硬件编程 · 桌面作业提醒机器人 · 2026-09-24

需求洞察

目标用户是小学高年级到初中的学生，以及陪写作业的家长。真实痛点有三个：一是孩子写作业容易走神，一坐就是两小时但有效时间不到一半，时间感知很模糊；二是家长反复催促「快点写」，语言提醒容易变成情绪对抗，越催越慢；三是市面上番茄钟多为纯软件，手机一放上桌就变成干扰源，而机械计时器又无法感知「人还在不在」。

这个东西值得做的原因在于，它把「提醒」从人嘴里移到了桌面硬件上：孩子坐下自动开始计时，离座自动暂停并记录，时间到了用蜂鸣器和举起小旗提醒休息。它不评判、不唠叨，只是一个中立的第三方设备，家长也获得了客观的「今日在座时长」数据，沟通压力明显下降。

方案设计

感知层：HC-SR501 人体红外传感器朝座位方向安装，输出高电平表示有人在座；预留一路模拟输入，后续可加光敏电阻判断桌面亮度，提醒开灯。

控制层：ESP32 做主控，运行四态状态机。状态切换带 3 秒防抖，避免孩子转身、伸手拿书导致的误判离座。

执行层：0.96 寸 OLED 显示当前状态与倒计时；有源蜂鸣器做三档提示，坐下短鸣一声、剩余 1 分钟每 5 秒短鸣、结束时长鸣；SG90 舵机带动一面小旗或一块挡板，时间到时从水平转到 90 度立起，作为视觉强提醒。

日志/联网层：串口打印状态迁移日志，便于调试；可选 Wi-Fi 连接后，把每次在座时长通过 HTTP 或 MQTT 上报到本地服务器，形成一周学习曲线。

物料清单

接线与结构

采用给定接线即可，无需改动。唯一要注意的是舵机供电：SG90 堵转电流可到 500 毫安以上，建议从外部 5V 供电，与 ESP32 共地，否则容易导致主控复位。结构上做一块 3 毫米厚亚克力或木板底座，PIR 固定在底座前侧朝座位方向，OLED 斜向上 45 度便于低头看，舵机固定在右侧，旗杆与桌面垂直，转 90 度后小旗正好进入视线。

核心代码

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

Adafruit_SSD1306 oled(128, 64, &Wire;, -1);
Servo flagServo;

const int PIN_PIR = 18;
const int PIN_SERVO = 13;
const int PIN_BUZZ = 27;

const unsigned long STUDY_MS = 25UL * 60UL * 1000UL;
bool studying = false;
bool lastSeated = false;
unsigned long startAt = 0;
unsigned long lastBeep = 0;

void show(const char* l1, const char* l2) {
  oled.clearDisplay();
  oled.setTextSize(1);
  oled.display();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIN_PIR, INPUT);
  pinMode(PIN_BUZZ, OUTPUT);
  Wire.begin(21, 22);
  flagServo.attach(PIN_SERVO);
  flagServo.write(0);
  show("Ready", "Sit down");
}

void loop() {
  bool seated = digitalRead(PIN_PIR) == HIGH;
  unsigned long now = millis();

  if (seated && !lastSeated && !studying) {      // 入座
    studying = true; startAt = now;
    tone(PIN_BUZZ, 1000, 120);
    flagServo.write(0);
    Serial.println("state=STUDY");
  } else if (!seated && lastSeated && studying) { // 离座
    studying = false;
    show("Paused", "Back soon");
    Serial.println("state=AWAY");
  }
  lastSeated = seated;

  if (studying) {
    unsigned long passed = now - startAt;
    unsigned long left = passed < STUDY_MS ? (STUDY_MS - passed) / 1000 : 0;
    char buf[16];
    sprintf(buf, "%02lu:%02lu", left / 60, left % 60);
    show("Study", buf);

    if (left == 0) {
      studying = false;
      flagServo.write(90);                       // 举旗
      tone(PIN_BUZZ, 2000, 600);
      Serial.println("state=DONE");
    } else if (left <= 60 && now - lastBeep > 5000) {
      lastBeep = now; tone(PIN_BUZZ, 1500, 80);
    }
  }
  delay(200);
}