摘 要：本文提出了一种基于单片机控制的乒乓球发球机的设计方案。该发球机采用STC89C52为控制芯片，通过手机APP控制发球高度、发球角度和发球力度等，用于模拟人工发球，实现随机大小力度和旋转度发球等功能，可满足乒乓球爱好者练习和运动员日常训练运动的使用需求。
关键词：发球机；手机APP；单片机；驱动芯片
中图分类号：TP277；TP368.1 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）10-0174-03
Abstract：This paper presents a design of a table tennis ball machine based on single-chip control. The ball machine adopts STC89C52 as the control chip，and controls the serve height，the serve angle，the serve force and the like through the mobile APP，and is used for simulating the artificial serve，realizing the functions of random size and rotation，serving the ball，etc.，and can satisfy the practice of table tennis enthusiasts and athletes use daily training exercises.
Keywords：table tennis transmitter；mobile APP；single chip；drive chip
0 引 言
乒乓球发球机是一种模拟人类击打乒乓球发射的机器，主要由电机带动两个一上一下的滚轮摩擦乒乓球，使乒乓球能够按照使用者的设置发到特定位置，具有特定角度，和旋转度的一种机器。
我国是乒乓球强国，随着乒乓球运动的大力发展，加上爱好者对乒乓球专业训练要求的提高，设计一种高度自动化的乒乓球发球机显得特别有意义。
国内现有的乒乓球发球机的类型有两种，一种是手动式发球机，此发球机的优点是结构简单，造价便宜，它需要人工移动发球机来调整发球机的发射角度，通过手动调整角度来实现发球，这种操作方式很麻烦，并不适合我们的训练方式；另一种发球机是全自动式发球机，此类发球机的特点是造价高昂，结构复杂，但是由于加入了微电脑控制技术，用单片机直接控制其发球力度、角度和转速，所以可以得到较为精确的发球，但是此类发球机结构复杂，加上转向机构也很复杂，造价一般很昂贵，体积大且笨重，不适合普通爱好者的一般训练，高昂的价格使此类发球机不能广泛地运用在普通百姓家，本文设计的发球机结合两者的特点，取长补短，成本低廉、简单好用。
1 硬件电路设计
1.1 系统结构
系统结构图如图1所示，通过手机APP发出指令，由蓝牙模块接收信号，传给单片机进行数据处理，进而控制驱动电路，控制电机进行相应的操作。直接电机以PWM脉冲宽度调制的方式控制发球速度；步进电机设有上下轮，分别十级调速，能分别对两个电机进行调速，从而改变发球旋度和速度。
1.2 硬件模块
1.2.1 单片机主控电路
主控电路选择增强型8051单片机作为主控芯片，此款单片机能够满足产品开发要求，价格较低，适合控制产品生产成本。此单片机工作需要最小系统作为外围电路搭建工作环境，电路如图2所示。
1.2.2 直流电机驱动电路
直流电机是主要的发球运动机构，所需要的驱动电路必须拥有调速精度高、力度好、驱动平稳和价格低廉等优势，综合考虑各种驱动芯片，最后选择L298N驱动集成芯片作为本设计的驱动主芯片。L298N是专用驱动集成电路，其输出电流大、功率强。特别是其输入端可与单片机直接相联，从而能够很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可直接控制步进电机，并实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。
综合以上特点，选择L298N作为发球直流电机的驱动芯片，以便于对电机进行精准调速，使发球更有力且精准。直流电机驱动电路如图3所示。
一片L298N芯片可实现两个直流电机的调速，A_EN1、A_EN2、B_EN1、B_EN2为两个电机的使能端，控制电机停止、正转以及反转，A_EN1给高电平，A_EN2给低电平，直流电机1正转；反之，A_EN1给低电平，A_EN2给高电平，则直流电机1反转，若A_EN1、A_EN2两者都为低或高，则电机停止转动。同理，电机2也可以用这个方法使B_EN1、B_EN2两端口实现正转、反转和停止。通过调整PWM_A、PWM_B，可对直流电机1和2的速度进行调整。
1.2.3 步进电机驱动电路
L298N是一个多用途的驱动芯片，可以用来驱动步进电机，送球装置应用的是一个小型步进电机，虽然驱动小型步进电机可以用L298N芯片实现，但是此芯片功率大、价格相对较高，会大材小用，而且不利于缩小体积。因此，本设计采用ULN2003步进电机驱动，步进电机驱动电路如图4所示。
相比于L298N，ULN2003体积小、电路简单、外围元件少，能满足功率要求，同时还可实现减小体积、降低重量和成本。
1.2.4 蓝牙模块选择
HC-05是主从一体化的蓝牙串口模块，主从可指令切换，指令丰富齐全（供电电压3.3V～3.6V）。HC-06是主从一体化的蓝牙串口模块，主从可指令切换，指令少于HC-05，使用简单（供电电压3.3V～3.6V）。HC-05和HC-06都能很好地与手机互联、可靠性高、传输距离较远，均能达到使用要求。由于本设计系统指令要求不高，故选择HC-06蓝牙模块作为蓝牙无线模块。
1.2.5 稳压电路与芯片选择
稳压电路采用最常用的78系列稳压芯片，它具有内部过热和过流保护功能，以及性能优良、可靠性高、体积小、使用方便和价格低廉等优点。
稳压芯片采用7812和7805，分别使电池电源变为12V和5V，分别用于驱动电机以及单片机的工作，稳压电路如图5所示。
2 软件设计
软件流程图如图6所示。
通过手机APP发出指令，并通过PWM调制、控制电机的速度，用于实现调整发球的力度、角度和旋转度。
3 结 论
本文设计的乒乓球发球机解决了目前发球机笨重，贵重的特点，是乒乓球运动员与爱好者的不二之选。
参考文献：
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[2] 王先彪.单片机应用系统设计 [M].北京：清华大学出版社，2014.
[3] 潘松.EDA技术实用教程 [M].北京：科学出版社，2016.
[4] 杨光友，朱宏辉.单片微型计算机原理及接口技术 [M].北京.中国水利水电出版社，2002.
作者简介：张仁朝（1982-），男，安徽淮北人，硕士，实验师，讲师，研究方向：单片机技术应用、实训教学与管理。
