PiCar Mini 2WD 超低成本智能小车

一、方案概述

基于 ESP32-C3 SuperMini 开发板的超低成本 2WD 智能小车方案，支持 WiFi/BLE 无线控制、超声波避障。电源采用 18650 单节 + 5V 充放电一体小板；行走机构采用 ¥9.9 的 2WD 底盘套件（底盘 + 双轮 + 双 TT 电机 + 万向轮）。状态指示采用 红、绿 3mm LED 灯珠。电机驱动占用 GPIO9/10/20/21，运行按钮占用 GPIO0；板载丝印的 I2C（GPIO8 SDA / GPIO9 SCL） 中 GPIO9 已用于电机，扩展 I2C 外设需改用其它空闲脚（见第四节）。

主控、电池、充放电板、电机驱动与超声波等模块规格与价格见第二节；电池与电源小板说明见第三节；全车供电拓扑与 GPIO 飞线见第三节 §3.3与第四节 §4.2。

二、物料清单

1. 核心模块

2. 辅材（预估）

3. 总成本

三、电源与模块

1. 18650 电池与 5V 充放电一体模块

电芯经 XH2.54 接小板 B+/B-；升压 5V 供 SuperMini；电机驱动 VM 优先接 B+。焊接前用万用表核对焊盘极性与网络。

18650 电池（本项目选用）

5V 充放电一体板 — 接口说明

5V 充放电一体板 — 技术参数（厂商标称）

保护功能：过流（OCP）、过压（OVP）、短路（SCP）、过温（OTP）；内置锂电池保护。无保护板电芯与带保护板电芯均可配合使用（以电芯规格与厂商说明为准）。

电池兼容性：适用于标称 3.7V 锂电池（含聚合物、18650）。满充电压为 4.2V / 4.35V / 4.4V 等类型均可搭配；充电截止电压固定为 4.2V，高电压体系电芯长期匹配需自行评估。

主要特点：输入输出同口；空载超时后仍保持 5V 输出（多数同类会关断轻载），利于 ESP32-C3 稳定上电（以实测为准）；双层保护；体积小，可按需加焊 USB 母座；预留焊线焊盘，便于车内飞线。

2. 2 路直流电机驱动模块

H 桥真值表（电机 A）： A1 高 A2 低 → 正转；A1 低 A2 高 → 反转；双低 → 滑行；双高 → 刹车。电机 B 同（B1/B2）。PWM 调速时用 PWM 替代高电平，占空比控制速度。

3. 供电分配方案

              18650 + 5V 充放电一体小板
                   ┌────────────────────┐
      5V 焊盘 ←────┤ Type-C 同口        │
        │          │ B+ / B- 接电芯      │
        │          │                    │
        │          │        GND ──┐     │
        │          └──────────────┼─────┘
        │                   ┌────┴────┐
        │                   │电源开关  │（可选，串负极）
        │                   └────┬────┘
        │                        │
        ↓                   公共 GND            ↓
   ┌──────────┐                │          ┌──────────────┐
   │ESP32-C3  │ GPIO9/10/20/21 │          │ 电机驱动板    │
   │SuperMini │────────────────┼─────────→│ 双 H 桥 L298N │
   │          │                │          │ MOTOR-A ──→ 左轮
   │ GPIO1/2  │──→ HC-SR04    │          │ MOTOR-B ──→ 右轮
   │ GPIO5/6  │──→ 红/绿灯珠   │          └──────────────┘
   │ GPIO0    │──→ [运行按钮]──┘
   └────┬─────┘
        └──────────── 公共 GND ─────────────────┘

超声波 Trig / Echo 与运行键所接 GPIO 编号仅以第四节「GPIO 与接线」为准，本文其它位置不再重复，以免多处修改时不同步。

电源开关（若使用）串联在 GND 负极回路时，断开则各模块同时失回路。

运行按钮（大按键模块）

工作流程：电源开关 ON → SuperMini 上电待机 → 按运行按钮启动 → 再按停止 → 电源开关 OFF 断电。

电机驱动优先使用 B+ 供 VM 的理由：

• 直驱效率高：不经升压回路，线损与变换损耗更小。
• 电流路径清晰：大功率走 B+/B-，5V 主供 MCU 与传感器逻辑。
• TT 马达适配：3.7V~4.2V 在 TT 马达常用 3~6V 范围内。
• 可选 5V 驱动：布线需要时可在电流允许下将 VM 接 5V 焊盘（模块仍在 2~10V 允许范围内）。

4. HC-SR04 超声波（宽电压版）

5. TT 马达与 2WD 套件

6. 状态指示灯（红 / 绿 3mm LED 灯珠）

3mm LED 灯珠（学名为发光二极管）。下图仅为外形示例，实车仅需红、绿各 1 只。

除常亮/熄灭外，可用闪烁周期区分状态（如慢闪待机、快闪行驶）。

7. 电压兼容性

结论：全链路电压兼容，无需电平转换。

四、GPIO 与接线

本车各外设所接 GPIO（含超声波 Trig/Echo、运行键、左右电机）以下文表格与飞线为准；专题页其它章节只描述功能与拓扑，不再重复具体编号，以免多处修改时不同步。

板载双排各 8 脚（USB Type-C 端朝上时），本款丝印将 I2C 标在 GPIO8（SDA）、GPIO9（SCL），GPIO5~7 侧为 SPI（MISO/MOSI/SS）等复用。下列顺序与上图及常见 SuperMini 一致；若采购其它外形，以实物丝印为准。

1. 排针顺序（USB 朝上）

2. 引脚分配（实测验证）

已占用 9 个 GPIO；GPIO3、GPIO4、GPIO7、GPIO8 仍可扩展。注意事项：

• GPIO9 是 strap 脚：上电瞬间若被驱动板拉低会进入下载模式。建议先插主控、最后再上电池；启动异常时按一下 RESET。
• GPIO20/21 与 UART0 复用：用作电机 PWM 后，控制台只能通过 USB Serial JTAG 输出，不影响 mpremote / Thonny 调试。
• GPIO8/9 板载丝印为 I2C：由于 GPIO9 已用于电机，扩展 I2C 设备（如 ToF）需改走 GPIO3/GPIO4 作软件 I2C。
• GPIO0~4 在启动时可能有特殊行为；GPIO0 作按钮、GPIO1/GPIO2 作 HC-SR04 在本方案实测正常。

3. 接线图

ESP32-C3 SuperMini          电机驱动板（双 H 桥）
────────────────────        ────────────────────

GPIO9  ─────────────────→  A1/INT1  ┐
GPIO10 ─────────────────→  A2/INT2  ┘ 电机 A（左轮）

GPIO20 ─────────────────→  B1/INT3  ┐
GPIO21 ─────────────────→  B2/INT4  ┘ 电机 B（右轮）

GND    ─────────────────→  GND（共地）


ESP32-C3 SuperMini          HC-SR04 超声波
────────────────────        ──────────────

GPIO1  ─────────────────→  Trig
GPIO2  ←────────────────   Echo
3.3V   ─────────────────→  VCC
GND    ─────────────────→  GND


ESP32-C3 SuperMini          运行按钮模块
────────────────────        ────────────

GPIO0  ←────────────────   OUT（按下高电平）
3.3V   ─────────────────→  VCC
公共 GND ─────────────────→  GND


ESP32-C3 SuperMini          3mm LED 灯珠（各支路：GPIO→电阻→LED+→LED−→GND）
────────────────────

GPIO5  ──→ [220Ω~470Ω] ──→ 绿色灯珠正 → 负 ──→ GND
GPIO6  ──→ [220Ω~470Ω] ──→ 红色灯珠正 → 负 ──→ GND


5V 充放电一体小板
──────────────────
5V 正 / 5V 负 ────────────→ SuperMini 5V / GND
B+ ─────────────────────→ 电机驱动板 VM/VCC（优先）
B- / 5V 负 ──────────────→ 公共 GND ──┬→ SuperMini GND
                                      ├→ 电机驱动板 GND
                                      ├→ HC-SR04 GND
                                      ├→ 运行按钮 GND
                                      └→ 3mm LED 灯珠负极（共地）

五、方案优势

六、注意事项

1. 共地连接 — ESP32-C3、电机驱动板、超声波模块、充放电小板、按钮、LED 的 GND 必须互联。
2. 供电分离 — 电机 VM 走 B+ 或 5V 焊盘，不要从 SuperMini 3.3V 给电机供电。
3. 超声波版本 — 须为新版 HC-SR04（3.3V~5V）；老版仅 5V 不宜直接接 3.3V 逻辑供电。
4. 充放电小板 — 焊接前核对 B+/B- 与 5V/GND；确认最大电流满足 WiFi 峰值与电机需求。
5. 电机电流 — TT 堵转约 250~500mA，避免长时间堵转。
6. GPIO9 是 strap 脚 — 上电时若驱动板把 A1 拉低会让 C3 进入下载模式。建议先上 USB / 主控，再上电池给驱动板供电；启动异常时短按 RESET。
7. 3mm LED 灯珠 — 每只必须串联限流电阻，禁止 GPIO 直接短接灯珠两脚；负极与整车 GND 共地。
8. GPIO20/21 — 原 UART0，作电机 PWM 后串口控制台只能走 USB Serial JTAG（mpremote/Thonny 仍可正常用），不要再外接 UART 设备到这两脚。

七、可选升级路径

八、超声波与 ToF 对比

本方案选用 HC-SR04，下表供选型参考。

选用 HC-SR04 的理由：宽角度探测更适合 2WD 小车避障，成本更低。

九、软件与调试

教学路线：与本书架硬件一致的程序设计章节与实验安排，见专题配套页面 《MicroPython 智能小车程序设计（2WD）教程提纲》（点亮 LED → 按键 → 单电机 → 整车运动 → 超声波 → 避障 → 综合项目）。

固件采用 MicroPython（ESP32_GENERIC_C3 v1.27.0），可按教学需要搭配 REPL、文件同步与无线调试等常规开发方式。电机为 PWM + 双 H 桥；Trig / Echo、运行键及各电机脚位等 GPIO 分配与飞线说明仅以第四节为准。

环境准备与烧录

# 进入下载模式: 按住 BOOT, 插 USB, 松 BOOT
esptool.py --chip esp32c3 --port /dev/cu.usbmodem101 erase_flash
esptool.py --chip esp32c3 --port /dev/cu.usbmodem101 --baud 460800 \
  write_flash 0 firmware/ESP32_GENERIC_C3-v1.27.0.bin
# 烧完按一次 RESET 退出下载模式

上传与运行

PORT=/dev/cu.usbmodem101

mpremote connect $PORT cp motor_driver.py :
mpremote connect $PORT cp test_motor.py :
mpremote connect $PORT cp test_button.py :
mpremote connect $PORT cp test_button_forward.py :
mpremote connect $PORT cp test_ultrasonic.py :

mpremote connect $PORT run test_motor.py
mpremote connect $PORT run test_ultrasonic.py

# 设为开机自启（示例）
mpremote connect $PORT cp test_button_forward.py :main.py

详细踩坑记录与烧录流程见项目目录 调试记录-2026-05-20.md；端口名随环境调整（macOS 常见 /dev/cu.usbmodem*）。

十、应用场景

• 高校与通识实验 — 低成本 2WD 平台，覆盖电源分配、PWM、测距与无线扩展。
• 创客与 STEM — 硬件透明，便于拆解与二次开发。
• 原型验证 — BOM 低，适合批量对比与算法验证。