#第十届立创电赛#基于ESP32-C3的简易机器人设计

* 1、项目功能介绍

在开源硬件的世界里，低成本与高性能的结合始终是创客们追求的目标。而ESP-Hi—— 这款基于 ESP32-C3 芯片的 AI 对话机器狗，正是这一理念的完美实践。作为开源平台 oshwhub 上的热门项目，它以仅 49.9 元的复刻成本，实现了大模型交互、动作控制、表情显示等丰富功能，成为电子爱好者、学生及创客群体的理想选择。

*2、项目属性

原项目链接：（参考）

ESP-Hi：ESP32-C3 超低成本 AI 对话机器狗 - 立创开源硬件平台

项目核心亮点：低成本与高性价比的平衡

• 超低成本门槛：复刻总成本仅 49.9 元，远低于同类 AI 机器人项目，让更多人能轻松体验开源硬件的乐趣。（）
• 开源共享精神：遵循 GPL 3.0 开源协议，所有设计文件（原理图、PCB 图、3D 模型、固件源码）均公开可下载，支持二次开发与个性化改造。
• 功能全面性：融合 AI 对话、动作控制、表情显示、远程操控等多重能力，既是学习工具，也是趣味玩具。

注：请说明项目是否首次公开；项目是否为原创；项目是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；项目是否在学校参加过答辩。

* 3、开源协议

原项目链接：（参考）

ESP-Hi：ESP32-C3 超低成本 AI 对话机器狗 - 立创开源硬件平台

• 开源说明：
  本项目完全拥抱开源精神，核心功能（包括 ESP32-C3 主控逻辑、AI 对话交互模块、机器狗动作控制算法、硬件原理图与 PCB 设计）开源比例达 100%，满足 “核心功能开源 80% 以上” 的要求。
  项目遵循pb开源协议，所有设计文件（原理图、PCB 图、3D 模型、固件源码）均可在上述开源链接中下载。项目开发过程中未引用其他开源项目的核心代码或电路设计，核心功能为非原创开发，符合开源协议规范。

*4、硬件部分

硬件实现原理与机制

1. 主体控制模块
   • 核心控制：采用 ESP32-C3 芯片，负责处理 AI 对话逻辑、外设驱动与数据交互，利用其内置的 Wi-Fi / 蓝牙功能实现网络连接与远程控制。
   • 电源管理：通过 USB Type-C 接口供电，经 RT9013 稳压器将输入电压转为 3.3V，为 MCU 及外围电路（屏幕、麦克风）供电；设计独立电源轨分离麦克风与 MCU 供电，减少 Wi-Fi 信号对音频拾音的干扰。
   • 音频系统：
     • 拾音模块：采用驻极体咪头，配合跨阻抗放大器将声音信号转为电压信号，经滤波后送入 ESP32-C3 的 ADC 接口（采集范围 0~1V），实现语音输入。
     • 发声模块：通过 I2S-PDM 信号差分传输，经 RC 滤波电路后由 NS4150B 音频放大器驱动 2014B 扬声器（8 欧 1 瓦），降低 Wi-Fi 对音频输出的干扰。
   • 显示模块：搭载 0.96 寸 TFT 彩屏（京东方插接式），通过 SPI 接口与主控连接，用于显示交互表情与状态信息。
   • 交互模块：包含物理按键（用于强制唤醒）与水银开关（用于感知设备晃动，实现晃动唤醒、动作打断等功能）。
2. 机器狗底座模块
   • 驱动部分：搭载 4 个 180 度 SG92R 舵机，分别控制右前腿、右后腿、左后腿、左前腿动作，通过 GPIO 接口与主体模块通信，接收动作控制指令。
   • 电源部分：内置 702040 500mAh 锂离子电池，通过升压电路将电压升至 5V，为主体模块供电，避免舵机工作时的电压波动影响 AI 对话功能。

注意事项

• PCB 设计时需注意 ESP32-C3 的天线布局，远离金属部件与电源电路，确保 Wi-Fi 信号稳定。
• 麦克风安装需配合遮光消噪结构件，减少环境噪声干扰；扬声器需预留出声孔，保证音质清晰。
• 舵机与 PCB 的连接需严格对应丝印标号（右前、右后、左后、左前），避免接错导致动作异常。

调试与测试方法

• 电源测试：使用万用表检测各模块供电电压（3.3V、5V），确保无短路或过压情况。
• 功能模块测试：分别测试屏幕显示、麦克风拾音、扬声器发声、舵机动作等独立功能，通过串口打印日志排查故障。
• 整机联调：测试唤醒词响应、AI 对话流畅度、动作与指令的匹配度，通过晃动设备验证交互功能是否正常。

注：请前往嘉立创EDA 生成/上传设计文件，文件完成后，相关文稿将自动生成至项目详情；这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。

5、软件部分

软件流程图与功能模块

1. 核心流程图
   设备上电初始化 → 进入休眠状态（等待唤醒） → 被唤醒词 / 按键 / 晃动触发 → 启动 AI 对话模式（接收语音指令） → 解析指令（判断为对话 / 动作指令） → 执行对应操作（显示表情 / 控制舵机） → 操作完成后返回休眠状态。
2. 功能模块
   • 唤醒词检测模块：基于 ESP32-C3 的本地语音识别算法，支持 “Hi，乐鑫” 唤醒词检测，唤醒阈值可通过源码参数调整。
   • #include "esp_wn_iface.h" #include "esp_wn_models.h" #include "esp_sr_iface.h" #include "esp_sr_models.h" // 唤醒词模型初始化 void wake_word_init() { esp_wn_handle_t wakeup_handle = NULL; // 加载"Hi，乐鑫"唤醒词模型（模型需提前烧录至Flash） wakeup_handle = esp_wn_init(&WAKENET_MODEL, DET_MODE_90); if (wakeup_handle == NULL) { ESP_LOGE("WAKE", "唤醒词模型初始化失败"); return; } ESP_LOGI("WAKE", "唤醒词模型加载成功，等待唤醒..."); } // 音频数据处理与唤醒检测 void audio_process_task(void *arg) { int16_t audio_buffer[512]; // 音频缓冲区 esp_wn_handle_t wakeup_handle = (esp_wn_handle_t)arg; while (1) { // 从麦克风采集音频数据（通过I2S接口） i2s_read(I2S_NUM_0, audio_buffer, sizeof(audio_buffer), &bytes_read, portMAX_DELAY); // 送入唤醒词模型检测 int res = esp_wn_process(wakeup_handle, audio_buffer, 512); if (res > 0) { // 检测到唤醒词 ESP_LOGI("WAKE", "检测到唤醒词！进入对话模式"); xEventGroupSetBits(system_event_group, BIT(WAKEUP_FLAG)); // 触发对话模式 vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS); // 避免重复触发 } }
     • 大模型交互模块：通过 Wi-Fi 连接小智 AI 平台，将语音指令转为文本并发送至云端，接收返回结果后通过 TTS 转为语音输出，同时控制屏幕显示匹配表情。
     • #include "esp_http_client.h" #include "cJSON.h" // 发送文本至大模型并获取回复 char* get_ai_response(const char* text) { // 构建HTTP请求（对接小智AI API） esp_http_client_config_t config = { .url = "https://api.xiaozhi.ai/v1/chat/completions", .method = HTTP_METHOD_POST, }; esp_http_client_handle_t client = esp_http_client_init(&config); // 构建JSON请求体 cJSON *root = cJSON_CreateObject(); cJSON_AddStringToObject(root, "model", "xiaozhi-pro"); cJSON *messages = cJSON_CreateArray(); cJSON *msg = cJSON_CreateObject(); cJSON_AddStringToObject(msg, "role", "user"); cJSON_AddStringToObject(msg, "content", text); cJSON_AddItemToArray(messages, msg); cJSON_AddItemToObject(root, "messages", messages); char *post_data = cJSON_Print(root); // 设置请求头与数据 esp_http_client_set_header(client, "Content-Type", "application/json"); esp_http_client_set_post_field(client, post_data, strlen(post_data)); // 发送请求并获取响应 esp_http_client_perform(client); int response_len = esp_http_client_get_content_length(client); char *response = malloc(response_len + 1); esp_http_client_read(client, response, response_len); response[response_len] = '\0'; // 解析JSON响应，提取回复内容 cJSON *response_json = cJSON_Parse(response); cJSON *choices = cJSON_GetObjectItem(response_json, "choices"); cJSON *first_choice = cJSON_GetArrayItem(choices, 0); cJSON *content = cJSON_GetObjectItem(first_choice, "message"); char *ai_reply = strdup(cJSON_GetStringValue(cJSON_GetObjectItem(content, "content"))); // 释放资源 cJSON_Delete(root); cJSON_Delete(response_json); free(post_data); free(response); esp_http_client_cleanup(client); return ai_reply; } // 对话处理任务 void chat_task(void *arg) { while (1) { // 等待唤醒信号 xEventGroupWaitBits(system_event_group, BIT(WAKEUP_FLAG), pdTRUE, pdFALSE, portMAX_DELAY); // 录制用户语音（3秒超时） ESP_LOGI("CHAT", "请说话..."); char *user_text = voice_to_text(); // 语音转文字（调用第三方API） // 获取AI回复 char *ai_reply = get_ai_response(user_text); ESP_LOGI("CHAT", "AI回复：%s", ai_reply); // 显示对应表情（根据回复内容匹配表情） show_emotion(ai_reply); // 语音播报回复 text_to_voice(ai_reply); // 文字转语音 // 释放内存 free(user_text); free(ai_reply); } }
     • 表情控制模块：预设开心、疑惑、生气等表情图片，根据对话内容或指令类型调用对应图片并通过 SPI 接口发送至屏幕显示。
     • #include "esp_http_client.h" #include "cJSON.h" // 发送文本至大模型并获取回复 char* get_ai_response(const char* text) { // 构建HTTP请求（对接小智AI API） esp_http_client_config_t config = { .url = "https://api.xiaozhi.ai/v1/chat/completions", .method = HTTP_METHOD_POST, }; esp_http_client_handle_t client = esp_http_client_init(&config); // 构建JSON请求体 cJSON *root = cJSON_CreateObject(); cJSON_AddStringToObject(root, "model", "xiaozhi-pro"); cJSON *messages = cJSON_CreateArray(); cJSON *msg = cJSON_CreateObject(); cJSON_AddStringToObject(msg, "role", "user"); cJSON_AddStringToObject(msg, "content", text); cJSON_AddItemToArray(messages, msg); cJSON_AddItemToObject(root, "messages", messages); char *post_data = cJSON_Print(root); // 设置请求头与数据 esp_http_client_set_header(client, "Content-Type", "application/json"); esp_http_client_set_post_field(client, post_data, strlen(post_data)); // 发送请求并获取响应 esp_http_client_perform(client); int response_len = esp_http_client_get_content_length(client); char *response = malloc(response_len + 1); esp_http_client_read(client, response, response_len); response[response_len] = '\0'; // 解析JSON响应，提取回复内容 cJSON *response_json = cJSON_Parse(response); cJSON *choices = cJSON_GetObjectItem(response_json, "choices"); cJSON *first_choice = cJSON_GetArrayItem(choices, 0); cJSON *content = cJSON_GetObjectItem(first_choice, "message"); char *ai_reply = strdup(cJSON_GetStringValue(cJSON_GetObjectItem(content, "content"))); // 释放资源 cJSON_Delete(root); cJSON_Delete(response_json); free(post_data); free(response); esp_http_client_cleanup(client); return ai_reply; } // 对话处理任务 void chat_task(void *arg) { while (1) { // 等待唤醒信号 xEventGroupWaitBits(system_event_group, BIT(WAKEUP_FLAG), pdTRUE, pdFALSE, portMAX_DELAY); // 录制用户语音（3秒超时） ESP_LOGI("CHAT", "请说话..."); char *user_text = voice_to_text(); // 语音转文字（调用第三方API） // 获取AI回复 char *ai_reply = get_ai_response(user_text); ESP_LOGI("CHAT", "AI回复：%s", ai_reply); // 显示对应表情（根据回复内容匹配表情） show_emotion(ai_reply); // 语音播报回复 text_to_voice(ai_reply); // 文字转语音 // 释放内存 free(user_text); free(ai_reply); } }
     • 动作控制模块：内置十数种预设动作（前进、转圈、拜年等）的舵机角度参数，接收指令后按时序输出 PWM 信号控制舵机转动。
     • 远程控制模块：通过 ESP-IDF 的 WebServer 组件搭建网页服务，支持手机 / 电脑通过http://esp-hi.local访问控制界面，实现鼠标 / 手指拖动控制移动方向、点击按钮触发预设动作。
     • 水银开关交互模块：通过 GPIO 中断检测设备晃动速率，实现晃动唤醒（闲置时）、动作打断（对话中）、特定动作触发（如摇晃两次启动转圈）。

注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。

功能介绍：

• 硬件组成 ：
  • 舵机选择：舵机动作控制模块采用 4 个 180 度的 SG92R 舵机，它们是构成机械狗底座的关键组件，能够为机器狗提供灵活的关节活动能力。
  • 电路连接：舵机控制线通过 USB-C 接口直连到 ESP-Hi 本体，并且舵机由电池直接供电。为避免舵机动作时电池电压波动对 ESP-Hi 本体产生影响，底座会将电池电压泵升到 5V 后再供给 ESP-Hi 本体。同时舵机底板的 USB CC1/CC2 线需要分别接一个 5.1K 电阻对地。
• 控制原理 ：该模块的舵机控制主要基于脉冲宽度调制（PWM）信号。一般舵机接收的 PWM 信号周期为 20ms，相对应的频率是 50Hz，改变不同的占空比就可以控制舵机转动的角度。通常占空比在 0.5ms 至 2.5ms 时，舵盘位置对应 0 度至 180 度，呈线性变化关系。
• 控制方式 ：
  • 基础动作控制：用户可以通过按下按钮的方式进行基础动作控制，并且该操作随时能够被打断。同时，在操作界面空白区域按下并拖动，还能够控制机械狗实现前进、后退、左转、右转等动作。
  • 网页远程控制：ESP-Hi 支持网页端控制，用户可以在网页端远程遥控机械狗的前进、后退、左转、右转，以及执行 12 种预设动作，此外还能在网页端完成舵机调平工作。
• 功能特点 ：
  • 动作丰富：在机械狗控制组件中已经实现了数十种动作，让机器狗能展现多种姿态和运动模式，既可以作为学习研究的工具，也能成为具有趣味性的玩具。
  • 校准便捷：具备舵机校准模式，能够将机械狗的四条腿方便地调平，有助于保障机械狗运动的稳定性和准确性。

*6、BOM清单

注：项目涉及的BOM清单。在嘉立创EDA 生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。

*7、大赛LOGO验证