制作具有OLED显示器、RGB LED和旋律蜂鸣器等新功能的增强型机器人

欢迎来到第二版DIY SMARS机器人!在本教程中，我将指导您制作这个具有OLED显示器、RGB led和旋律蜂鸣器等新功能的增强型机器人。跟随我们设计电路，组装PCB，并3D打印机械部件。让我们用运动控制、蓝牙连接和可定制的眼睛表情来给这个机器人带来生命。

供应

电子组件:

•Atmega328p微控制器(SMD VQFN版本)

•L293电机驱动(SMD)

•CH340 IC (USB到TTL转换器)

•WS2812 RGB led(12片)

•活跃的蜂鸣器

•SIL头(用于超声波传感器和OLED显示器)

•9 v电池

•LM317稳压器

•电阻器和电容器

•二极管和晶体管

•晶体振荡器(16MHz)

PCB和焊接：

•定制PCB(从JLCPCB订购)

•锡膏

•PCB模板

•除助熔剂溶剂

•热板(或回流炉)

机械部分:

•3D打印部件(可在Thingiverse上获得STL文件)

•1.6mm铜丝(或1.75mm 3D打印丝链接头)

•小型直流电机(2台)

•螺钉和螺母(装配用)

•强力胶

显示器和传感器：

•OLED显示器

•超声波传感器(HC-SR04或类似产品)

•HC-05蓝牙模块

工具和软件：

•3D打印机

•Altium Designer(电路设计)

•Arduino IDE

•MIT App Inventor

•烙铁和焊料

•显微镜(检查焊点)

•USB-C线(编程用)

额外的组件:

•螺纹嵌件(OLED显示器外壳2mm)

电路原理图和PCB设计

电路原理图设计

首先在Altium Designer中设计电路原理图。该设计的核心是SMD VQFN版本的Atmega328p微控制器，因其紧凑的尺寸而被选中。将以下组件集成到原理图中：

•L293电机驱动器(SMD)：用于控制双直流电机。

•CH340 IC：将USB数据转换为TTL，实现Arduino IDE的直接编程。

•WS2812 RGB led(12片)：用于彩色发光。

•主动蜂鸣器：连接到微控制器的引脚3，用于旋律输出。

•SIL头：用于超声波传感器和OLED显示器的连接。

•杂项组件：包括电阻器、电容器、二极管、晶体管、晶体振荡器(16MHz)和必要的连接器。

PCB设计与制造

原理图完成后，过渡到PCB布局设计。确保PCB尺寸与Arduino UNO板匹配，以便与机器人机箱兼容。以下是关键位置：

•右侧：放置USB接口和CH340 IC。

•左侧：放置OLED和超声波传感器连接器。

•微控制器放置：集中Atmega328p，并用12个RGB led环绕它。

•电机驱动器：确保L293电机驱动器具有数据表中建议的铜面积散热器。

•生成GERBER文件并从JLCPCB等制造商处订购PCB，选择黑色焊罩进行光滑处理。不要忘记订购PCB模板，以帮助锡膏应用过程。

锡膏应用和元件焊接

锡膏应用

准备好PCB和模板后，下一步是应用焊膏。首先使用一些旧PCB或夹具安全地定位PCB以保持稳定。将模板准确地对准顶部组件垫。将锡膏滴在模具上，用橡胶刮刀或类似的工具轻轻涂抹在焊盘上。确保膏体均匀地涂抹在所有焊盘上，以保证焊接过程的清洁和高效。

组件的位置

一旦焊膏被应用，开始将SMD组件放置到PCB上。按照您的设计布局，使用镊子仔细地将每个组件放置在相应的垫上。注意led和ic等组件的方向，以避免放置错误。

焊接

所有组件到位后，使用热板或回流炉将它们焊接到PCB上。如果使用热板，轻轻地将PCB放在预热的表面上，并监控焊接过程。锡膏将熔化并形成坚固的焊点。如果使用回流焊炉，请按照推荐的回流焊膏配置文件进行操作。

在显微镜下检查焊点，以确保它们正确形成，没有焊桥或冷接头。用除助焊剂溶剂清洁板，以消除任何残留的助焊剂，从而获得清洁和专业的饰面。

焊接OLED显示器、超声波传感器和电机输出的通孔连接器。将HC-05蓝牙模块和9V电池连接器连接到PCB上。确保所有连接都是安全的，并测试每个组件的功能。

机械零件及OLED显示器组装

机械零件装配

首先使用Thingiverse上提供的STL文件3D打印机器人的机械部件。打印完成后，组装机器人链条。你可以使用1.6毫米的黄铜线或1.75毫米的3D打印机长丝来连接。将金属丝或细丝穿过连接处，形成灵活的链条。如果需要的话，用强力胶固定接缝。每条链条需要16块，两条链条总共需要32块。

接下来，将轮子连接到直流电机上。从从轮开始，施加一些力来适应他们的位置。然后将主控轮连接到小型直流电机上。将直流电机和9V电池固定在各自的固定板部件上。最后，将各从轮与主轮连接链条，完成机器人的机械装配。

OLED显示器外壳组件

对于OLED显示屏，设计并3D打印一个外壳。将2mm螺纹插入到外壳中，以提供安全的安装点。将OLED显示器放入外壳并用螺丝固定。为了提高显示清晰度，可以考虑在外壳上加一个树脂罩。旋紧外壳盖，完成组装。

现在，您已经准备好了机械部件和OLED显示器外壳，以便与PCB集成。

Android应用开发

开发Android应用

要控制你的SMARS机器人，你需要一个自定义的安卓应用程序。使用MIT app Inventor，开发一个应用程序，包括：

•方向控制：用于向前、向后、向左和向右移动的按钮。

•LED控制：一个色轮，手动控制RGB LED灯的颜色。

•表情：在OLED屏幕上显示不同情绪的一组眼神表情。

•设置应用程序，在每次按下按钮时通过蓝牙传输串行字符。以下是对这些步骤的简要概述：

•创建一个新项目：打开MIT App Inventor并开始一个新项目。

•设计界面：添加用于移动的按钮，用于LED控制的色轮，以及用于眼睛表情的图像资产。

•设置蓝牙通讯：集成蓝牙连接，向机器人发送串行数据。

•将动作分配给按钮：配置每个按钮以发送特定的串行字符来控制机器人的运动，LED颜色和表情。

为机器人编码

开发一个Arduino代码来解释从应用程序发送的串行字符。该代码应该：

•控制运动：基于方向指令。

•改变LED颜色：根据色轮输入。

•显示眼部表情：根据所选情绪在OLED屏幕上显示。

使用Arduino IDE将代码上传到Atmega328p微控制器。上传前，断开蓝牙RX线的桥接。上传后，将跳线放回原位以重新建立蓝牙连接。

现在，您可以用组装好的SMARS机器人测试您的Android应用程序了。

总装与测试

将电路板与9V电池连接，插入机器人底盘。将电机和OLED显示器连接到各自的连接器上。上传Arduino代码，确保在编程过程中解桥蓝牙RX线。使用麻省理工学院app Inventor开发的定制安卓应用程序测试机器人，验证所有功能，包括运动控制、LED颜色变化和眼睛表情。

本文编译自hackster.io