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2018年04月07日 | 跳舞机器人的硬件电路制作
2018-04-07 来源：eefocus
还记得上周小编给你们介绍的小π机器人吗？这周小编将主要介绍小π机器人的制作流程，而且将详细介绍3D打印和硬件电路的制作流程，帮助你打造属于自己的小π。
一、制作流程
1、确定小π机器人功能
要想打造属于自己的小π机器人，首先要想好自己的小π机器人要实现什么功能。小π机器人的特色就是功能模块化，用户可以根据使用者自己的喜好更换，比如安装超声波探头可以进行手势识别，安装触须可以触摸互动，安装喇叭可以播放音乐，安装RGB三色灯可以实现脸部变色，安装温度传感器可以播报温度等。
2、3D打印外壳
小π机器人的外壳使用3D打印技术，所以可以自己定制自己喜欢的外形。小π机器人外壳分为2个脚、2条腿、1个臀部支撑底座、1个脸和一个后盖。下面就是是已经制作出来的几款小π机器人：
3、电路板制作
根据自己定制的小π机器人功能设计制作相应的电路板，不过小编的团队已经开发出一款通用的电路板，上面预留了各种接口，基本可以满足大家的需求。
4、程序编写
小π机器人的程序包含单片机程序、手机APP程序和电脑上位机程序。根据自己定制的小π机器人编写相应的单片机程序，后期小编会对单片机的程序做一个详细的介绍。手机APP程序和电脑上位机程序小编的团队已经开发好了，大家直接拿来用就好了。
5、组装与调试
二、3D打印
3D打印的设计过程是先通过计算机建模软件建模，小编团队建模时使用的是inventor软件。再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。
设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。
打印机通过读取文件中的横截面信息，然后将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。
打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机精度更高。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。这样的精度完全可以满足小π机器人的需求。
小π机器人的脸一个是狗头、一个是QQ企鹅的图案，制作过程中先可以选择自己喜欢的图片，然后对图片进行轮廓提取、拉伸、切片处理，最后进行3D打印。这样，一张自己喜欢的脸就做好了。
除腿等关键部件，小π机器人的外壳都采用空心结构，内部使用柱状填充结构，既可以保持稳定，也可以减轻重量、节约成本。
用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，而用3D打印技术，一个小π机器人的模型几个小时就打印好了。使用不同的3D打印机、模型的尺寸不同，打印时间会略有不同。
三、硬件电路制作
硬件电路主要包括15个部分，下面将一一介绍每一个模块。
1、电源管理模块
电源管理模块作用是对锂电池充电或者放电进行选择。
2、舵机控制模块
舵机控制模块作用是提供舵机接口，可以让舵机控制线直接接到底板上。
3、接口模块
接口模块包含一个常见HC-SR04超声波探测模块接口和三个触须接口。
4、主控芯片电源滤波模块
主控芯片使用的是两块mega2560，要对mega2560的电源做一个滤波，减小电源纹波对系统的影响。
5、时钟电路模块
时钟电路模块为mega2560提供一个稳定的时钟。
6、TF卡模块
TF卡模块会存储一些小π机器人的动作和一些音频文件，mega2560通过spi模式或者sdio模式进行相应的读写。
7、蓝牙音频模块
蓝牙音频模块负责和手机或电脑蓝牙进行连接，实现蓝牙音频播放的功能。
8、3.3V稳压电路模块
由于锂电池电压为3.7V左右，mega2560是3.3V供电，所以需要降压，降压使用的是常见的LM1117。
9、蜂鸣器模块
蜂鸣器模块可以实现报警、对音质要求不高的音乐播放的功能。
10、状态指示灯模块
状态指示灯可以通过编程指示不同的状态，实现对程序的监控。
11、共阳极七彩LED模块
共阳极七彩LED模块可以通过编程实现1600多万种颜色，可以变脸的那个小π机器人就是使用的这个模块。
12、程序下载模块与主机通信模块
通过串口可以向两块mega2560下载程序，也可以通过串口输出一些调试信息，两块mega2560之间的通信也是通过串口实现的。
13、复位电路模块
可以通过轻触开关实现对mega2560的复位。
14、Bootloader模块
可以通过Bootloader模块烧写mega2560的固件。
15、主控模块
主控模块由两块mega2560构成。这是因为单片机是单线程的，控制模块要同时控制舵机的角度并实现音频处理、七彩LED控制、超声波检测等附加的功能，所以需要两块mega2560。
PCB采用双层布线，红色的是顶层布图，蓝色的是底层布图，底板的PCB版图如下：
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史海拾趣
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