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基于ESP32S3N8R8模塊+AMS1117的語(yǔ)音識(shí)別控制AI小夜燈設(shè)計(jì)方案
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一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
使用ESP32S3N8R8模塊作為主控芯片，S3內(nèi)核增加了用于加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和信號(hào)處理等的指令，這使得我們可以使用它來(lái)快速解析訓(xùn)練好的語(yǔ)音模型進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的功能。
二、原理解析
本項(xiàng)目由四個(gè)部分組成，電源部分、LED照明部分、主控部分、語(yǔ)音識(shí)別拓展部分，本項(xiàng)目主要是通過(guò)麥克風(fēng)接收語(yǔ)音信號(hào)并進(jìn)行處理，提取人聲進(jìn)行解析比較，當(dāng)聲音符合指令后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制操作。
2.1 電源電路
采用TYPE-C-16P接口作為供電接口，同時(shí)使用對(duì)應(yīng)的USB數(shù)據(jù)引腳接入S3對(duì)應(yīng)的USB引腳處(USBD+ IO20)，(USBD-
IO19)，直接使用USB 作為下載和調(diào)試，無(wú)需轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)。在CC1和CC2引腳處加入5.1K下拉電阻，便于不同主機(jī)識(shí)別和配置。
使用AMS1117作為5V轉(zhuǎn)3.3V降壓LDO，ESP32S3在開(kāi)啟無(wú)線射頻或做語(yǔ)音解析運(yùn)算時(shí)，消耗電流較大，再加上有其余外設(shè)電路的存在，在進(jìn)行電源芯片選型時(shí)，因選擇輸出電流至少在600mA以上的，AMS1117輸出電流為1A，能夠滿足。
2.2 LED照明電路
使用四個(gè)RGB三色燈分布在板的四周，通過(guò)改變RGB三色燈不同顏色的亮度可以獲得不同的顯示效果。這里考慮到紅燈、藍(lán)燈、綠燈在所需電流上不一致，使用不同的電阻分開(kāi)串聯(lián)在對(duì)應(yīng)的支路上，后續(xù)可以通過(guò)調(diào)整阻值來(lái)使亮度達(dá)到統(tǒng)一。同時(shí)將每一個(gè)顏色的燈串在一起，通過(guò)SI2302N溝道m(xù)os管進(jìn)行統(tǒng)一導(dǎo)通和關(guān)閉，也可以通過(guò)PWM控制導(dǎo)通時(shí)間來(lái)進(jìn)行亮度調(diào)整。
2.3 主控部分
使用ESP32S3N8R8模組作為主控芯片，這里需要注意，如果需要進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，所需的資源庫(kù)是比較大的，建議選擇Flash和PSRAM在8M以上。注意在帶有OSPI
PSRAM(即內(nèi)置芯片為ESP32-S3R8及以上)的模組中，管腳IO35，IO36，IO37用于連接至模組內(nèi)部集成的OSPI
PSRAM，不可用于其他功能，這里我們需要在對(duì)應(yīng)引腳上打上非連接標(biāo)識(shí)。
在ESP32S3中，一共有4個(gè)Strapping引腳，在進(jìn)行引腳分配時(shí)，盡可能不要去在這些引腳處加入上拉或下拉電阻去改變它的默認(rèn)狀態(tài)。
2.4 語(yǔ)音識(shí)別拓展部分
使用I2S數(shù)字硅麥克風(fēng)接收語(yǔ)音信號(hào)，在I2S信號(hào)線處，為了獲得更好的抗干擾效應(yīng)，可以嘗試串聯(lián)小電阻進(jìn)行阻抗匹配。
使用I2S信號(hào)的D類功放芯片進(jìn)行語(yǔ)音輸出，在聲音輸出路徑中，加入磁珠與電容組成LC濾波電路，降低輸出干擾。外部喇叭使用GH1.25*2P接口進(jìn)行連接。
ESP32S3帶有兩個(gè)I2S控制器，所有IO都可以經(jīng)過(guò)內(nèi)部矩陣復(fù)用為I2S引腳，大家可以隨意分配。
加入震動(dòng)傳感器，當(dāng)手拍打桌面時(shí)，也能進(jìn)行不同燈光的切換，增加可玩性。震動(dòng)傳感器內(nèi)部為彈簧結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)單理解為彈簧按鍵。
三、器件焊接
3.1 物料清單
| 序號(hào) | 名稱 | 位號(hào) | 封裝 | 參數(shù) | 數(shù)量 | 器件編號(hào) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | TYPE-C接口 | USB1 | USB-TYPE-C-SMD_TYPE-C-16P-QTWT | 16PTYpe-C | 1 | C5187472 |
| 2 | 電阻 | R1、R2 | R0603 | 5.1K | 2 | C23186 |
| 3 | 電容 | C1、C3、C7 | C0603 | 22uf | 3 | C59461 |
| 4 | 電容 | C2、C4、C5、C8、C9、C10、C11、C13、C14、C17、C18 | C0603 | 100nf | 11 | C14663 |
| 5 | LDO降壓芯片 | U1 | SOT-223-4_L6.5-W3.5-P2.30-LS7.0-BR | AMS1117-3.3 | 1 | C347222 |
| 6 | 電阻 | R4、R7、R13、R18、R19、R24、R25、R26 | R0603 | 10K | 8 | C25804 |
| 7 | 震動(dòng)傳感器 | SW1 | SW-TH_SW-18010P | SW-18010P | 1 | C2681585 |
| 8 | 電阻 | R9、R10、R14、R15、R16、R17、R22、R23 | R0603 | 15R | 8 | C22810 |
| 9 | 電阻 | R11、R12、R20、R21 | R0603 | 68R | 4 | C27592 |
| 10 | RGB燈 | LED1、LED2、LED3、LED4 | LED-SMD_6P-L5.0-W5.0-P1.60-LS5.4-TL | S6-5050RGBTA | 4 | C2827258 |
| 11 | N溝道Mos管 | Q1、Q2、Q3 | SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR | SI2302 | 3 | C4748714 |
| 12 | MCU | U3 | WIRELM-SMD_ESP32-S3-WROOM-1 | ESP32S3N8R8 | 1 | C2913201 |
| 13 | 按鍵 | SW2、SW3 | SW-SMD_L3.9-W3.0-P4.45 | TS-1088-AR02016 | 2 | C720477 |
| 14 | 電阻 | R3、R5、R6 | R0603 | 33R | 3 | C23140 |
| 15 | 電阻 | R8 | R0603 | 100K | 1 | C25803 |
| 16 | 電容 | C6、C12 | C0603 | 10uf | 2 | C96446 |
| 17 | D類功放 | U4 | ESOP-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS6.0-BL-EP2.0 | NS4168 | 1 | 無(wú) |
| 18 | 磁珠 | L1、L2 | L0603 | 1kΩ@100MHz | 2 | C285931 |
| 19 | 電容 | C15、C16 | C0603 | 1nf | 2 | C100040 |
| 20 | 麥克風(fēng) | U2 | LGA-8_L4.0-W3.0-P1.00-BL | 1MSM261S4030H0R | 1 | C2840615 |
3.2 焊接輔助工具
焊接時(shí)可以在嘉立創(chuàng)EDA的PCB頁(yè)面里點(diǎn)擊頂部菜單欄的工具選擇焊接輔助工具，會(huì)跳轉(zhuǎn)到交互式BOM頁(yè)面，實(shí)時(shí)交互顯示元器件在PCB板上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置，可勾選隱藏或顯示已焊接元器件，高效率焊接。
四、實(shí)物演示
4.1 3D渲染圖
4.2 實(shí)物成品
4.3 軟件資料鏈接：樂(lè)鑫語(yǔ)音藤球燈
責(zé)任編輯：David
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