构建一款基于ESP32 P4的互动R2-D2桌面助手

大家好，欢迎回来!

这是来自“文具单元D2”之外的一件作品——一款受R2-D2启发的互动式桌面收纳器兼笔筒。

它不仅仅是一个3D打印、外观酷似R2-D2的笔筒，更是一款搭载ESP32-P4开发板、支持网络连接的交互式桌面终端。

真正让这个机器人生动起来的是它的行为。我在代码中设置了一个后台任务，使设备能自动产生逼真的动作。每20秒就会播放一段独特的天体机械蜂鸣与鸣叫序列。它通过数学算法随机选择频率，听起来就像机器人在思考或自言自语，让人感觉它仿佛真的有了生命。

我也希望使用更加便捷，因此在顶部加装了两个物理按钮。其中一个按钮(GPIO 48)会触发我编写的趣味“彩蛋”歌曲，比如《星球大战》主题曲和其他几首;另一个按钮(GPIO 47)则可让我即时在雷达界面和我最喜爱的GIF之间切换屏幕。

真正的乐趣就在这里——网页界面。通过该应用程序，我们可以在ESP32-P4的显示屏上播放GIF动画，触发类似《星球大战》风格的名言显示，甚至使用文本转星战机械语音转换器让机器人说出任意信息。

本项目的设计灵感主要来自R2-D2。我并未采用标准的圆柱形设计，而是选择了一种更扁平的造型，并融入了原版机器人的关键视觉元素。机身部分通过3D打印后进行组装。

本文将详细介绍整个制作过程，包括设计、接线、代码设置以及最终装配。

开始吧!

所需材料

本项目所用材料如下：

- 定制PCB板(由PCBWAY提供)

- Wavshare ESP32 P4开发板，带触摸屏

- 电源：3.7V 500mAh锂电池

- 3D打印部件

- 4x4按钮

- 连接线

- 音响扬声器

- M2螺丝

设计说明

整个模型均在Fusion 360中完成设计。虽然本项目深受R2-D2启发，但并未完全沿用原设计;我彻底摒弃了传统的圆柱形机身，转而采用扁平现代的外观设计，同时仍保留了这款标志性机器人的经典特征。

在内部结构方面，我采用了Waveshare ESP32-P4开发板，其配备了一个略微偏移中心位置的4.7英寸显示屏。我的设想是在屏幕上打印出一块蓝色屏幕，并画上一个类似R2D2的红色圆圈。

为了呈现逼真的机器人外观，我设计了绿色的部件模型，这些部件将被印成蓝色，而机身则使用白色打印。

背面加装了一个定制的盖板部分，用作笔夹，确保设备在外观上保持完整的同时，也具备实用性。

外壳

我们设计的外壳主要由两部分组成：前面板模仿R2-D2的造型，后面板则作为模型的盖子，同时集成笔夹功能。

前后壳体均通过M2螺丝连接固定。

开关部分

为了增加控制功能，我在设计中加入了两个按钮，位于模型的顶部面板上。

为安装这些按钮，我设计了两条固定肋条，使开关PCB能够安全地滑入到位。在安装开关PCB之前，先将两个相同的开关执行器放置到相应位置。

一旦插入开关PCB，执行器就会被锁定在位。按下这些执行器即可激活开关，记录按钮按下的动作。

电源位置

我使用了一块3.7V 500mAh的锂离子电池(尺寸为14500)，其体积比更常见的18650电池要小。

将电池安装在显示屏的另一侧，并加装了两条肋条，以确保其牢固固定。

ESP32-P4 显示屏位置

ESP32-P4开发板略微偏移中心位置。为了使其稳固固定，我加装了多条肋条，确保显示屏不会从预定位置移动。

格里布部件

为了让这个设备看起来和感觉像机器人，我设计了多个格里布部件，这些部件将用蓝色PLA打印后进行安装。

其中包括位于屏幕与头部部分之间的部件，以及紧邻显示屏的一段长型部件。

另外两个部件安装在显示屏上方稍高的顶部区域，还有一块圆形格栅部件，所有部件均采用蓝色PLA打印。

3D打印部件

模型最终确定后，所有部件被导出为网格文件，然后使用Anycubic Kobra S1打印机以两种线材颜色进行3D打印。

蓝色Hyper PLA用于大部分部件，包括后盖、格栅部件和开关执行器。

白色Hyper PLA用于前盖。所有部件均使用0.4毫米喷嘴、0.2毫米层高、25%填充率打印，蓝色部件无需支撑。

仅前盖需要支撑，因为它是倒置打印的，因此模型内部部件需要支撑。

PCB设计

本项目所使用的为开关电路板，结构较为简单。我们在一块20×20mm的电路板上添加了两个4×4mm的按钮，每个按钮的位置及安装孔均根据3D模型进行布局。

此外还加装了一个CON5连接器，其中第一个引脚连接至GND，其余四个端子分别连接到各个按钮引脚。通过该连接器，我们之后将UNIHIKER M10与我们的按钮板配对使用。

PCBWAY

开关板电路板由PCBWay提供。我使用自己的PCB设计软件完成电路板设计，并将Gerber文件发送给PCBWay进行制作。电路板在一周内送达，整体质量非常出色。

SWITCH PCB组装

按钮板的组装过程相当简单。我们首先将所有开关放置到指定位置。

接着，我们将电路板翻转过来，使用焊锡笔对所有按钮引脚进行焊接。

现在，开关PCB已组装完成。

硬件：WAVSHARE ESP32 P4 WIFI6 触摸LCD

本项目的核心是Waveshare ESP32-P4开发板。该开发板基于ESP32-P4微控制器，搭载双核400 MHz RISC-V处理器，适用于高性能应用，同时配备专用低功耗RISC-V内核，以高效处理后台任务。

该板配备一块4.3英寸IPS电容式触摸屏，分辨率为480×800像素，提供响应灵敏且生动的用户界面。该开发板支持丰富的软硬件交互外设，包括配备集成图像信号处理器(ISP)的MIPI-CSI摄像头接口，适用于图像采集和处理应用。此外，该板还支持USB 2.0 OTG高速(HS)接口，可实现快速数据传输，并提供多种灵活的USB连接选项。

在硬件扩展方面，板上配备了40针GPIO接口，兼容部分选定的Raspberry Pi HAT扩展板，便于集成额外的传感器、模块和外设。

这款开发板的另一大亮点是内置的ESP32-C6-MINI模块。由于ESP32-P4本身不包含原生Wi-Fi或蓝牙功能，ESP32-C6作为专用无线协处理器，可提供Wi-Fi 6(802.11ax)和蓝牙低功耗(BLE 5.x)功能。这种组合使开发者能够在保持现代无线连接能力的同时，充分利用ESP32-P4的处理性能，满足物联网及联网设备应用的需求。

ESP32 P4 WIFI6 触摸屏 LCD 音响组件

在Waveshare ESP32-P4 Wi-Fi 6触控LCD套件中，内置了一个兼容的扬声器。

该扬声器是我们搭建过程中至关重要的组件，用于输出系统生成的各种星体机械音效。

安装扬声器时，我们首先撕下其背面贴有的3M双面胶保护层。

随后，将扬声器小心地放置在电路板中央，正对ESP32-P4金属屏蔽罩上方，确保不会干扰任何连接器或元件。

确认位置正确后，用力按压固定，使其牢固地卡入电路板，完成安装。

Greebles部件组装

我们先将Grill部件放置到指定位置，然后将其压紧固定，由于表面间隙为零，可实现稳固锁定。

接着，在其他Greebles部件的安装位置上涂抹强力胶，逐一进行定位和安装。

所有部件均需使用一定量的强力胶进行固定。

ESP32 P4与开关板组装

接下来，我们将Switch Board连接至ESP32-P4板。

将开关板的GND引脚连接到ESP32-P4的GND引脚，GPIO48连接至按钮1，GPIO47连接至按钮2。

这些连接均使用单芯镀银铜线。

开关部分组装

3D打印的开关执行器从主机箱内部安装到位。随后，将开关PCB滑入位置，略低于开关执行器，并通过压力固定，确保牢固安装。

ESP32 P4组装

ESP32-P4板从主机箱内部放置到位。为固定该板，我在显示屏的四个角处涂抹热熔胶，将其牢固地粘贴在3D打印的外壳上。

最近我经常观看James的频道，非常欣赏他许多作品中采用热熔胶的做法，而不是过度设计螺丝凸起、支架或固定夹来固定部件。对于非承重部件而言，这是一种简单、快速且出人意料有效的解决方案。

电源组件组装

电源部分，我使用了一块标准的3.7V 2200mAh 18650锂离子电池。电池上加装了JST接口，使其与ESP32-P4板的电池接口兼容。

在电池安装区域涂上少量热熔胶，然后将电池放置其上。待胶水固化后，电池即可牢固固定。

最后，使用镊子将电池上的JST连接器插入ESP32-P4板的电池接口，完成内部电源连接。

最终组装

最后，将后盖装入位置，并用四颗M2螺丝将两个外壳部件固定在一起，完成组装过程。

本文编译自hackster.io