桌面宠物机器人全栈设计

在快节奏的生活中，一只可爱的桌面宠物或许是解压的最佳伙伴。市面上的电子宠物大多功能单一、不可编程，而专业机器人平台又价格高昂、门槛过高。本项目基于深圳大夏龙雀科技 BT36 蓝牙模块与 STM32F103C6T6A 主控，仅用面包板 + 杜邦线 + 4个SG90舵机 + 一块OLED屏 + 一节18650电池，就打造出一只可蓝牙遥控、会做表情、能动作卖萌的桌面宠物机器人。配套开发了微信小程序作为控制端，实现了从硬件到软件的全栈设计。

一、项目背景

1.1 创作初衷

一直想做一个既有技术含量又充满趣味的DIY项目。工业类项目虽然硬核但缺乏传播力，纯玩具类又显得技术深度不足。最终选择了"桌面宠物机器人"这个方向——

• 趣味性强：可爱的外形、多种表情、跳舞卖萌，天然适合展示分享；

• 技术覆盖全：涉及嵌入式开发、蓝牙通信、PWM舵机控制、I2C显示驱动、微信小程序开发，技术栈完整；

• 门槛低可复制：面包板搭建、耗材便宜、结构简单，读者跟着教程就能复刻；

1.2 核心功能

功能模块

具体功能

二、整体架构

桌面宠物机器人采用 "应用层（小程序、遥控）— 通信层（BT36蓝牙）— 控制层（STM32）— 执行层（舵机、OLED、LED）" 四层架构：

2.1 工作原理

2.2 硬件选型

模块

型号

接口

数量

说明

三、硬件设计

3.1 硬件连接总览

全部电路通过面包板 + 杜邦线搭建，无需PCB，零基础也能快速上手。连接示意图如下

3.2 引脚分配

// STM32F103C6T6A 引脚分配

#define SERVO_LEFT_LEG_PIN GPIO_Pin_0 // PA0 – 左腿
#define SERVO_RIGHT_LEG_PIN GPIO_Pin_1 // PA1 – 右腿
#define SERVO_LEFT_FOOT_PIN GPIO_Pin_2 // PA2 – 左前足
#define SERVO_RIGHT_FOOT_PIN GPIO_Pin_3 // PA3 – 右前足

#define OLED_SDA_PIN GPIO_Pin_7 // PB7 – I2C SDA
#define OLED_SCL_PIN GPIO_Pin_6 // PB6 – I2C SCL

#define BT_TX_PIN GPIO_Pin_9 // PA9 – USART1 TX
#define BT_RX_PIN GPIO_Pin_10 // PA10 – USART1 RX

#define LED_R_PIN GPIO_Pin_8 // PA8 – TIM1 CH1
#define LED_G_PIN GPIO_Pin_9 // PB9 – TIM4 CH4
#define LED_B_PIN GPIO_Pin_8 // PB8 – TIM4 CH3

3.3 舵机驱动原理

SG90舵机的驱动信号是20ms周期的PWM波，高电平宽度从0.5ms到2.5ms对应0°到180°：

高电平宽度

对应角度

通过STM32定时器PWM输出，动态调整CCR寄存器即可控制舵机角度。四只舵机分别控制两条后腿和两只前足，通过协调不同的角度组合实现前进、后退、转向等步态。

3.4 电源方案

单节18650锂电池（3.7V标称电压）直接为整个系统供电：

• STM32F103C6T6A：工作电压2.0~3.6V，核心板自带的LDO即可实现MCU供电

• SG90舵机：工作电压4.8V典型，3.7V也能工作但扭矩稍小，桌面宠物重量轻完全够用

• BT36蓝牙模块：支持3.3~5V宽电压，3.7V直接供电

• OLED显示屏：3.3V供电，由STM32的3.3V引脚

我们使用的锂电池充放电方案是TP4056，直接粘贴在面包板上，方便使用Type-C接口直接对18650锂电池进行充电。

四、机械结构设计

桌面宠物采用4舵机方案，结构简单、动作灵活：

4.1 四舵机布局

• 后腿 ×2：左右各一只，负责主要的行走动力输出，摆动范围约60°

• 前足 ×2：左右各一只，负责辅助支撑和姿态调整，使动作更自然可爱

4.2 步态原理

通过四只舵机的角度协调变化实现不同运动：

前进步态：

转向原理：

• 左转：右腿加速前摆，左腿减速或小幅后摆，身体向左偏转

• 右转：左腿加速前摆，右腿减速或小幅后摆，身体向右偏转

4.3 结构材质

我们使用的刚好是面包板，无需任何焊接即可实现电路的快速搭建，可以用：

建议先用简单材料验证步态，满意后再做精致外壳。

五、OLED表情系统

小小的OLED屏幕是宠物的"灵魂之窗"，通过绘制不同表情赋予宠物性格：

5.1 四种基础表情

表情

触发场景

视觉效果

5.2 表情绘制实现

使用SSD1306驱动的0.96寸OLED（128×64），通过I2C通信：

// 表情数据结构
typedef struct {
const uint8_t *face_data; // 表情位图数据
uint8_t width; // 表情宽度
uint8_t height; // 表情高度
} Expression_t;

// 表情枚举
typedef enum {
EXP_HAPPY = 0, // 开心
EXP_SLEEPY = 1, // 困困
EXP_ANGRY = 2, // 生气
EXP_SURPRISE = 3 // 惊讶
} Expression_Type;

// 切换表情函数
void OLED_ShowExpression(Expression_Type exp)
{
// 清屏
OLED_Clear();

// 在屏幕中央绘制表情
uint8_t x = (128 – expressions[exp].width) / 2;
uint8_t y = (64 – expressions[exp].height) / 2;

OLED_DrawBMP(x, y, expressions[exp].width, expressions[exp].height,
expressions[exp].face_data);

// 可附加装饰：脸颊红晕等
if(exp == EXP_HAPPY) {
OLED_DrawCircle(30, 40, 5, 1); // 左脸颊
OLED_DrawCircle(98, 40, 5, 1); // 右脸颊
}

OLED_Refresh();
}

表情图案可以用 LCD Image Converter 或类似工具将图片转换为C数组，直接嵌入代码中。

六、RGB炫彩灯效

RGB LED是宠物的"氛围担当"，四种灯效模式随心切换：

6.1 四种灯效模式

模式

效果描述

适用场景

6.2 PWM混色原理

三路独立PWM，每路8位分辨率（0~255），可混合出约1677万种颜色：

// RGB颜色设置函数
void RGB_SetColor(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b)
{
// 直接修改CCR寄存器，0~255映射到0~ARR
TIM_SetCompare1(TIM1, r); // R通道
TIM_SetCompare3(TIM4, g); // G通道
TIM_SetCompare4(TIM4, b); // B通道
}

// 呼吸灯效果
void LED_Breathing_Effect(void)
{
static uint8_t brightness = 0;
static uint8_t direction = 1;

if(direction) {
brightness++;
if(brightness >= 200) direction = 0;
} else {
brightness–;
if(brightness == 0) direction = 1;
}

RGB_SetColor(brightness, brightness / 2, 0); // 暖橙色呼吸
}

七、蓝牙通信协议

通信核心是深圳大夏龙雀科技 BT36 蓝牙模块，这是整个项目的无线桥梁。

7.1 BT36 模块特性

BT36 是大夏龙雀出品的高性价比 BLE 5.3 模块，采用 DIALOG DA14535 芯片，主从一体设计。在本项目中，它的优势体现在：

• BLE 5.3 协议：连接速度快、功耗低、抗干扰能力强

• 主从一体：既可作从机被手机连接，也可作主机连接遥控器

• AT指令丰富：支持修改设备名、波特率、UUID、发射功率等参数，响应迅速（<10ms）

• 宽电压工作：3.3V~5V，直接接锂电池，无需额外电平转换

• UART透传：透明传输模式，开发简单，像操作串口一样使用蓝牙

• 通信距离远：空旷环境下可达数十米，桌面场景绰绰有余

在实际开发中，BT36的稳定性令人印象深刻——电机PWM信号产生的电磁干扰对蓝牙通信几乎没有影响，连接稳定不掉线，这对于面包板搭建的原型项目来说非常关键。

7.2 通信协议设计

采用简洁易解析的文本指令协议，便于调试和扩展：

7.3 串口解析实现

// 蓝牙数据接收缓冲区
#define BT_RX_BUF_SIZE 64
uint8_t bt_rx_buf[BT_RX_BUF_SIZE];
uint8_t bt_rx_index = 0;

// USART1 中断接收（BT36连接）
void USART1_IRQHandler(void)
{
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
uint8_t ch = USART_ReceiveData(USART1);

if(ch == '\\n' || bt_rx_index >= BT_RX_BUF_SIZE – 1) {
bt_rx_buf[bt_rx_index] = '\\0';
// 完整指令，解析处理
BT_Parse_Command((char*)bt_rx_buf);
bt_rx_index = 0;
} else if(ch != '\\r') {
bt_rx_buf[bt_rx_index++] = ch;
}
}
}

// 指令解析函数
void BT_Parse_Command(char *cmd)
{
if(strncmp(cmd, "FWD", 3) == 0) {
Servo_WalkForward();
OLED_ShowExpression(EXP_HAPPY);
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
else if(strncmp(cmd, "BACK", 4) == 0) {
Servo_WalkBackward();
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
else if(strncmp(cmd, "LEFT", 4) == 0) {
Servo_TurnLeft();
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
else if(strncmp(cmd, "RIGHT", 5) == 0) {
Servo_TurnRight();
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
else if(strncmp(cmd, "STOP", 4) == 0) {
Servo_Stop();
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
else if(strncmp(cmd, "EXP:", 4) == 0) {
uint8_t exp_num = cmd[4] – '0';
if(exp_num <= 3) {
OLED_ShowExpression(exp_num);
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
}
else if(strncmp(cmd, "LED:", 4) == 0) {
uint8_t led_num = cmd[4] – '0';
if(led_num <= 3) {
LED_SetMode(led_num);
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
}
else if(strncmp(cmd, "ACT:", 4) == 0) {
Action_Execute(cmd + 4);
BT_SendString("OK\\r\\n");
}
else {
BT_SendString("ERR\\r\\n");
}
}

八、系统控制流程

8.1 主循环结构

int main(void)
{
// 系统初始化
SystemInit();
Servo_Init(); // 舵机PWM初始化
OLED_Init(); // OLED初始化
RGB_Init(); // RGB灯PWM初始化
USART1_Init(9600); // 蓝牙串口初始化（BT36默认9600）

// 开机动画
OLED_ShowExpression(EXP_HAPPY);
LED_SetMode(LED_BREATHING);
Servo_WaveHello(); // 开机打招呼

while(1)
{
// 检查是否收到蓝牙指令
if(bt_cmd_ready) {
BT_Parse_Command(bt_cmd_buffer);
bt_cmd_ready = 0;
}

// LED灯效任务
LED_Task_Handler();

// 待机检测
if(HAL_GetTick() – last_cmd_time > 10000) {
if(current_expression != EXP_SLEEPY) {
OLED_ShowExpression(EXP_SLEEPY);
LED_SetMode(LED_BREATHING); // 柔和呼吸
}
}
}
}

8.2 组合动作实现

组合动作是让宠物"活起来"的关键，通过编排一系列舵机角度序列实现：

// 跳舞动作序列
void Action_Dance(void)
{
OLED_ShowExpression(EXP_HAPPY);
LED_SetMode(LED_RAINBOW); // 彩虹灯效

// 左右摇摆 + 前足摆动
for(int i = 0; i < 4; i++) {
Servo_SetAngle(SERVO_LEFT_LEG, 60 + i * 15);
Servo_SetAngle(SERVO_RIGHT_LEG, 120 – i * 15);
Delay_Ms(200);
}
for(int i = 0; i < 4; i++) {
Servo_SetAngle(SERVO_LEFT_LEG, 120 – i * 15);
Servo_SetAngle(SERVO_RIGHT_LEG, 60 + i * 15);
Delay_Ms(200);
}

// 前足上下摆动
for(int i = 0; i < 3; i++) {
Servo_SetAngle(SERVO_LEFT_FOOT, 45);
Servo_SetAngle(SERVO_RIGHT_FOOT, 45);
Delay_Ms(150);
Servo_SetAngle(SERVO_LEFT_FOOT, 135);
Servo_SetAngle(SERVO_RIGHT_FOOT, 135);
Delay_Ms(150);
}

Servo_Stop();
LED_SetMode(LED_BREATHING);
}

// 打招呼动作
void Action_Hello(void)
{
OLED_ShowExpression(EXP_HAPPY);

// 右前足抬起挥动
for(int i = 0; i < 3; i++) {
Servo_SetAngle(SERVO_RIGHT_FOOT, 30);
Delay_Ms(200);
Servo_SetAngle(SERVO_RIGHT_FOOT, 60);
Delay_Ms(200);
}

Servo_Stop();
}

九、微信小程序控制端

为了让宠物的控制更便捷、作品更完整，开发了配套的微信小程序控制端，通过 BLE 直接连接 BT36 模块：

9.1 小程序功能架构

小程序包含三个主要页面：

页面

功能

9.2 BLE连接核心代码

// 小程序端 – 蓝牙连接与控制
const DEVICE_NAME = 'DX-BT36'; // BT36默认设备名
const SERVICE_UUID = '0000FFE0-0000-1000-8000-00805F9B34FB';
const CHAR_UUID = '0000FFE1-0000-1000-8000-00805F9B34FB';

let deviceId = null;
let connected = false;

// 搜索并连接设备
function connectDevice() {
wx.startBluetoothDevicesDiscovery({
services: [SERVICE_UUID],
success: (res) => {
console.log('开始搜索设备');

wx.onBluetoothDeviceFound((devices) => {
const device = devices.devices.find(d =>
d.name === DEVICE_NAME || d.localName === DEVICE_NAME
);
if(device) {
wx.stopBluetoothDevicesDiscovery();
createConnection(device.deviceId);
}
});
}
});
}

// 建立连接
function createConnection(id) {
wx.createBLEConnection({
deviceId: id,
success: () => {
deviceId = id;
connected = true;
wx.showToast({ title: '连接成功', icon: 'success' });

// 监听特征值变化
wx.notifyBLECharacteristicValueChange({
deviceId,
serviceId: SERVICE_UUID,
characteristicId: CHAR_UUID,
success: () => {
wx.onBLECharacteristicValueChange((res) => {
const data = ab2str(res.value);
console.log('收到:', data);
});
}
});
}
});
}

// 发送指令
function sendCommand(cmd) {
if(!connected) {
wx.showToast({ title: '请先连接设备', icon: 'none' });
return;
}

const buffer = str2ab(cmd + '\\r\\n');
wx.writeBLECharacteristicValue({
deviceId,
serviceId: SERVICE_UUID,
characteristicId: CHAR_UUID,
value: buffer,
success: () => console.log('发送:', cmd)
});
}

// 工具函数：字符串转ArrayBuffer
function str2ab(str) {
const buffer = new ArrayBuffer(str.length);
const view = new Uint8Array(buffer);
for(let i = 0; i < str.length; i++) {
view[i] = str.charCodeAt(i);
}
return buffer;
}

function ab2str(buffer) {
return String.fromCharCode.apply(null, new Uint8Array(buffer));
}

// 方向控制按钮
const control = {
forward: () => sendCommand('FWD'),
backward: () => sendCommand('BACK'),
turnLeft: () => sendCommand('LEFT'),
turnRight: () => sendCommand('RIGHT'),
stop: () => sendCommand('STOP'),
};

// 表情切换
const expressions = {
happy: () => sendCommand('EXP:0'),
sleepy: () => sendCommand('EXP:1'),
angry: () => sendCommand('EXP:2'),
surprise: () => sendCommand('EXP:3'),
};

// 灯效切换
const ledModes = {
breathing: () => sendCommand('LED:0'),
rainbow: () => sendCommand('LED:1'),
blink: () => sendCommand('LED:2'),
solid: () => sendCommand('LED:3'),
};

// 快捷动作
const actions = {
dance: () => sendCommand('ACT:DANCE'),
hello: () => sendCommand('ACT:HELLO'),
cute: () => sendCommand('ACT:CUTE'),
};

9.3 小程序界面设计要点

• 方向控制区：D-pad方向键布局，中间键为停止，符合游戏手柄使用习惯

• 表情切换区：4个表情按钮横向排列，点击即切换，状态反馈清晰

• 灯效选择区：4种灯效彩色按钮，视觉上即传达灯光氛围

• 快捷动作区：跳舞/打招呼/卖萌三个大按钮，一键触发组合动作

• 状态栏：顶部实时显示连接状态，已连接显示绿色圆点

十、项目总结

这款桌面宠物机器人虽然只用面包板搭建，但麻雀虽小五脏俱全，从硬件到软件实现了完整的全栈设计：

10.1 项目亮点

• 全栈自主设计：从电路搭建、嵌入式程序到微信小程序，端到端完整实现，技术覆盖面广

• BT36深度适配：充分发挥大夏龙雀 BT36 蓝牙模块的性能优势，BLE5.3稳定连接、AT指令灵活配置、宽电压适配

• 面包板入门友好：无需PCB、无需焊接，所有耗材易购，降低了复刻门槛，适合教学和推广

• 趣味性与传播性：可爱的表情、灵动的动作、微信小程序控制，天然适合短视频和社交分享

• 扩展性强：可以不断添加新表情、新动作、新传感器（触摸/声音/光线），持续迭代

10.2 成本清单

物料

单价（参考）

数量

小计