁铁旋转，输出电信号计算跳绳圈数;

　　加速度传感器：丝印二维码，用于采集跳绳时的运动数据;

　　晶振：32.000MHz，为蓝牙芯片ATS3085C提供时钟信号;

　　锂电池充电芯片：丝印3221-420，用于手柄内置电池充电;

　　音频放大器：广芯的BCT8937S，高效率、低噪声T类音频放大器，用于驱动扬声器;

　　扬声器：丝印1712258 2207183A;

　　LCD显示屏;

　　锂电池：型号是XK681533，电压3.7V，容量300mAh 1.11Wh，生产日期：2022年6月。电池配备有电路保护板，负责电池的充电保护，通过高温绝缘胶带包裹防护。

　　2、小度智能跳绳，产品型号：XD-SSJ04-2104

　　主控芯片：泰凌微的TLSR8250F512，一颗BLE mesh SoC，集成射频(RF)、数字处理、协议堆栈软件和低功耗蓝牙(蓝牙5.0);

　　晶振：丝印H241J，为蓝牙芯片TLSR8250F512提供时钟信号;

　　锂电池保护芯片：创芯微的CM1103-GC，单节二合一保护IC，用于手柄内置电池充电;

　　LED指示灯：两颗不同颜色的，用于反馈智能跳绳充电状态;

　　LED驱动器：中微爱芯的AiP650，控制由32颗LED灯组成的数字显示屏;

　　霍尔传感器：丝印1165HC，主板上共搭载有三颗，用于实现更精准的计数;

　　圆形震动马达：丝印XDY，用于计数/计时开始、跳绳计划完成等给予用户反馈;

　　锂电池：诺威新能源的NV 701535，容量320mAh/1.184Wh，电压3.7V，生产日期：2022年4月22日。

　　3、华为智选 海德智能跳绳，产品型号：NT930

　　主控芯片：富芮坤的FR8016HA，一款面向 SOC(片上系统)的，易于快速开发的低功耗蓝牙5.0芯片;

　　霍尔传感器：3颗美加科技的MH271，通过检测磁铁旋转，输出电信号计算跳绳圈数;

　　锂电池恒流恒压充电芯片：富满电子的LTH7R，支持最大500mA充电电流，负责为手柄内部电池充电;

　　锂电池保护芯片：丝印8205A，丝印G3JY，监测锂电池电压,实现对锂电池的过充电保护;

　　音频功率放大器：禾润电子的HT6872，一款低EMI的，防削顶失真的，单声道免滤波D类音频功率放大器，驱动扬声器单元发声;

　　扬声器;LCD显示屏;圆形震动马达;

　　锂电池：型号是HZ 601235，额定容量200mAh/0.74Wh，额定电压3.7V，生产日期：20210406。

　　总结以上3款智能跳绳的芯片组成，主控芯片用到了炬芯、泰凌微、富芮坤，推荐还可以选择NORDIC、德州仪器、海速芯、芯海、瑞纳捷、巨微、暖芯迦、维霖通、海凌科、天工测控等芯片或模块。工程师从无到有去设计一款电吹风实属不易，涵盖原理图、电路图设计、PCB 布局以及相应的打样与调试等环节。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了海量极具优势的芯片货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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