硬件编程 · 桌面情绪伙伴电子表情盒 · 2026-07-12

需求洞察

目标用户：18—30岁独居年轻人、高校宿舍学生、远程办公人群，以及需要低成本情感陪伴的轻度压力群体。

真实痛点：长时间独处容易产生孤寂感、注意力疲劳；手机或电脑上的虚拟宠物缺乏物理实感，难以提供真实的环境反馈；市面智能桌面机器人价格多在300元以上，学生群体消费有门槛。

为什么值得做：将表情交互从屏幕内挪到桌面实体，一个会动耳朵、能听简单语音的电子伙伴，成本做到一顿火锅的价格。ESP32生态成熟，离线语音识别方案廉价稳定，双屏设计能够同时表达主表情和辅助情绪，营造“听你说话、用眼神回应”的陪伴感，适配电量焦虑低、即时反馈快、无需联网隐私安全等实际诉求。

方案设计

系统整体分为四层：

感知层：由SU-03T离线语音识别模块拾取桌面环境中的短句指令（例如“开心一点”“难过”“过来”），通过UART（RX: GPIO16, TX: GPIO17）上报识别ID。模块预先烧录好30条以内的指令集，无需联网，平均响应时间约200ms。

控制层：ESP32负责统一逻辑调度。接收语音指令后，依据内置的状态机与随机因素，生成表情ID、舵机角度序列、屏幕切换特效等决策。状态机维护三种基本情绪（开心、中性、低落）并可通过连续交互切换。同时启动FreeRTOS轻量任务：UI渲染任务（核心0）、语音解析与舵机驱动任务（核心1）。

执行层：双OLED采用SPI总线（MOSI: GPIO23，SCLK: GPIO18），通过独立CS引脚（OLED1: GPIO15，OLED2: GPIO27）分时切换实现双屏异显。左屏展示主表情（眼睛+嘴形动画），右屏展示辅助符号（汗滴、爱心、音符等）。两颗SG90舵机分别驱动左右耳朵，使用LEDC库生成50Hz PWM信号，GPIO13控制左耳，GPIO14控制右耳，角度范围0-60°模拟垂耳、立耳与随振耳朵。

日志/联网层（可选）：默认以离线为主，保护隐私。可通过Wi-Fi接入Home Assistant或MQTT上报情绪日志、交互次数，也可接收外部事件（如天气预报情绪联动）。该层用编译宏控制，用户自行决定是否打开。

物料清单

*注：如语音模块使用免费晶振版本，成本还可下探。*

接线与结构

以下接线表对应Arduino引脚编号。双屏共用SPI信号线，仅CS各自独立以区分左右屏。语音模块UART使用独立引脚，不与SPI冲突。舵机控制使用带LEDC功能的任意输出引脚。

微调说明：原给定DC=2，现调整为GPIO2，原因是ESP32多数开发板GPIO2与板载LED共用但无冲突，且避免占用其他复用功能适配性更好。该调整不影响SPI通讯，已在骨架代码中体现。

结构思路：将左右OLED并排安装于3D打印或亚克力面板后，舵机固定在头部两侧，耳朵用软性材料（EVA）粘在舵机摇臂上。主控与语音模块竖插在底部洞洞板，构成底座。

核心代码

#include <Arduino.h>
#include <SPI.h>
#include <U8g2lib.h>
#include <ESP32Servo.h>

// 双屏SPI定义
#define OLED_CLK   18
#define OLED_MOSI  23
#define OLED_DC    2
#define OLED_CS1   15
#define OLED_CS2   27

U8G2_SH1106_128X64_NONAME_1_4W_HW_SPI u8g2_left(U8G2_R0, OLED_CS1, OLED_DC, /*reset=*/U8X8_PIN_NONE);
U8G2_SH1106_128X64_NONAME_1_4W_HW_SPI u8g2_right(U8G2_R0, OLED_CS2, OLED_DC, /*reset=*/U8X8_PIN_NONE);

Servo earLeft, earRight;

// 情绪枚举
enum Emotion { HAPPY, NEUTRAL, SAD };
Emotion currentEmo = NEUTRAL;

void drawFace(U8G2 &u8g2;, Emotion e) {
  u8g2.firstPage();
  do {
    if (e == HAPPY) {
      u8g2.drawStr(30,40,"^_^");
    } else if (e == SAD) {
      u8g2.drawStr(30,40,"T_T");
    } else {
      u8g2.drawStr(40,40,"-_-");
    }
  } while (u8g2.nextPage());
}

void setEarsAngle(int leftAngle, int rightAngle) {
  earLeft.write(leftAngle);
  earRight.write(rightAngle);
}

void emotionUpdate(Emotion e) {
  currentEmo = e;
  drawFace(u8g2_left, e);
  drawFace(u8g2_right, e);  // 实际可区分主副屏图案，此处统一示例
  if (e == HAPPY) setEarsAngle(50,50);
  else if (e == SAD) setEarsAngle(10,10);
  else setEarsAngle(30,30);
}

void voiceTask(void *pvParameters) {
  String cmd;
  while (1) {
    if (Serial2.available()) {
      char c = Serial2.read();
      if (c == '\n') {
        cmd.trim();
        if (cmd == "HAPPY") emotionUpdate(HAPPY);
        else if (cmd == "SAD") emotionUpdate(SAD);
        else if (cmd == "NEUTRAL") emotionUpdate(NEUTRAL);
        cmd = "";
      } else {
        cmd += c;
      }
    }
    vTaskDelay(10);
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  u8g2_left.begin();
  u8g2_right.begin();

  earLeft.attach(13, 500, 2400);
  emotionUpdate(NEUTRAL);

  xTaskCreatePinnedToCore(
}

void loop() {
  // 主循环可加入随机眨眼、耳朵微动等动画
  delay(5000);
}