歡迎來到第二版DIY SMARS機(jī)器人!在本教程中，我將指導(dǎo)您制作這個(gè)具有OLED顯示器、RGB led和旋律蜂鳴器等新功能的增強(qiáng)型機(jī)器人。跟隨我們?cè)O(shè)計(jì)電路，組裝PCB，并3D打印機(jī)械部件。讓我們用運(yùn)動(dòng)控制、藍(lán)牙連接和可定制的眼睛表情來給這個(gè)機(jī)器人帶來生命。

供應(yīng)

電子組件:

?Atmega328p微控制器(SMD VQFN版本)

?L293電機(jī)驅(qū)動(dòng)(SMD)

?CH340 IC (USB到TTL轉(zhuǎn)換器)

?WS2812 RGB led(12片)

?活躍的蜂鳴器

?SIL頭(用于超聲波傳感器和OLED顯示器)

?9 v電池

?LM317穩(wěn)壓器

?電阻器和電容器

?二極管和晶體管

?晶體振蕩器(16MHz)

PCB和焊接：

?定制PCB(從JLCPCB訂購(gòu))

?錫膏

?PCB模板

?除助熔劑溶劑

?熱板(或回流爐)

機(jī)械部分:

?3D打印部件(可在Thingiverse上獲得STL文件)

?1.6mm銅絲(或1.75mm 3D打印絲鏈接頭)

?小型直流電機(jī)(2臺(tái))

?螺釘和螺母(裝配用)

?強(qiáng)力膠

顯示器和傳感器：

?OLED顯示器

?超聲波傳感器(HC-SR04或類似產(chǎn)品)

?HC-05藍(lán)牙模塊

工具和軟件：

?3D打印機(jī)

?Altium Designer(電路設(shè)計(jì))

?Arduino IDE

?MIT App Inventor

?烙鐵和焊料

?顯微鏡(檢查焊點(diǎn))

?USB-C線(編程用)

額外的組件:

?螺紋嵌件(OLED顯示器外殼2mm)

電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)

電路原理圖設(shè)計(jì)

首先在Altium Designer中設(shè)計(jì)電路原理圖。該設(shè)計(jì)的核心是SMD VQFN版本的Atmega328p微控制器，因其緊湊的尺寸而被選中。將以下組件集成到原理圖中：

?L293電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(SMD)：用于控制雙直流電機(jī)。

?CH340 IC：將USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TTL，實(shí)現(xiàn)Arduino IDE的直接編程。

?WS2812 RGB led(12片)：用于彩色發(fā)光。

?主動(dòng)蜂鳴器：連接到微控制器的引腳3，用于旋律輸出。

?SIL頭：用于超聲波傳感器和OLED顯示器的連接。

?雜項(xiàng)組件：包括電阻器、電容器、二極管、晶體管、晶體振蕩器(16MHz)和必要的連接器。

PCB設(shè)計(jì)與制造

原理圖完成后，過渡到PCB布局設(shè)計(jì)。確保PCB尺寸與Arduino UNO板匹配，以便與機(jī)器人機(jī)箱兼容。以下是關(guān)鍵位置：

?右側(cè)：放置USB接口和CH340 IC。

?左側(cè)：放置OLED和超聲波傳感器連接器。

?微控制器放置：集中Atmega328p，并用12個(gè)RGB led環(huán)繞它。

?電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：確保L293電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)據(jù)表中建議的銅面積散熱器。

?生成GERBER文件并從JLCPCB等制造商處訂購(gòu)PCB，選擇黑色焊罩進(jìn)行光滑處理。不要忘記訂購(gòu)PCB模板，以幫助錫膏應(yīng)用過程。

錫膏應(yīng)用和元件焊接

錫膏應(yīng)用

準(zhǔn)備好PCB和模板后，下一步是應(yīng)用焊膏。首先使用一些舊PCB或夾具安全地定位PCB以保持穩(wěn)定。將模板準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)頂部組件墊。將錫膏滴在模具上，用橡膠刮刀或類似的工具輕輕涂抹在焊盤上。確保膏體均勻地涂抹在所有焊盤上，以保證焊接過程的清潔和高效。

組件的位置

一旦焊膏被應(yīng)用，開始將SMD組件放置到PCB上。按照您的設(shè)計(jì)布局，使用鑷子仔細(xì)地將每個(gè)組件放置在相應(yīng)的墊上。注意led和ic等組件的方向，以避免放置錯(cuò)誤。

焊接

所有組件到位后，使用熱板或回流爐將它們焊接到PCB上。如果使用熱板，輕輕地將PCB放在預(yù)熱的表面上，并監(jiān)控焊接過程。錫膏將熔化并形成堅(jiān)固的焊點(diǎn)。如果使用回流焊爐，請(qǐng)按照推薦的回流焊膏配置文件進(jìn)行操作。

在顯微鏡下檢查焊點(diǎn)，以確保它們正確形成，沒有焊橋或冷接頭。用除助焊劑溶劑清潔板，以消除任何殘留的助焊劑，從而獲得清潔和專業(yè)的飾面。

焊接OLED顯示器、超聲波傳感器和電機(jī)輸出的通孔連接器。將HC-05藍(lán)牙模塊和9V電池連接器連接到PCB上。確保所有連接都是安全的，并測(cè)試每個(gè)組件的功能。

機(jī)械零件及OLED顯示器組裝

機(jī)械零件裝配

首先使用Thingiverse上提供的STL文件3D打印機(jī)器人的機(jī)械部件。打印完成后，組裝機(jī)器人鏈條。你可以使用1.6毫米的黃銅線或1.75毫米的3D打印機(jī)長(zhǎng)絲來連接。將金屬絲或細(xì)絲穿過連接處，形成靈活的鏈條。如果需要的話，用強(qiáng)力膠固定接縫。每條鏈條需要16塊，兩條鏈條總共需要32塊。

接下來，將輪子連接到直流電機(jī)上。從從輪開始，施加一些力來適應(yīng)他們的位置。然后將主控輪連接到小型直流電機(jī)上。將直流電機(jī)和9V電池固定在各自的固定板部件上。最后，將各從輪與主輪連接鏈條，完成機(jī)器人的機(jī)械裝配。

OLED顯示器外殼組件

對(duì)于OLED顯示屏，設(shè)計(jì)并3D打印一個(gè)外殼。將2mm螺紋插入到外殼中，以提供安全的安裝點(diǎn)。將OLED顯示器放入外殼并用螺絲固定。為了提高顯示清晰度，可以考慮在外殼上加一個(gè)樹脂罩。旋緊外殼蓋，完成組裝。

現(xiàn)在，您已經(jīng)準(zhǔn)備好了機(jī)械部件和OLED顯示器外殼，以便與PCB集成。

Android應(yīng)用開發(fā)

開發(fā)Android應(yīng)用

要控制你的SMARS機(jī)器人，你需要一個(gè)自定義的安卓應(yīng)用程序。使用MIT app Inventor，開發(fā)一個(gè)應(yīng)用程序，包括：

?方向控制：用于向前、向后、向左和向右移動(dòng)的按鈕。

?LED控制：一個(gè)色輪，手動(dòng)控制RGB LED燈的顏色。

?表情：在OLED屏幕上顯示不同情緒的一組眼神表情。

?設(shè)置應(yīng)用程序，在每次按下按鈕時(shí)通過藍(lán)牙傳輸串行字符。以下是對(duì)這些步驟的簡(jiǎn)要概述：

?創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目：打開MIT App Inventor并開始一個(gè)新項(xiàng)目。

?設(shè)計(jì)界面：添加用于移動(dòng)的按鈕，用于LED控制的色輪，以及用于眼睛表情的圖像資產(chǎn)。

?設(shè)置藍(lán)牙通訊：集成藍(lán)牙連接，向機(jī)器人發(fā)送串行數(shù)據(jù)。

?將動(dòng)作分配給按鈕：配置每個(gè)按鈕以發(fā)送特定的串行字符來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，LED顏色和表情。

為機(jī)器人編碼

開發(fā)一個(gè)Arduino代碼來解釋從應(yīng)用程序發(fā)送的串行字符。該代碼應(yīng)該：

?控制運(yùn)動(dòng)：基于方向指令。

?改變LED顏色：根據(jù)色輪輸入。

?顯示眼部表情：根據(jù)所選情緒在OLED屏幕上顯示。

使用Arduino IDE將代碼上傳到Atmega328p微控制器。上傳前，斷開藍(lán)牙RX線的橋接。上傳后，將跳線放回原位以重新建立藍(lán)牙連接。

現(xiàn)在，您可以用組裝好的SMARS機(jī)器人測(cè)試您的Android應(yīng)用程序了。

總裝與測(cè)試

將電路板與9V電池連接，插入機(jī)器人底盤。將電機(jī)和OLED顯示器連接到各自的連接器上。上傳Arduino代碼，確保在編程過程中解橋藍(lán)牙RX線。使用麻省理工學(xué)院app Inventor開發(fā)的定制安卓應(yīng)用程序測(cè)試機(jī)器人，驗(yàn)證所有功能，包括運(yùn)動(dòng)控制、LED顏色變化和眼睛表情。

本文編譯自hackster.io