EDA-Robot机器狗RD001

项目简介

EDA-Robot机器狗项目是一个基于 ESP8266 开发的简单桌面机械宠物项目。它能够实现手机遥控、天气显示、时间显示、表情显示、随机运动、坐下、趴下等功能。该项目大部分器件使用易焊接的插件封装，部分使用大尺寸的贴片封装，适合新手复刻及学习。在保证易焊接的前提下尽可能缩小体积，使其既可以作为桌面宠物，也能充当桌面信息显示器，帮助使用者深入理解桌面小电视等相关硬件的设计思路和电路原理。

项目功能

1. 远程控制：支持 2.4G 信号 WIFI 热点控制，通过手机遥控实现机械狗的各种运动，如前进、后退、左转、右转、坐下、趴下等动作。
2. 信息显示：能在 OLED 屏幕上显示表情、时间、天气信息等。其中天气信息可通过网络 API 获取并展示温度、湿度和天气状况。
3. 随机运动：具备自由模式，机械狗在该模式下会每隔 3S 执行随机动作。
4. 交互功能：设有按键控制，按下按键可使机械狗执行前进或后退动作；同时支持网页交互，用户可在网页上进行配置、控制机械狗运动和查看相关信息。

项目参数

主控芯片：采用 ESP8266 主控，其内置 Tensilica L106 32 位 RISC 处理器，最高工作频率可达 160MHz，集成完整 Wi-Fi 功能，支持实时操作系统（RTOS）和 Wi-Fi 协议栈。
舵机：使用 4 个 360 度舵机（部分支持 180 度舵机），通过 PWM 实现多角度自定义控制。舵机驱动电压为 4.8 - 6V，本项目选择 5V 驱动以保证扭矩，型号为 SG90，具有一定的重量、尺寸、扭矩、转速等参数。
屏幕：支持 SSD1306、SSD1315 驱动屏幕，通过硬件 IIC 通信实现表情及信息显示。
电源：采用双 14500 电池，单节电池范围在 4.2 - 2.75V，串联后范围在 5.5 - 8.4V。使用 2 个 LDO 独立降压，AMS1117 - 5V 为舵机供电，AMS1117 - 3.3V 为主控供电。
电池规格：标称容量 500mAh（0.5C 放电容量，4.20 - 2.75V），最小容量 450mAh，标称电压 3.7V，最大充电电流 500mA（环境温度 25℃），最大放电电流 1000mA（环境温度 25℃）。

原理解析（硬件说明）

本项目硬件主要由主控电路、交互电路和电源电路组成。
主控电路：

• 采用乐鑫科技的 ESP8266 芯片模组，其外围电路需遵循特定规范，如 GPI00 必须上拉到 VCC，GPI015 必须下拉到 GND 等。通过 10K 电阻对 GPIO0、GPIO2、RST、EN 等引脚上拉，CS 片选引脚通过 10K 下拉电阻保持低电平，确保芯片正常工作和通信稳定。
• 硬件 IIC 通信引脚为 GPIO4 - SDA、GPIO5 - SCL，选用硬件 IIC 可让屏幕刷新更快、显示效果更佳。
• 设有模式切换电路，ESP8266 的启动模式包括运行模式和下载模式，通过引出 TX、RX、GND 和 3.3V 引脚作为串口通信接口，增加 IO0 和 GND 引脚用于进入下载模式的跳线设计，方便用户切换工作模式进行程序烧录与正常运行。
  交互电路：
• IIC 屏幕显示电路：采用 OLED 屏幕模组，已集成驱动电路，通过直接与主控模块的 SPI 接口相连实现图像和信息显示。屏幕模组连接端口采用标准插座接口，简化了电路设计。
• 舵机驱动电路：为使用易焊接的插件器件并确保体积较小，未在舵机的 PWM 信号引脚接下拉电阻等信号优化措施，建议后续增加下拉电阻以确保电机停转和起始状态稳定。
• 按键电路：选择 GPIO15 和 GPIO2 接口，由于 ESP12F 在开机时 GPIO15 必须下拉并接有下拉电阻，所以开关选择接入 3.3V，当 GPIO15 输入高电平时触发开关，GPIO2 正常接入 GND。
• ADC 电量检测电路：通过分压器将最大 8.4V 输入电压适配到 ESP8266 的 1.0V ADC 输入，分压比约为 0.119，经计算确定电阻值，使分压电路成功将电压压缩到 0 - 1V 范围内。
  电源电路：
• 舵机电源供电电路：根据舵机数据手册，选择 5V 驱动，采用 AMS1117 - 5V 固定输出 LDO，确保输入电压在 5 - 18V。
• 电池选择：选取 14500 钢壳锂电池，串联 2 节，使电池范围在 5.5 - 8.4V，满足 AMS1117 - 5V 的输入范围，既能获得高容量，又可省去升压电路。
• 主控电源供电电路：由 ESP8266 的数据手册可知其工作电压在 3.3V，选择 AMS1117 - 3.3V 固定输出 LDO，从 14500 取电，确保舵机和主控的供电互不干涉。

软件代码

#见附件

本项目使用 C++ 语言编写，基于 VSCode + PlatformIO 框架环境开发，相关代码可在项目的 src 文件夹下的 main.cpp 文件中查看，同时在 platformio.ini 文件中配置了项目所需的第三方库和板级配置信息。代码实现了表情显示与切换、时钟显示、天气信息显示、舵机控制以及通过网页完成交互等功能。具体代码可参考项目文件，也可在相关代码托管平台获取（文档中未提及具体平台，实际应用中可根据项目情况提供相应链接）。

注意事项

1. 在硬件设计中，ESP8266 模组的部分引脚有特殊要求，如 GPI00 必须上拉到 VCC，GPI015 必须下拉到 GND，EN 脚和 RST 脚必须上拉到 VCC，模组的 pin9 - pin14 不可用，需严格按照要求设计电路。
2. 舵机驱动电路建议增加下拉电阻，以确保电机停转和起始状态稳定，方便后续软件调试。
3. 在进行 PCB 设计时，需注意嘉立创免费 PCB 打样的尺寸限制、工艺参数选择等，如板材类别、板子厚度、阻焊颜色等，避免因选择不当产生额外费用或影响生产周期。
4. 刷入的程序未进行电机校准，可能导致电机运动时转动角度不一致，需要按照舵机校准步骤进行校准，记录合理的补偿值并修改程序，或直接在网页上调整但不会保存到 FS 文件系统。
5. 进行程序下载时，需先安装 CH340 驱动，正确连接硬件并进入下载模式，确保下载过程顺利。

组装流程

1. PCB 设计与制作：

• 使用嘉立创 EDA 专业版软件创建工程，进行原理图设计，包括元器件选型、搜索、放置和整理，完成后生成 PCB。
• 在 PCB 设计环节，进行封装管理，将 14500 电池的第三方符号封装替换成 14500 电池盒封装；对电路模块分类，布局元器件并设置 3D 模型；设置边框尺寸为 48mm x 87mm；按照要求进行 PCB 布局和走线，注意电源线宽、信号线宽、拐角方式、覆铜等操作；完成设计后进行 DRC 检查，无误后导出制造文件提交到嘉立创平台进行免费打样。

2. 焊接调试：准备好焊接工具，如电烙铁、焊锡丝、高温海绵等；可使用嘉立创 EDA 专业版中的焊接辅助工具，按照从矮到高的顺序进行焊接。焊接完成后进行调试，确保电路正常工作。
3. 硬件组装：将焊接好的 PCB 板与其他硬件组件，如舵机、电池盒等进行组装，确保各组件连接稳固。

实物图

此处可放入组装完成后的机械狗实物图，展示整体外观、各组件安装位置等信息。

图1

图2

图3

图4

非常感谢这次学习机会，第一次参加。按教程做完项目，并将教程中的部分电容电阻换成了0805封装的贴片元件，HTML页面也做了一些美化，小有收获，Nice。单方面认识了群里很多大佬，见识了很多优秀的作品，继续学习提升，向他们看齐。