一、概述

大家都聽過《哈利波特》吧，在《哈利波特》的世界中，魔法物品很多，但是沒有任何一樣物品能像魔杖一樣重要，因為它與巫師建立起了一種難以言表的緊密聯系，大家看到魔法世界里的巫師們，輕輕揮動幾下他們的魔法棒，就可以施放各種各樣的魔法，是不是即驚嘆又羨慕，

今天給大家帶來一款家庭版的魔法棒，開發者們只要輕輕揮動它，就可以控制家里的智能設備，體驗一次當哈利波特的感覺，是不是特別神奇，它還可以充當探照小燈，比如東西掉到狹小又深的地方時，可以將身材修長苗條是魔法棒伸進去，點亮頂部的小燈，來尋找物品，

想擁有這樣的魔法棒嗎，一起來看看吧，

二、硬體設計

電路主要分為主控板和燈板兩部分，

主控板搭載鋰電池和充電管理系統，使魔法棒具備可回圈的持久續航能力，采用一顆高精度六軸傳感器，可以識別用戶手勢姿態，判斷用戶指令，還搭載涂鴉智能出品的通信模組，賦予魔法棒聯網的能力，可與手機APP通訊，實作設備端，手機端，云端三方資料通信，從而實作用戶通過揮動魔法棒控制智能設備，起到魔術一樣的神奇效果，

燈板可以根據開發者喜好自由發揮，添加各種顏色，各種規格的燈，使魔法棒在"施法"時顯的更加絢麗多彩，

整體硬體框圖如下：

2.1 主控板

點擊這里查看主控板完整原理圖

考慮到便捷環保和重復使用，魔法棒選擇3.7V鋰電池供電，電池的尺寸和容量可以根據自身需求選擇，原理圖中的U3為TP4056，是一顆鋰電池專用充放電芯片，

這是一款恒定電流/恒定電壓線性充電芯片，采用了內部 PMOSFET 架構，內置防倒充電路，芯片具有熱反饋功能，可對充電電流進行自動調節，以便在大功率操作或高環境溫度條件下對芯片溫度加以限制，充電電壓固定于4.2V，而充電電流可通過一個電阻器進行外部設定，當充電電流在達到最終浮充電壓之后降至設定值 1/10 時，TP4056 將自動終止充電回圈，

V_IN為USB輸入的5V電壓，V_BAT連接鋰電池的正極（鋰電池的負極記得連GND），CE腳是芯片使能端，只有CE腳高電平的時候，TP4056才會正常作業，

STDBY腳是電池充電完成指示端，當電池充電完成時，該腳被內部開關拉到低電平，表示充電完成，除此之外，該管腳都將處于高阻態，
CHRG腳是漏極開路輸出的充電狀態指示端，當充電器向電池充電時，該管腳被內部開關拉到低電平，表示充電正在進行；否則該管腳處于高阻態，

? 因此，開發者可以在STDBY和CHRG腳分別加了綠色和紅色兩個LED，這樣，當鋰電池正在充電時，紅燈點亮，當充電完成，綠燈點亮，

PROG腳是恒流充電電流設定和充電電流監測端，從 PROG 管腳連接一個外部電阻到地端可以對充電電流進行編程，在預充電階段，此管腳的電壓被調制在 0.1V；在恒流充電階段，此管腳的電壓被固定在 1V，在充電狀態的所有模式，測量該管腳的電壓都可以根據下面的公式來估算充電電流Ibat=1200*Vprog/Rprog，

為了防止大電流充電，芯片和電池溫度上升，開發者把充電最大電流設定為0.8A，根據公式可知，Rprog=1200*Vprog/Ibat，

其中Ibat取0.8A，Vprog取1V，計算得Rprog=1.5K歐姆，如果開發者想加大電流，在此基礎上適當減小Rprog電阻（原理圖中的R8）即可，

TEMP腳是電池溫度檢測輸入端，將TEMP 管腳接到電池的 NTC 傳感器的輸出端，如果 TEMP 管腳的電壓小于輸入電壓的45％或者大于輸入電壓的 80％，意味著電池溫度過低或過高，則充電被暫停，如果 TEMP 直接接 GND，電池溫度檢測功能取消，其他充電功能正常

這里為了減少開發周期，開發者可以將R16或者R14焊0歐姆電阻，取消該功能，如果開發者希望啟用，可以聯系涂鴉智能，涂鴉智能會提供專業技術支持進行幫助，點擊這里查看TP4056資料手冊

U4是一顆低功耗型的LDO，型號是MD5333，它的作用將鋰電池輸出的3.6V電壓降壓到3.3V，由此給控制器，傳感器等設備供電，

MD5333最大的優勢在于它的低功耗，它的靜態漏電流只有1~2uA，可以大大減少魔法棒在待機情況下的功耗，從而保證魔法棒的續航時間，開發者也可以選擇其他型號的LDO芯片，但是靜態漏電流建議要在2uA以下哦，

2.1.1 控制器

控制核心依舊是開發者們所熟悉的涂鴉智能云模組，

涂鴉有各種通信協議，各種尺寸規格，各種作業溫度，各種焊接方式的一系列超高性價比自研模組，開發者可根據自身的需求進行靈活選擇，本次的魔法棒，如果考慮產品化，涉及低功耗等要求，推薦開發者選擇低功耗藍牙模組或者低功耗Zigbee模組，

魔法棒會用到如下幾個控制引腳用于控制外設，開發者在設計電路的時候需要注意一下：

引腳名稱	引腳功能
LED	LED燈控制引腳，用于控制LED燈亮滅或閃爍
KEY	按鍵引腳，用于喚醒涂鴉云模組，退出低功耗模式
MPU_INT	MPU6050資料就緒引腳，當資料就緒時會產生高電平以提示主控來讀取資料
SCL	MPU6050 IIC介面的時鐘引腳
SDA	MPU6050 IIC介面的資料引腳
CT_POW	MPU6050 電源控制引腳

2.1.2 傳感器

如何識別用戶揮手的手勢姿態資訊呢？這里就需要一顆姿態采集傳感器，本方案采用的是MPU6050，

它是InvenSense公司推出的全球首個整合性6軸運動處理器件，內帶3軸陀螺儀和3軸加速度傳感器，并且含有一個輔助IIC介面，可用于連接外部磁力傳感器，利用數字運動處理器DMP硬體加速引擎，通過主IIC介面，可以向應用端輸出完整的9軸姿態融合演算資料，

MPU6050 對陀螺儀和加速度計分別用了三個16 位的ADC（0~65535），將其測量的模擬量轉化為可輸出的數字量，為了精確跟蹤快速和慢速的運動，傳感器的測量范圍都是用戶可控的，

MPU6050三個獨立的振動MEMS速率陀螺儀，可檢測旋轉角度X軸，Y軸和Z軸，當陀螺儀圍繞任何感應軸旋轉時，科里奧利效應就會產生電容式傳感器檢測到的振動，所得到的信號被放大，解調和濾波產生與角速度成比例的電壓，該電壓使用單獨的片內數字化16位模數轉換器（ADC）對每個軸進行采樣，陀螺儀傳感器可以全面范圍的被數字編程為每秒±250，±500，±1000或±2000度（dps）， ADC樣本速率可以從每秒8,000個采樣點編程到每秒3.9個采樣點，并且可由用戶選擇低通濾波器可實作廣泛的截止頻率，

MPU6050的3軸加速度計為每個軸使用單獨的檢測質量，加速沿著一條特定軸在相應的檢測質量上引起位移，并且電容式傳感器檢測到該位移位移有差別，MPU6050的架構降低了加速度計的敏感度制造變化以及熱漂移，當設備放置在平坦的表面上時，將進行測量在X和Y軸上為 0g，在Z軸上為+ 1g，加速度計的比例因子在工廠進行校準并且在名義上與電源電壓無關，每個傳感器都有一個專用ADC來提供數字輸出，數字輸出的滿量程范圍可以調整到±2g，±4g，±8g或±16g，

點擊這里查看MPU6050資料手冊

傳感器的引腳功能說明如下：

引腳編號	引腳名稱	說明
1	CLKIN	可選的外部時鐘輸入，如果不用則接GND
6	AUX_DA	I2C主串行資料，用于外接傳感器
7	AUX_CL	I2C主串行時鐘，用于外接傳感器
8	VLOGIC	數字I/O供電電壓
9	AD0	I2C Slave 地址 LSB
10	REGOUT	校準濾波電容連線
11	FSYNC	幀同步數字輸入
12	INT	中斷數字輸出（推挽或開漏）
13	VDD	電源電壓及數字I/O供電電壓
18	GND	電源地
19、20、21	RESV	預留，不接
20	CPOUT	電荷泵電容連線
23	SCL	I2C串行時鐘SCL
24	SDA	I2C串行資料SDA
2、3、4、5、14、15、16、17	NC	懸空