PiCar Mini 2WD v1.1

一、方案概述

基于 ESP32-C3 SuperMini 与自制驱动板 v1.1 的超低成本 2WD 智能小车。驱动板将电机驱动、电源防护、状态 LED、轻触开关、超声波接口与全部 GPIO 排针集成到一块 PCB；主控以 1×8×2 排母插接，电机与超声波用 XH2.54 / 4P 接口直连。

二、物料清单

1. 核心模块

2. 整车成本

核心物料与辅材合计约 ¥35~40（随打样数量、元件采购与底盘选型浮动）。驱动 PCB 将电机驱动、电源通路、LED、按键一次集成，装配时主要完成插接主控与接插电机 / 超声波 / 电池。

三、驱动板子系统

1. 电源：电池输入、防反接与滤波

焊接 / 上电前用万用表核对 3.7VBAT 与 GND，避免电池反接或短路。调试时若 USB 枚举异常，优先采用先插 USB 到 C3，再开电池供电；异常时短按 RESET。

2. 电机驱动：TC1508A 双 H 桥

3. 状态指示 LED

以 2026-06-18 实物实测为准：GPIO5 = LED5 = 红色 = 左侧，GPIO6 = LED6 = 绿色 = 右侧。原理图丝印红绿标注可能与实物相反，软件与教学说明一律按实测。

综合演示中可用距离控制灯光：远处绿灯常亮，近处红灯频闪（越近越快）。

4. 板载轻触开关 SW20 / SW21

5. HC-SR04 超声波

6. 拓展接口

板上提供 4P 超声波 / 外设接口及 GND / 3.7VBAT 引出；全部 GPIO 经两组 1×8 排针完整引出（io0~4、io5~21），便于外接循迹、ToF、蜂鸣器等。

7. 供电拓扑

              3.7V 锂电（XH2.54）
                   │
              ┌────┴────┐
              │  SW1 开关 │
              └────┬────┘
                   │ 防反接 / TVS / 滤波
                   ▼
              3.7VBAT 公共轨
           ┌───────┼──────────┐
           ▼       ▼          ▼
      TC1508A   ESP32-C3    超声波 VCC
      电机 VM   5V/VIN      （宽电压版）
           │       │
           │   GPIO 控制线
           ▼       ▼
      motor01/34  LED / 按键 / Trig·Echo

四、GPIO 与接线

本车各外设所接 GPIO 以下文表格为准；其它章节只描述功能，不再重复编号，以免多处修改时不同步。

1. 引脚分配（实测验证）

结论：各外设引脚互不重叠；ESP32-C3 三个 strap 脚 GPIO2 / GPIO8 / GPIO9 全部空出，外设均不占用。

2. strap 脚说明（摘要）

• ESP32-C3 的 strap 脚为 GPIO2、GPIO8、GPIO9，仅在上电 / 复位瞬间被采样，决定启动模式。
• 超声波 Trig 使用 GPIO7（非 strap），读数稳定；Echo 必须用 GPIO10（空闲为低），不可与 Trig 对调。
• 扩展外设时尽量避开 strap 脚；若必须使用，注意上电电平与上拉。
• 注意：在 ESP32-C3 上 GPIO0 不是 strap 脚（与经典 ESP32 不同），可安全用于电机。

3. 接线图

ESP32-C3 SuperMini（插接驱动板）     板载 / 外设
─────────────────────────────────    ────────────────

GPIO1 / GPIO0  ─────────────────→  TC1508A → motor1 左轮
GPIO4 / GPIO3  ─────────────────→  TC1508A → motor2 右轮

GPIO7  ─────────────────────────→  HC-SR04 Trig
GPIO10 ←─────────────────────────  HC-SR04 Echo

GPIO5  ──→ LED5 红（左侧，经 100Ω）
GPIO6  ──→ LED6 绿（右侧，经 100Ω）

GPIO21 ←── SW21 左侧按键（低有效，控左轮）
GPIO20 ←── SW20 右侧按键（低有效，控右轮）

5V/VIN ←── 3.7VBAT（经防反接 / 滤波）
GND    ──── 公共 GND（PCB 已互联）

五、方案优势

六、注意事项

1. 上电顺序 — 调试时优先先插 USB 到 C3，再开电池；异常时短按 RESET。
2. 共地 — ESP32-C3、TC1508A、超声波、电源、LED、按键 GND 已在 PCB 互联；外接模块须共地。
3. 超声波引脚不可对调 — Trig=GPIO7、Echo=GPIO10，对调则读不到回波。
4. 超声波版本 — 须为新版 HC-SR04（3.3V~5V）。
5. 电机电流 — TT 堵转约 250~500mA，避免长时间堵转。
6. 电机方向 — 若某侧转向与预期相反，对调该电机两根输出线，或交换软件中该侧两个引脚常量。
7. LED / 按键以实测为准 — LED5=红/左、LED6=绿/右；SW21=左、SW20=右。
8. strap 脚 GPIO2/8/9 — 扩展外设时避免占用，或注意上电电平。

七、可选升级路径

八、软件与调试

教学路线：与本专题硬件一致的程序设计章节与实验安排，见 《MicroPython 智能小车程序设计（2WD v1.1）教程》（C3 / Thonny / 固件烧录 → 板载 LED → 轻触开关 → 单电机 → 整车运动 → 超声波灯光 → 按键控轮 → 综合项目）。

固件采用 MicroPython（ESP32_GENERIC_C3 v1.27.0）。电机为 PWM + TC1508A；GPIO 分配仅以第四节为准。

1. 程序文件

2. 综合演示逻辑（推荐）

• SW21（左）：左轮在「停止 → 前进 → 反转」间循环
• SW20（右）：右轮同样三态循环
• 超声波灯光：距离 ≥ 1m 绿灯常亮；< 1m 红灯频闪（越近越快）；无回波双灯灭

3. 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

4. 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_ultrasonic.py :
mpremote connect $PORT cp test_sw_motor_ultrasonic_led.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_sw_motor_ultrasonic_led.py :main.py

端口名随环境调整（macOS 常见 /dev/cu.usbmodem*）。上电后数秒内可用 Ctrl-C 中断 main.py，避免自启脚本占满 REPL。

九、应用场景

• 高校与通识实验 — 低成本 2WD 平台，覆盖电源、PWM、测距、按键交互与无线扩展。
• 创客与 STEM — PCB 集成、硬件透明，便于拆解、改线与二次开发。
• 原型验证 — BOM 低，适合批量对比算法与课堂分组实验。

十、预印本与开源

• GitHub：modalfuse/picar-mini-2wd（硬件 CERN-OHL-P-2.0 · 软件 MIT）
• Zenodo：版本 DOI 10.5281/zenodo.22088329（v1.1.0）；概念 DOI 10.5281/zenodo.22088328
• 教程：MicroPython 八章程序设计提纲