硬件编程 · 桌面作业提醒机器人 · 2026-08-09

需求洞察

目标用户：8～15 岁中小学生，尤其是自主管理能力较弱、需要家长远程提醒的孩子。

真实痛点：孩子一坐桌前就容易发呆、磨蹭，家长口头催促容易引起逆反。普通计时器只有声音，孩子离开书桌后仍在空跑，失去提醒意义。家长上班时无法了解孩子是否真正坐在书桌前。

为什么值得做：

1. 把“被动催促”变成“机器提醒”，降低亲子摩擦。
2. 结合人体感应与番茄钟，离开即暂停，更贴合真实作业情景。
3. ESP32 可后续通过 MQTT 将桌前人状态发给家长手机，实现轻量远程陪伴。
4. 硬件门槛低，小学生也能在家长协助下焊接完成，兼具教育属性。

方案设计

感知层

• PIR 人体传感器（GPIO18）：检测桌前 1 米以内是否有人。人离开超过 20 秒，计时器自动暂停，蜂鸣器不再鸣响，舵机回至待机位。
• ESP32 内部霍尔/触摸（预留）：未来可加装触摸按键，快速开启/关闭提醒模式。

控制层

• ESP32‑WROOM‑32E：运行 Arduino 框架。定时器使用 millis() 非阻塞。Wi‑Fi 暂不开启，以降低功耗。
• OLED SSD1306（I²C，SDA=21/SCL=22）：显示当前任务名、剩余时间、人体状态图标。
• 任务队列：支持预设 4 个作业科目，按下按键循环选择，或通过串口/后期 BLE 配置。

执行层

• SG90 舵机（GPIO13）：倒计时归零时，摆臂抬起小旗或轻敲桌面木框，视觉+振动提醒。
• 有源蜂鸣器（GPIO27）：驱动频率 2.3kHz 左右的间停声，5 秒后自动停止，避免噪声污染。

日志/联网层（选配）

• ESP32 在联网模式下可每 10 分钟上报一次“桌前状态”到 MQTT（如家长手机 App），但本 40 元方案先以本地独立运行为主，代码中预留 Wi‑Fi 接口。

物料清单

总价 39 元，略低于 40 元预算，剩余 1 元作为胶水扎带备用。

接线与结构

• OLED：VCC→3.3V，GND→GND，SDA→GPIO21，SCL→GPIO22。此处遵循默认 I²C 通道，线序整齐，无需微调。
• PIR：VCC→5V（或 3.3V，模块带稳压），GND→GND，OUT→GPIO18。微调理由：GPIO18 为 RTC 域引脚，支持从深度睡眠唤醒，未来可做超低功耗唤醒，因此选用此脚而非其他。
• 舵机：信号线→GPIO13，电源直接由开发板 5V 引脚供电（舵机堵转电流约 400mA，ESP32 的 USB 供电足够），GND 与板共地。
• 蜂鸣器：正极→GPIO27，负极→GND。GPIO27 是普通输出，驱动电流足够。
• 按键：一端接 GPIO32、33、25（内部上拉），另一端接地，用于“下一个任务/确认/暂停”。

结构安装：将全部模块焊接或用扎带固定在 50×70mm 洞洞板上。PIR 镜头朝前方稍向下，舵机安装在一个 L 型铝片上，带动纸质小旗。OLED 用尼龙柱垫高，方便阅读。底座用亚克力边角料或木块配重，避免倾倒。

核心代码

以下为 Arduino 骨架，可直接编译上传。省略非关键防抖与部分常量。

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <ESP32Servo.h>

#define PIR_PIN 18
#define SERVO_PIN 13
#define BUZZER_PIN 27
#define BTN_NEXT 32
#define BTN_OK 33
#define BTN_PAUSE 25

Adafruit_SSD1306 oled(128, 64, &Wire;);
Servo flagServo;

enum State {IDLE, WORK, REST};
State state = IDLE;
unsigned long startTime = 0;
unsigned long pauseTime = 0;
bool paused = false;
int workSec = 25 * 60;
int restSec = 5 * 60;
int currentTimeLeft = workSec;
const char* tasks[] = {"语文", "数学", "英语", "科学"};
int taskIdx = 0;

void setup() {
  pinMode(PIR_PIN, INPUT);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BTN_OK, INPUT_PULLUP);
  flagServo.attach(SERVO_PIN);
  flagServo.write(0);
  Wire.begin(21, 22);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  bool person = digitalRead(PIR_PIN);
  handleButtons();
  if (state == IDLE) {
    if (person && !digitalRead(BTN_OK)) {
      startTimer(WORK);
    }
  } else {
    if (!person) {
      if (!paused) {
        paused = true;
        pauseTime = millis();
      }
      if (millis() - pauseTime > 20000) { // 离开超20秒暂停任务
        state = IDLE;
        paused = false;
      }
    } else {
      if (paused) {
        paused = false;
      }
      updateTimer();
    }
  }
  updateDisplay();
  delay(200);
}

void startTimer(State s) {
  state = s;
  startTime = millis();
  currentTimeLeft = (s == WORK) ? workSec : restSec;
  paused = false;
}

void updateTimer() {
  unsigned long elapsed = (millis() - startTime) / 1000;
  if (elapsed >= currentTimeLeft) {
    triggerAlarm();
    if (state == WORK) startTimer(REST);
    else state = IDLE;
  }
}

void triggerAlarm() {
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
  }
}

void handleButtons() {
  if (!digitalRead(BTN_NEXT)) {
    taskIdx = (taskIdx + 1) % 4;
    delay(300);
  }
  if (!digitalRead(BTN_PAUSE)) {
    paused = !paused; delay(300);
  }
}

void updateDisplay() {
  oled.clearDisplay();
  oled.setTextSize(2);
  oled.setCursor(0,0);
  oled.print(tasks[taskIdx]);
  oled.setCursor(70,0);
  oled.print(state==WORK?"工":"停");
  oled.setTextSize(1);
  oled.setCursor(0,30);
  oled.print("剩余:");
  long remain = currentTimeLeft - ((millis()-startTime)/1000);
  oled.print(remain/60); oled.print("分");
  oled.print(remain%60); oled.print("秒");
  oled.setCursor(0,50);
  oled.print(digitalRead(PIR_PIN)?"有人":"无人");
  oled.display();
}