MicroPython 智能小车程序设计（2WD）教程提纲

1. 教程定位

本教程面向已学习少量 Python 基础、但尚不熟悉嵌入式硬件编程的学习者。课程以 MicroPython 为编程语言，以 ESP32-C3 SuperMini + 2WD 小车 为硬件平台，通过一辆可运行的小车，把 Python 程序设计与传感器、电机、GPIO 控制结合起来。

教程不采用「先系统讲完语法、再做项目」的方式，而是围绕智能小车的功能逐步展开：每一章都对应一个可以观察到的硬件现象或小车动作，让学习者在动手实验中理解程序结构、硬件接口和控制逻辑。

其中，点亮 LED 用于建立 GPIO 输出概念；读取按钮 用于理解 GPIO 输入与程序状态；控制单电机 用于学习 H 桥驱动和 PWM；控制 2WD 小车 用于组合左右轮动作；超声波避障 用于把传感器数据转化为控制决策；最终通过综合项目整理成完整的小车程序。

本教程强调三个方面：

1. 可见结果：每个阶段都能通过灯光、按钮、电机或小车动作看到程序运行结果。
2. 逐步组合：先完成单个模块，再组合成完整小车。
3. 代码整理：在项目后期将程序拆分为 config.py、button.py、status_led.py、motor_driver.py、car.py、ultrasonic.py、main.py 等文件，形成清晰的项目结构。

2. 教程目标

完成本教程后，学生应能够：

1. 使用 MicroPython 在 ESP32-C3 上运行程序。
2. 理解 GPIO 输入、输出、PWM 的基本用法。
3. 控制红绿 3mm LED 灯珠显示小车状态。
4. 读取按钮输入，实现启动 / 停止控制。
5. 控制 2WD 小车前进、后退、转向、停止。
6. 使用 HC-SR04 超声波模块测距。
7. 实现简单避障逻辑。
8. 将代码拆分为多个模块，形成可维护的小车程序结构。

3. 硬件基础方案

本教程使用一套 2WD 智能小车硬件作为教学平台。硬件由 ESP32-C3 SuperMini 控制板、2WD 底盘套件、双 H 桥电机驱动模块、HC-SR04 超声波模块、运行按钮、红绿 3mm LED 灯珠 和 18650 供电模块 组成。

其中，2WD 底盘套件提供小车的机械结构和左右两个驱动电机；ESP32-C3 SuperMini 运行 MicroPython 程序；电机驱动模块负责把控制板输出的 GPIO 信号转换为电机动作；超声波模块用于检测前方距离；按钮用于启动或停止程序流程；红绿 LED 灯珠用于显示小车状态；电池与充放电模块为整车供电。

4. 建议章节安排

第 1 章 MicroPython 与 ESP32 控制板

学习目标

1. 认识 MicroPython 与普通 Python 的区别。
2. 认识 ESP32-C3 SuperMini 开发板。
3. 掌握变量、简单数据类型与 if / else 条件判断。
4. 使用 GPIO 输出控制红、绿 3mm LED 灯珠。
5. 建立「程序可以控制硬件」的基本认识。

建议内容

1. MicroPython 的用途。
2. ESP32-C3 开发板接口说明。
3. 固件、串口、REPL、main.py 的概念。
4. 第一个程序：print("Hello, PiCar")。
5. 变量与数据类型。
6. if / else 条件判断。
7. machine.Pin 的基本用法。
8. GPIO 输出高电平 / 低电平。
9. 红灯、绿灯的独立控制。
10. 闪烁程序。

实验

1. 连接 ESP32-C3。
2. 打开 REPL。
3. 运行第一段 MicroPython 程序。
4. 根据变量判断状态。
5. 点亮绿色 LED。
6. 点亮红色 LED。
7. 红绿交替闪烁。

第 2 章 按键控制灯光

学习目标

1. 掌握 GPIO 输入。
2. 理解按钮按下 / 释放对应的电平变化。
3. 实现简单启动 / 停止逻辑。
4. 掌握 while 循环、for 循环与 sleep 延时控制。

建议内容

1. Pin.IN 输入模式。
2. 上拉 / 下拉概念。
3. 读取按钮状态。
4. 简单按键消抖。
5. 按一下启动，再按一下停止。
6. while 循环持续读取按钮。
7. for 循环实现有限次数测试。
8. time.sleep() 延时与消抖等待。

实验

1. 串口打印按钮状态。
2. 按钮控制 LED。
3. 按钮切换运行状态。
4. while 循环持续检测按钮。
5. 使用 sleep 控制读取间隔。

建议模块： button.py

第 3 章 电机控制

学习目标

1. 理解 PWM 的占空比。
2. 用 PWM 改变 LED 亮度。
3. 理解 H 桥电机驱动的基本控制方式。
4. 掌握函数定义与调用。
5. 掌握 import 与模块拆分。
6. 控制单个 TT 电机正转、反转、停止。
7. 使用 PWM 控制电机速度。

建议内容 — PWM 与函数基础

1. PWM 的基本概念。
2. MicroPython 中 machine.PWM 的用法。
3. 频率与占空比。
4. LED 渐亮 / 渐暗。
5. 函数定义与调用。
6. import 与模块。
7. 用函数封装灯光控制。

建议内容 — 单电机控制

1. 电机驱动模块接口。
2. A1 / A2 控制电机 A。
3. HIGH / LOW 组合与电机状态。
4. 电机停止与刹车区别。
5. 电机 PWM 控制方式。
6. 单个电机速度函数。

实验

1. LED 呼吸灯。
2. 用变量控制亮度。
3. 编写一个简单函数。
4. 编写 status_led.py。
5. 在主程序中 import status_led。
6. 左轮正转、反转、停止；右轮重复相同实验。
7. 单个电机不同速度测试。

建议模块： status_led.py、motor_driver.py

建议扩展函数： set_motor_speed(speed)

第 4 章 2WD 小车运动控制

学习目标

1. 控制左右两个电机组合动作。
2. 实现小车前进、后退、左转、右转、停止。
3. 将电机控制封装为小车动作函数。
4. 理解左右轮速度差与转向效果。

建议内容

1. 左右轮运动组合。
2. 小车基本动作。
3. 使用函数封装动作。
4. 固定时间运动。
5. 简单动作序列。
6. 固定速度行驶；慢速 / 中速 / 快速。
7. 左右轮差速转向与速度函数。

实验

1. 前进 2 秒后停止；后退 1 秒后停止。
2. 左转、右转。
3. 动作组合：前进 → 停止 → 转向 → 前进。
4. 小车低速 / 高速前进；左右轮不同速度转弯。

建议模块： car.py

建议函数： forward()、backward()、turn_left()、turn_right()、stop()、set_speed(left_speed, right_speed)

第 5 章 超声波测距

学习目标

1. 理解 HC-SR04 的 Trig / Echo 工作方式。
2. 使用 MicroPython 读取距离。
3. 处理测距异常。

建议内容

1. HC-SR04 接线。
2. 触发测距、Echo 脉宽测量、距离计算、连续测距。

实验

1. 串口输出距离。
2. 距离过近点亮红灯；距离安全点亮绿灯。

建议模块： ultrasonic.py

第 6 章 小车避障

学习目标

1. 将电机控制与超声波测距组合。
2. 根据距离判断小车是否继续前进。
3. 实现停止、后退、转向等避障动作。
4. 使用状态灯显示避障状态。

建议内容

1. 安全距离阈值。
2. 距离安全时前进；距离过近时停止。
3. 后退与转向。
4. 状态变量与状态切换；状态灯显示运行状态。
5. 主循环设计。

实验

1. 前方距离安全时前进；过近时停止。
2. 后退后转向；自动避障循环。
3. 遇障碍切换 OBSTACLE；不同状态显示不同灯光。

第 7 章 综合项目：2WD 智能小车

学习目标

1. 整合前 6 章的按钮、LED、电机、超声波与避障逻辑。
2. 将代码整理为完整项目结构。
3. 完成项目验收。

建议内容

1. 按本文「项目代码组织建议」整理文件结构。
2. config.py 管理引脚配置。
3. status_led.py 管理状态灯。
4. button.py 管理按键输入。
5. motor_driver.py 管理单电机与 H 桥控制。
6. car.py 管理 2WD 小车运动。
7. ultrasonic.py 管理超声波测距。
8. main.py 组织主程序流程。

验收功能

1. 上电待机。
2. 按钮启动 / 停止。
3. 绿灯表示运行；红灯表示障碍或停止。
4. 超声波检测前方障碍；自动避障。
5. 串口输出关键运行信息。
6. 异常或停止状态下电机停止。

5. 项目代码组织建议

建议从中期开始使用如下结构：

main.py              # 主程序入口
config.py            # GPIO 引脚配置
status_led.py        # 红绿状态灯控制
button.py            # 按钮输入与消抖
motor_driver.py      # 单电机驱动封装
car.py               # 2WD 小车动作封装
ultrasonic.py        # 超声波测距

config.py 中建议为每个 GPIO 定义常量（如左右电机四线、超声波 Echo/Trig、红绿 LED、运行键等）。具体整型引脚号仅以配套专题页 第四节「GPIO 与接线」 为唯一依据，按该节表格与飞线图抄入即可；本提纲不重复列出数字，避免与专题页两处维护不一致。

# config.py —— 示例结构（数值请从专题页第四节抄入）
LEFT_MOTOR_A = ...
LEFT_MOTOR_B = ...
RIGHT_MOTOR_A = ...
RIGHT_MOTOR_B = ...

ULTRASONIC_ECHO = ...
ULTRASONIC_TRIG = ...

LED_GREEN = ...
LED_RED = ...

BUTTON_RUN = ...