【开源项目】你准备好DIY一款功能强大的机器人了吗？

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欢迎来到DIY SMARS Robot 机器人制作教程！在本教程中，将教你制作这款功能强大的机器人，它配备了OLED显示屏、RGB LED灯和可播放旋律的蜂鸣器等新功能。一起来设计电路、组装PCB以及3D打印机械部件。通过运动控制、蓝牙连接和可定制的眼部表情，让这款机器人活灵活现。

所需材料

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电子元件：

Atmega328p微控制器（SMD VQFN版本）、L293电机驱动器（SMD）、CH340 IC（USB转TTL转换器）、WS2812 RGB LED灯（12个）、有源蜂鸣器、SIL插针（用于超声波传感器和OLED显示屏）、9V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与焊接：

定制PCB、焊锡膏、PCB模板、助焊剂清洗剂、加热板（或回流焊炉）。

机械部件：

3D打印部件、1.6mm黄铜线（或1.75mm 3D打印机耗材用于链条关节）、小型直流电机（2个）、螺丝和螺母（用于组装）、强力胶。

显示屏与传感器：

OLED显示屏、超声波传感器（HC-SR04或类似型号）、HC-05蓝牙模块。

工具与软件：

3D打印机、Altium Designer（用于电路设计）、Arduino IDE、MIT App Inventor、烙铁和焊锡、USB-C电缆（用于编程）。

其他组件：

嵌入式螺套（2mm，用于OLED显示屏外壳）。

电路原理图和PCB设计

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电路原理图设计

首先，在Altium Designer中设计电路原理图。设计的核心是采用SMD VQFN封装的Atmega328p微控制器，其小巧的尺寸是选择它的主要原因。将以下组件集成到原理图中：

L293电机驱动器（SMD）：用于控制两个直流电机。
CH340 IC：用于将USB数据转换为TTL信号，从而能够从Arduino IDE进行直接编程。
WS2812 RGB LED灯（12个）：用于发出彩色光。
有源蜂鸣器：连接到微控制器的3号引脚，用于输出旋律。
SIL插针：用于连接超声波传感器和OLED显示屏。
其他组件：包括电阻器、电容器、二极管、晶体管、16MHz晶体振荡器和必要的连接器。

PCB设计与制造

完成原理图后，开始设计PCB布局。确保PCB的尺寸与Arduino UNO板相匹配，以便与机器人底盘兼容。以下是关键组件的布局：

右侧：放置USB连接器和CH340 IC。
左侧：放置OLED和超声波传感器的连接器。
微控制器布局：将Atmega328p置于中央，周围环绕12个RGB LED灯。
电机驱动器：确保L293电机驱动器具有铜质散热区域，如数据表所示。
生成GERBER文件，并从JLCPCB等制造商处订购PCB，选择黑色阻焊层以获得时尚的外观。别忘了订购一个PCB模板，以辅助焊锡膏的涂覆过程。

焊锡膏涂覆与组件焊接

接下来的步骤将涉及如何将组件焊接到PCB上，包括使用焊锡膏、加热板/回流焊炉以及最终的焊接检查等，这里仅简要概述。

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使用PCB模板将焊锡膏准确地涂覆到PCB上的焊盘上。然后，小心地将所有组件（包括微控制器、电机驱动器、LED灯、蜂鸣器、连接器等）按照原理图布局放置到PCB上。将PCB放入加热板或回流焊炉中，按照制造商推荐的参数进行加热，使焊锡膏熔化并固定组件。加热完成后，仔细检查每个焊点，确保焊接牢固且无短路。使用显微镜可以辅助检查微小的焊点细节。

焊锡膏涂覆

准备好PCB和模板后，下一步是涂覆焊锡膏。首先，使用一些旧的PCB板或夹具将PCB稳固地放置好，以保持其稳定。然后，将模板精确地对齐到PCB的顶部组件焊盘上。将焊锡膏滴到模板上，并使用刮刀或类似工具轻轻地将它刮过焊盘。确保焊锡膏均匀地涂覆在所有焊盘上，以保证清洁且高效的焊接过程。

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在涂覆焊锡膏时，要注意不要过量使用，以免在焊接过程中造成短路或焊点不清晰。同时，要确保模板与PCB之间的对齐准确无误，以避免焊锡膏涂覆到错误的焊盘上。完成焊锡膏涂覆后，可以轻轻移除模板，并检查焊盘上焊锡膏的分布情况，确保均匀一致。

组件放置

涂覆完焊锡膏后，接下来开始将SMD组件放置到PCB上。使用镊子小心地将每个组件放置到其对应的焊盘上，并按照你的设计布局进行定位。在放置组件时，要注意LED和IC等组件的方向，以避免放置错误。

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确保每个组件都正确对齐并放置在焊盘上，特别是像IC这样的组件，它们的引脚必须精确地对齐焊盘，以确保良好的电气连接。对于小型组件，如0402或0603尺寸的电阻和电容，可能需要使用放大镜或显微镜来辅助放置。

在放置过程中，要小心不要碰到已经涂覆焊锡膏的焊盘，以免污染焊锡膏或移动组件的位置。如果组件放置不正确，可以使用镊子轻轻调整其位置，但要避免在焊盘上留下划痕或损坏焊锡膏的涂覆。

一旦所有组件都放置完毕，再次检查每个组件的位置和方向，确保它们符合设计要求，并为下一步的焊接过程做好准备。

焊接

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当所有组件都放置好后，接下来使用加热板或回流焊炉将它们焊接到PCB上。如果使用加热板，请轻轻地将PCB放置在预热好的表面上，并监控焊接过程。焊锡膏会熔化并形成牢固的焊点。如果使用回流焊炉，请遵循焊锡膏推荐的回流曲线进行操作。

在焊接过程中，要确保PCB受热均匀，避免局部过热或未加热到位。加热板或回流焊炉的温度和时间设置应根据焊锡膏的类型和PCB的材质来确定。

当焊锡膏完全熔化并形成焊点后，可以小心地移除PCB，并让其自然冷却。在冷却过程中，焊点会凝固并变得牢固。

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完成焊接后，应仔细检查每个焊点，确保它们清晰、光滑且没有短路。如果有任何不良焊点，可以使用烙铁进行修复。同时，也要检查组件是否有松动或损坏的情况，并及时进行处理。

最后，使用清洗剂或酒精清洗掉PCB上的多余焊锡膏和助焊剂残留物，以确保电路板的清洁和可靠性。

焊点检查与清洗

在显微镜下检查焊点，确保它们形成良好，没有焊桥或冷焊点。使用助焊剂清洗剂溶剂清洗电路板，以去除任何残留的助焊剂，从而获得干净且专业的外观。

焊接通孔连接器

接下来，焊接OLED显示屏、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电池连接器也焊接到PCB上。确保所有连接都牢固可靠，并测试每个组件的功能是否正常。

机械部件与OLED显示屏组装

在电路板焊接和测试完成后，可以开始组装机械部件和OLED显示屏。这通常包括将OLED显示屏安装到PCB上的相应位置，并固定好。同时，确保所有其他机械部件（如外壳、支架等）也都正确安装，并且与电路板上的连接器和组件相匹配。

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在组装过程中，要注意不要损坏电路板上的任何组件或焊点。使用适当的工具和材料，如螺丝刀、螺母、垫片等，将机械部件牢固地固定在PCB上。同时，也要确保OLED显示屏的显示正常，没有损坏或不良显示。

完成机械部件和OLED显示屏的组装后，再次检查整个电路板的功能和连接情况，确保所有组件都正常工作，并且没有松动或损坏的情况。这样，你的电路板就可以与机器人底盘等其他部分进行连接和集成了。

机械部件组装

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，开始组装机器人的链条。你可以使用1.6毫米的黄铜丝或1.75毫米的3D打印机耗材作为关节。将线或耗材穿过链环以创建灵活的链条。如果需要，可以使用超强胶固定关节。每条链条需要16个部件，因此两条链条总共需要32个部件。

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