设计一款多功能的初学者微控制器电路，让编程变得简单，并可轻松实现各种项目

时间：2026-07-02 15:24:00

关键字：微控制器机器人 ESP32

[导读]我创建了BEAPER Nano，旨在为初学者的电子学和计算机技术课程提供一个多功能的教学平台。其功能也使其成为帮助任何人专注于学习微控制器编程的理想平台，无需在搭建和调试面包板电路时受到干扰。

我创建了BEAPER Nano，旨在为初学者的电子学和计算机技术课程提供一个多功能的教学平台。其功能也使其成为帮助任何人专注于学习微控制器编程的理想平台，无需在搭建和调试面包板电路时受到干扰。

BEAPER Nano 集成了所有典型的初学者输入/输出设备，并额外配备了电路，随着学习者不断进步并掌握更高级的编程技能，其功能将得到显著提升。学习者可以将 BEAPER Nano 用于多种项目中，例如环境监测系统、伺服或 NeoPixel 控制器、基础物联网设备、简易游戏系统以及不同类型的机器人!

BEAPER Nano 是我设计的第一款电路，其初衷是采用插件式微控制器模块，而非使用微控制器集成电路。它也成为 BEAPER Pico 的设计灵感来源——后者是为 Raspberry Pi Pico 系列微控制器而开发的同类电路。这是 BEAPER Nano v.1.01 版本，即最新修订版。

设计灵活多用

BEAPER Nano 采用裸板通孔电路板设计，旨在让初学者分阶段进行组装(下文描述了三种常见的初学者组装配置)。分阶段组装使学习者能够利用其基本的输入和输出电路快速开始编程学习，同时为教师提供了根据自身需求定制 BEAPER Nano 的灵活性。这有助于实现学生项目差异化、降低元器件成本，甚至可将 BEAPER Nano 作为多学期或多年课程的基础。

BEAPER Nano 专为 Arduino Nano 和 ESP32 设计，这是一种体积小巧、性能强大且价格低廉的微控制器模块。它可通过 Arduino IDE 进行编程，因此对于曾使用传统 Arduino UNO 或 Nano 板进行教学的教师来说，操作起来非常熟悉。同时，它充分利用了为初学者程序员开发的资源丰富的 Arduino 生态系统。

Arduino Nano ESP32 也可以使用 MicroPython 进行编程，例如在 Arduino Lab 的 MicroPython 编辑器或 Thonny 中。MicroPython 为初学者提供了更易学习的编程选择，语法更加简洁。此外，它还具备丰富的功能集、几乎即时的程序修改能力以及交互式调试功能。

BEAPER Nano构建配置

教育入门配置

教育入门版电路设计旨在模拟典型的初学者面包板电路，但省去了难以插入的元件以及繁杂的电线网络!该电路结构简单，易于搭建，并为学习者提供以下优势：

•带模块内置RGB LED的Arduino Nano ESP32微控制器模块

•4 个用户按钮

•4 个用户LED

•压电扬声器

使用这些入门组件，学习者可以建立起对输入、输出、变量、循环、声音输出以及简单软件功能的基本理解。在入门配置中添加环境光传感器、模拟温度传感器以及一个或两个电位器，使初学者还能进一步学习模拟输入和输出处理的基础知识。

机器人启动器配置

BEAPER Nano 集成了内置电路，为初学者提供了制作循线机器人、墙壁或地面感应机器人，甚至利用 Arduino Nano ESP32 内置的 WiFi 和蓝牙功能实现远程控制机器人的全部所需。外部电池和两个直流电机可快速连接到其螺丝端子排上，5V 接头引脚最多可支持四个舵机。此外，四针接头插座便于连接 3.3V 声波测距模块，I2C/QWIIC 接口则可用于连接光学 TOF(飞行时间)测距传感器模块。

机器人入门版配置包含了教育入门版配置中的所有组件，并增加了：

•5V低压降线性稳压器及电源开关电路

•74AHCT541 3.3V 至 5V 水平移位器集成电路，用于驱动外部舵机和内置电机驱动器

•SN754410NE 电机驱动IC(改进型L293D)及螺丝端子排

•2个带红外LED和光电三极管的可拆卸光学地板和线路传感器模块

•三针跳线，用于将模拟地感输入信号路由至Arduino Nano ESP32的ADC(模数转换器)

•可选4针公头插座，用于安装HC-SR04P 3.3V声呐距离传感器模块

•可选 JST-SH QWIIC 接口，用于连接 TOF 距离传感器模块及其他 I2C 设备

BEAPER Nano 是一款简单的机架，可用于制作基础的地面感应和循线机器人，也可以通过3D打印出上图中展示的更复杂的 BEAPER Bot 机器人机架设计。BEAPER Bot 设计用于安装两个 N-20 转子电机、一个 4 根 AA 电池仓，以及可滑入式光学传感器和伺服模块。BEAPER Bot 的所有部件均通过卡扣、滑动和夹紧方式组装，无需使用任何紧固件!该设计可在 TinkerCad 中共享(搜索 BEAPER)，方便初学者和教育用户自行创建附加的机器人组件。