大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

写在前面的话

大家好，学习之余给大家分享一个这学期设计的课程设计，互相学习借鉴。课程设计，尤其是自定义的课程设计，自盘古开天地以来就困扰着每一位工科男。我，一枚工科男，觉得需要站出来为大家排忧解难了。这学期有自定义的课程设计，所以我就设计了一个很有创意的课程设计，是一个国外开源的设计，结合了国外开源资料和一些大佬的实践经验。

设计的实际演示

1. 憨憨钟自动写时间的效果：憨憨钟的演示效果1
2. 憨憨钟自动画天气的效果： 憨憨钟的演示效果2

憨憨钟的主要功能

本设计主要有两大部分：控制部分和显示部分。

1. 显示部分：手机界面显示，以及监控电脑端的CPU工作情况
2. 控制部分：自动写时间，自动画天气

设计的实现过程

本设计的硬件电路是十分简单的，即使没有接触过电路的同学也很容易入手的，因为这个设计不需要设计电路！！没错！就是不需要设计电路，不要焊板。是不是很开心。设计可分为如下几点研究：

1. 显示界面的设计
2. 模型结构的设计
3. 准备相关元器件
4. 调试以及烧录程序

界面设计

界面自古以来都被QT占领了一片天，我，觉得反其道而行，我选用了一个更加简单入手，适合小白的界面设计软件，不需要任何编程基础就可以搞定——Aida_Extreme
显示界面，主要是为了更加直观地监控电脑进程和数字时间。原本的界面显示是OLED屏，但是由于OLED屏尺寸太小了，故尝试用手机屏幕代替OLED,手机屏幕也是OLED一种，但是它的分辨率和尺寸都是十分客观的，界面布局也相对丰富点。。
Aida_Extreme有一个十分强大的功能，就是可以实时监控电脑的进程，利用这个功能可以较简单地实现本课题界面显示需要的功能。通过Aida_Extreme自带的插件以及图像化布局，可以较为快速的实现布局，省去底层程序的编写，大大减少开发时间。具体的，该界面布局有常见的时间日期、温度，还有布局设计有电脑的CPU温度、CPU运作时间和电源情况等。
设计完界面后，通过运行Aida_Extreme，手机游览器访问电脑的IP即可得到界面。如图所示，为手机显示布局界面的效果图。原理就是基于端口映射，通过手机访问电脑IP，将电脑端的布局界面映射到手机端口。

模型结构设计

模型可以说是整个设计的门面了，所以，这个得设计好看点，生活要有仪式感！设计也不能没有。通过solidworks软件设计出初步的模型设计图。整体模型由三个舵机和舵机臂组成传动结构、白板笔与舵机臂咬合、上舵机通过舵机拉杆控制左右舵机上下运动、左右舵机控制舵机臂的咬合在白板处自由运动。舵机臂直接利用对接螺丝固定关节。整体结构布局合理且较为节省空间。下图为实际的模型结构（打印配合完成的实际效果，模型是参考国外开源项目以及结合网上大佬的模型）

元件清单

元件以及材料清单如下：
注：购买元器件的时候记得多备份一些，以防万一，烧坏板子或者哪个电容爆炸了都是工科同学的家常便饭

调试

1. 电路调试：由于一些不可抗拒的原因，电路搭建是通过面包板搭建，如图所示。由于本设计的电路驱动十分简单，为成功设计制作提供了无限的可能性。而且电路的简易化使得驱动调试也十分简单。图中，面包板是起转接作用，即转接舵机与MCU引脚，这样转接可以避免在密集的MCU引脚中引脚接触短路;MCU是选用市面上性价比较高的NodeMcu-V3。由于我们设计的主控选用的是联网主控，而不是选择STM32,所以编译器选用了Arduino-IDE，通过Arduino-IDE可以直接上传算法到MCU,无需多余复杂的操作，先对比与MDK5，就此而已优势自然是较为明显的。
   具体的，调试是通过COM端口调试的，首先确定好esp8266的板卡包，在IDE里面设置好，从左往右看，第一张是板卡包参数设置调试，开发板设置为esp8266类、波特率设置为115200等；第二张是端口调试，通过端口调试，可以较为准确地确定落笔坐标以及白板笔与白板地接触情况。程序调试均在Arduion-IDE环境下完成的。由于选用的MCU具有支持直接上传程序的功能，所以在这种情况下，程序的容错性十分可观，只要调试好参数，几乎不会出现异常。
   
   
2. 结构搭建调试：模型的搭建我采用了3D打印和亚克力雕刻两种方式。模型的亚克力切割草图如图所示。亚克力切割的好处在于精度高，出品效率高，基本几个小时就可以完成出品，3D打印则是打印一些需要韧度的结构，例如在本设计中需要韧度的就是白板笔与舵机臂的咬合结构。其他的结构则不需要，所以就选用激光切割的方式。这样不仅节约成本而且制作效率高。
   
3. 程序调试：程序可以直接使用，无需修改，看得懂程序的可以自行修改，看不懂的可以直接用，不打紧。程序在我的资源那里，大家去下载即可。

异常分析

整体测试中，在联网正常，MCU工作正常的情况下，舵机臂控制白板笔出现异常，即无法稳定、正确地书写出时间。异常情况包括：写出来的时间模糊，不连续，写到一般无法归位、无法擦除时间等。在程序正常运行的情况下，出现这种异常的话，可能是结构出问题。如图所示，是一个异常复位的情况，这个情况也致使舵机无法正常控制白板笔书写时间在白板上。即在初始状态下，笔头与白板没有完全接触，致使后续舵机无法控制书写。其他的例如一些结构的松懈也会出现这种异常，只要确保结构稳定即可。

结语

谢谢大家，希望可以帮助到一些为课程设计忧伤的同学。
下面是体会（比较多）：
说说选这个课题的感受，其实这个电子综合设计是我一直期望的，因为这个课程设计开放性很高，没有什么具体的硬性指标，就单单选题上就给我很大的选择空间，有更高的自主性。自由，一直是追求的目标。而这个课程设计完美诠释了这个自由，选题自由，组队自由，制作自由。
起初，我在确定选题时，利用网络查看了很多课程设计，但是大部分都是基于STM32的设计和51单片机的，例如基于STM32的温湿度报警装置、智能锁等普遍的课设，这些课设在我大二的时候基本都接触过，所以，如果再做类似的作品会让人觉得无趣。通过反复的斟酌，我决定设计一个富有创新性作品，尝试以前没有接触过的作品，尝试研究以前没有接触的主控和不熟悉的IDE。于是，我决定设计一个由国外开源的、基于esp8266的小机器人（也是本课题的主要研究内容），主控是基于nodemcu也不是基于STM32,这个对我来说是一个富有挑战性的课设。这也是确定这个选题的初衷，创新+大胆。不固步自封，不拘于泥于现状，敢于挑战自己不曾接触的领域，也是本人一直向往的自由。
虽然这个选题让人看起来觉得难度很低，但是课设虽小，却蕴含深意，里面的技术难度，我个人觉得不是普通的STM32课设可以媲美的。技术难度和设计难度都是较高的。这个报时机器人技术难点就在于算法和联网驱动那里，控制三个舵机运动的算法，通过时间反馈，输出PWM波，从而让舵机臂运动到预想的落笔点，这无疑就是一套闭环的PID，
起初，在研究舵机运动算法的时候，我查找了很多资料，调试后都是不理想的，但是一次机缘巧合下，我在github上找到一位大神写的算法，与我这个课题有很大的出入，有很高的参考价值，于是通过github平台，我研究了这套成熟的算法，通过移植，成功实现了需要的算法功能。在这里也十分感觉无私开源的大神们，让我这个课程设计算法的研究进度加快了很多。正所谓，算法虐我千万遍，我待算法如初恋；联网驱动这里也是一个很大的坑，如果没有接触过蓝牙模块这类透传数据的模块，想征服这块esp8266可能有点难。要保证模块正常入网，需要设置好AT指令，这些指令在官方文档里都有，无论是刷固件库还是指令设置，都是一个考验耐心的过程，细心+耐心，即可成功。当然了，如果想速成入网，可以使用Arduion-IDE和选用nodemcu，由于nodemcu支持直接上传程序，Arduion-IDE又可以为主控提供一个较为“舒适”的入网环境，这样就省去了手动设置入网指令的过程。那时候我都惊呆了，无意间被我找到了一条捷径，正所谓条条大路通罗马，不拘于泥一条大路，也许可以更容易通过成功。
解决了关键算法后，就开始设计模型了，之前说过，除了技术难点，这里也存在着一个设计难点——模型设计。作为一名“电子生”，专业主要是和电路板接触，几乎不太可能会接触结构学。但是，本人有幸和其他专业的同学合作，故自学了点结构设计的知识。通过solidworks软件——一款设计结构的应用软件，设计模型。这个课程设计都国外开源网站是可以找到类似的，我参考了那些大神的结构后，稍加修改，让结构更加符合我的审美。毕竟，看着舒服的结构，让能激起你的调试兴趣。试想一下，如果一个“恶心”的结构在你面前，难道不会影响你的心情么？就如身边好看的女朋友和难看的哥们约你出去看电影，审美观正常的人肯定都是选前者（当然不排除审美观奇特的）。设计结构加上修缮细节大概花费了我一个星期的时间，正所谓时间投入和收获成正比，确实，经过一周多的设计，我深刻了解到自己的审美观是多么奇特！设计完结构后，仿真可以后，就开始着手准备模型打印，我选择了结合两种打印方式来共同完成结构的打印：3D打印和激光切割。3D打印虽然耗时，但是可以打印出立体感很强而且韧性度高的部件，激光切割虽然韧性度低，但是耗时短且便宜。设计结构需要考虑下性价比，能省则省（这不是抠，是睿智）。从设计模型，到打印模型，最后到组装模型，前前后后一共耗时两周。耗时之长，足以体现模型设计的难度。每个细节的修缮和每次打印失败都是对自己的一种考验。坚持+努力，是设计成功的根本，也是我学到的。
完成模型搭建后，接下来就进入了，电路的设计。传统的课程设计都是视电路设计为核心，但是我决定摈弃传统理念，挑战创新。电路设计在我这里，属于次重点，不是主要核心。就举例以前的课程设计，不是焊板就是在焊板的路上。虽然说不上腻，但是如果这个我期望的课程设计还要进入这一步的话，就和我创新的理念背道而驰了，所以，我决定来一次大胆的挑战——挑战不焊板，即使用挑战不用电烙铁、不用洞洞板，用面包板完成电路设计。更主要的是，一些不抗拒的原因，工具在学校，无法拿到，如果再买的话可能会耗费一笔不太乐观的资金，左思右想，如果用面包板代替的话，可以省去很多工具，具有较高的可行性。而且，最主要的是，我这个课设的驱动电路十分简单，就驱动三个舵机。简单电路简单设计。这不是懒，这是睿智。通过面包板简单完成了驱动电路，耗时半小时，十分客观。较比以前焊板，节省了大概半天的时间，正所谓时间即金钱，无意间节省了很多金钱。电路设计没啥难度，如果偏要说一个的话，就是线要接对，不可粗心。
电路设计完成后，就进入界面设计。这个界面设计是我自己加进去，软硬结合，可以为这个课程设计增添光彩（应该吧）。界面设计我也是另开新路去设计，我们都知道，传统的界面设计是利用QT设计或者基于UCOII设计的，这两类也是网上开源最多，也是较容易实现的，而尝试选用了Aida_Extreme——基于电脑进程布局。之所以选用Aida_Extreme，是看中它的一个强大功能——实时监控电脑进程。本设计中有一个监控电脑进程的功能，而Aida_Extreme无疑是为这个功能的实现提供了无限的可能性；而且，Aida_Extreme支持图形化布局，也就是说，我们不需要自己手动编写底层布局layout，只需要通过鼠标拖拽就能实现界面布局了，十分方便亲人。对于我这种小白而言，这个Aida_Extreme无疑是最好的选择了。省时且不费力。
模型设计组装、界面设计和电路设计工作都完成后，接下就行进入最后一个进程：调试。调试分为：结构调试、软件调试和硬件调试。结构调试，是关键点，也是确保整体运作的保证之一。结构调试的诀窍在于502胶水的使用方式，本模型设计打印均存在误差，这个是刚性误差，人工无法去除，为了解决这个误差，我采用了502粘合的方式，就是通过502粘合一些松散的结构件，从而达到稳定的效果，经实际验证，确实不错，不愧是固定结构的翘首。结构调试上需要关注一点是，程序复位后，舵机臂的位置以及白板笔和白板的接触情况，正常情况下，需要保证复位时白板笔和白板接触；软件调试，这主要是参数的整合，毕竟这个涉及到PID，对参数的整合是确保舵机稳定工作的关键，我是通过串口检测舵机运动位置以及查看落笔坐标，通过反复修改，达到预想的落笔位置；硬件调试的话，就是联网设置，通过正确的指令设置，保证模块正常入网。这三部分的调试耗时两天。调试是一个枯燥的过程，然而，只要度过这个过程，你就会发现自己已经步入成功的大门了。因为我相信，努力是不会欺骗人的，如果努力了还失败，只能怪你太笨，不关努力的事。
前前后后耗时一个月的设计制作，从一张手绘的草图，到最后成功的作品，无疑都是一段段艰辛的路程。生活亦是如此，不努力又怎么会知道自己是否失败呢？最后，无论这个作品在他人眼里多么不值，但在我眼里它就是最好的，是我努力的成果，是我的骄傲。
在这里我要感谢我的女朋友，这十几年来不曾出现在我生命里，让我能专心地完成了这个课程设计。——————By-LittleDome