【立创开发板】梁山派•瓦力机器人

项目更新

2025.6.10：优化布局布线，更新板子命名

角色介绍

瓦力是电影《机器人总动员》中的一个虚构角色，亦是该片的主角。他是一台虚构的型号为 WALL-E（Waste Allocation Load Lifter Earth Class，地球版垃圾配置承载起重机）的机器人，后来一见钟情地喜欢上了新形异星植物探测女机器人**伊芙**（EVE，Extraterrestrial Vegetation Evaluator，但被瓦力叫做Eva 伊娃）。原本，“瓦力”是指影片虚构的特大型美国公司BnL（Buy n Large）生产的一系列清扫型机器人，但到了片中故事发生的年代，全世界的瓦力除了片中的这台外都已报废退役，故“瓦力”专指这最后的一台。

项目方案

项目方案是一个计划、策略或计划书，旨在指导一个项目的实现。它描述了项目的目标、范围、时间表、预算和资源分配等方面的细节。

梁山派选用的是GD32F470ZGT6，为充分利用其资源，将可用外设设置成表格形式，清晰明了。

选型说明

选型说明是项目实施过程中非常重要的一部分，因为它直接影响项目的成本、时间和质量等方面的结果。因此，需要认真制定选型说明，全面评估各种因素，选择最佳选项，并对选项的利弊进行充分的评估和比较。

瓦力3D外壳整体高度33CM，宽度30CM，空壳2.2kg，因此所搭载直流电机应有足够的驱动能力。选择合适的电机——>设配电机的电源，设配电机的驱动IC——>适配电源的降压电源IC。

1. 24V降压DC—DC电源IC：TPS54331DDAR

>* 功能类型：降压型
>* 电压输入：3.5V 至 28V
>* 电压输出： 可调节输出电压低至 0.8V

2. 舵机驱动IC：PCA9685

>* 通信方式：I2C
>* 工作电源电压：2.3V 至 5.5V
>* 驱动数量：最多驱动16路LED（舵机）

3. 电机驱动IC：AS4950

>* 宽电压供电：8V 至 40V
>* 3.5A峰值驱动输出，2A持续输出能力

电机驱动状态	IN1	IN2
空	/	/
停止	0	0
正转	0	1
反转	1	0
刹车	1	1

4. 语音模块IC：VC-02_CN

>* 供电电压：3.6V 至 5V
>* 支持接口：UART / I2C / PWM / SPI / GPIO
>* 可用IO数量:10个

安信可语音开放平台：http://voice.ai-thinker.com/#/

通过SDK配置GPIO_B2为UART1_TX，GPIO_B3为UART1_RX，使VC-02的B2、B3脚复用为串口功能，以与GD32的USART2进行通讯。

5. LCD：1.3寸ISP 购买链接

>* 分辨率：240（H）RGB * 240（V）
>* 接口类型：SPI / 并口
>* 驱动芯片：ST7789V
>* 工作电压：3.3V

6. 电机：24V直流电机 购买链接

>* 工作电压：24V
>* 空载转速：200转/分钟
>* 额定扭力：1.3kgf.cm

7. LED灯珠：1W功率 购买链接

普通的LED怎能配得上我的瓦力呢，我要找颗最闪耀的~

夜空中，我最闪耀 !!! (手动狗头)

8. 摄像头：Mlink-video 购买链接

>* 优点：体积小，画质高，配套APP
>* 缺点：最高仅支持150米图传，价格小贵

最初打算设计个图传，集成于拓展板上，可是能参考的方案只找到了ESP32-CAM，而且加上后板子整体过于冗余，成功率不敢保证，于是便舍弃了自设图传方案，选用Mlink-video的WiFi图传模块。

调试过程

费劲千辛万苦，终于把它焊完啦 多么精致的板子

测了下板子温度，整体温度不超标。

调试语音过程中，发现咪头不起作用，万用表测量发现语音芯片的MIC+和MIC-短接在一起，猜测在芯片底部有连锡现象，在拆解过程中可谓是异常艰难，怎么拆也拆不下来，最终在社员的帮助下，终于。。。。。。

没错，把屏蔽壳拆下来了 笑哭 （板子上的飞线是VC-02管脚的复用UART功能，原理图中没有设计）

可笑的是，拆下屏蔽壳之后，错误竟然排除了（不是底部连锡），原因竟是屏蔽壳有问题。

原理图设计说明

1. 电源降压设计

TPS54331 器件的输出电压可从外部通过电阻分压器网络进行调节。如图所示，此分压器网络由 R3 和 R5 组成。方程式 4 和方程式 5 给出了输出电压与电阻分压器之间的关系。

电压基准系统通过调节具有温度稳定性的带隙电路的输出产生 ±2% 初始精度电压基准（±3.5% 过温）。典型电压
基准(Vref)设计为 0.8V。

Vout = Vref ×（R3/R5+1）

OUT_5V = 0.8 ×（4.7k/900+1）= 4.978 V

2. 电源指示灯设计

LED限流电阻公式：

限流电阻 = （供电电压 - LED压降）/ 额定电流

从以往的经验得知，设计一个3.3V的LED限流电阻大概用个4.7k的电阻，设计一个7.4V的大概用个10k的电阻，于是便想着本次24V的项目怎么也得用个几十k的电阻吧。而根据上面的公式计算出的电阻阻值最大只有2.335k，模糊的概念便促使着我继续查找了这方面的资料，于是便找到这个非常好用的工具，在这里分享给大家：LED限流电阻阻值计算器

3. 电机驱动设计

电源VIN到芯片VP应有两个滤波电容，大电容为250uF,小电容为100nF,大电容可以用体积大的电解电容，但却占了很大的面积。于是我选用四个10uF的普通贴片电容并联在一起，以达到250uF的容值，经实物验证此设计可行。

4. 眼灯设计

众所周知，单片机IO口输出电流有限，仅有70mA，而1W的LED灯珠需要额定350mA，于是便用了一个NPN型的三极管（最大输出500mA）以输出足够大的电流驱动负载。

5. LCD设计

此1.3寸的LCD可支持两种接口：并口 / SPI ，为充分利用MCU资源，于是采取了两种接口的连接画法，为程序实现提供了多种方式。

PCB设计说明

PCB整体采用4层板设计，面积配合梁山派，一样的边框，一样的大小。

~~好消息：沉金工艺 坏消息：只能绿色，要是配合梁山派的紫色就更好了~~~

3D模型说明

3D模型零件数量高达好几百个，打印周期长，注意选好打印密度和支撑。履带的打印支撑，要用镊子一点一点地清理干净，否则会影响其他零件的安装（花了一整天才清理干净所有的支撑）。

蓝牙APP说明

不需写代码的蓝牙APP制作工具，贼好用，MIT APP INVENTOR，推荐大家去使用

程序说明

• VC-02与GD32进行串口通讯，进行语音交互控制命令。
• 语音MCU VC-02生成SDK中，只能通过串口发送十六进制数，而串口接收数据缓存的uint8_t型，因此要进行数据转换。

HexChar函数的功能是将16进制字符由ASCII码转为相应大小的16进制数：

char HexChar(char c)
{
     if((c>='0')&&(c<='9')) 
        return c-'0';		
    else if((c>='A')&&(c<='F'))
        return c-'A'+10;
    else if((c>='a')&&(c<='f'))
        return c-'a'+10;
    else
        return 0x10;   	
}

VC-02执行语句：

if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc1)==0)	      BUZZER_ON;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc2)==0)       BUZZER_OFF;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc3)==0)       EYE_L_ON;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc4)==0)       EYE_L_OFF;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc5)==0)       EYE_R_ON;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc6)==0)       EYE_R_OFF;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc7)==0)       MOTOR_FORWARD;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc8)==0)       MOTOR_BACKWARD;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc9)==0)       MOTOR_LEFTWARD;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc10)==0)      MOTOR_RIGHTWARD;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc11)==0)      MOTOR_STOP;
else if(strcmp((char *)g_recv_buff_2,str_vc12)==0)      SERVO_WORK;

实物展示

说了那么多，快来让我们欣赏可可爱爱的瓦力吧~~

任务进度

• 蜂鸣器
• 眼灯
• 电机驱动
• VC-02
• 蓝牙HC-05
• 摄像头模块
• ADC电量检测
• LCD
• 舵机
• 2.4G

其它附件上传

>###### 瓦力视频√
>###### 语音交互视频√
>###### LCD显示视频√
>###### 瓦力3D模型√
>###### 瓦力APP√
>###### 瓦力拓展板引脚分配表√
>###### 瓦力语音识别程序√
>###### 瓦力蓝牙遥控程序√
>###### 综合运行程序√