<h1>复刻嘉立创训练营项目——插件版小智AI设计教程</h1> <h2>🏷️ 项目概要</h2> <ul> <li><strong>项目性质</strong>：复刻嘉立创训练营项目——<a href="https://lceda002.feishu.cn/wiki/B2LLwyC7binHuJkkHGMce03wnWf?fromScene=spaceOverview" target="_blank">插件版小智AI设计教程</a>。这是一个<strong>基于小智AI、能简易语音交互的桌面摆件</strong>。</li> <li><strong>主要参考</strong>：项目具体内容主要参考上述飞书文档。</li> <li><strong>关键差异</strong>： <ul> <li><strong>核心电路调整</strong>：功放芯片 <strong>LM4871N</strong> 的应用电路部分，结合其数据手册中的电气参数和参考设计实例，调整了反馈电阻的阻值(<code>Rf</code>)、输入电阻的阻值（<code>Ri</code>）和输入电容（<code>Ci</code>）的规格。</li> <li><strong>元件选型替代</strong>：出于物料库存和个人偏好，部分元件未完全按照参考文档选择，例如使用了库存的红光LED灯 (￣ω￣=) 。</li> </ul></li> <li><strong>外壳</strong>：项目包含外壳设计。最终外壳采用了参考<a href="https://lceda002.feishu.cn/wiki/B2LLwyC7binHuJkkHGMce03wnWf?fromScene=spaceOverview" target="_blank">文档</a>中提供的方案，因其更为精美且配有面板。</li> </ul> <h2>📋 项目简介</h2> <ul> <li><strong>核心功能</strong>：基于 <strong>SF32LB52</strong> 的小智 AI 对话机器人，能进行简单的语音对话交互（虽然不一定有用）Σ(っ °Д °;)っ</li> <li><strong>硬件组成</strong>： <ul> <li><strong>主控</strong>：SF32LB52 开发板</li> <li><strong>供电</strong>：4.2V 电池</li> <li><strong>功放</strong>：LM4871N 芯片</li> <li><strong>显示</strong>：1.69寸TFT液晶屏 (ST7789, 240x280, SPI接口)</li> <li><strong>输入/输出</strong>：麦克风、按键、开关</li> </ul></li> <li><strong>软件来源</strong>：直接使用了 GitHub 项目 <a href="https://github.com/78/xiaozhi-sf32" target="_blank">xiaozhi-sf32</a> 为本次训练营提供的固件，无需二次开发，烧录即可使用。</li> </ul> <h2>⚙️ 项目功能</h2> <ul> <li><strong>交互功能</strong>：通过屏幕、按键、麦克风和功放，实现与小智AI的实时对话，并可控制PCB上的LED灯。配备两个按键：一个用于对话控制，另一个为自定义功能预留。</li> <li><strong>开发调试</strong>：预留串口下载端口，方便固件更新和程序烧录。</li> </ul> <h2>🧠 原理解析（硬件说明）</h2> <p>本项目硬件主要包括电源、主控、音频功放、麦克风、屏幕显示、按键、电源LED指示灯和串口下载等部分。</p> <p>采用电池供电，通过拨动开关控制电源通断。按键与屏幕协同实现配置与交互，麦克风与功放负责语音输入和输出。</p> <p>此处重点说明与参考<a href="https://lceda002.feishu.cn/wiki/B2LLwyC7binHuJkkHGMce03wnWf?fromScene=spaceOverview" target="_blank">文档</a>设计存在差异的<strong>音频功放部分</strong>的元件选型思考。其他部分文档中已有详细说明，不再赘述。总电路原理图如下：</p> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/68482f6a534c46c2a437f5331ea4bdcc.png" alt="总电路原理图"> <h3>音频功放部分</h3> <p>出于对LM4871N驱动能力与效果的可能优化（尽管实际差异可能不大），参考其<a href="https://atta.szlcsc.com/upload/public/pdf/source/20250331/8E9AFCEC749B40FB761D5E23A11DD7B2.pdf" target="_blank">数据手册</a>参数和指导，重新设计了部分元件选型。</p> <ul> <li><strong>芯片选型</strong>：LM4871N，3W单声道AB类音频功放。其<a href="https://atta.szlcsc.com/upload/public/pdf/source/20250331/8E9AFCEC749B40FB761D5E23A11DD7B2.pdf" target="_blank">数据手册</a>表明，在5V供电下可驱动 <strong>4Ω 3W</strong> 或 <strong>8Ω 2W</strong> 喇叭且失真较低。</li> <li><strong>喇叭匹配</strong>： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/217f7dfa77174eb9a78292d28ce9ace8.png" alt="LM4871不同电压下输出功率" width="500"> <p>基于4.2V供电电压，为追求低失真(THD)和功率匹配，理想应选4Ω2W或8Ω1.2W喇叭，但非常见规格。故最终参考文档，选择了更常见的 <strong>8Ω2W</strong> 喇叭。</p></li> <li><strong>电路设计</strong>： <ul> <li>SF32LB52开发板的音频输出IO（<code>AU_DAC1N_OUT</code>, <code>AU_DAC1P_OUT</code>）为差分输出，因此选择数据手册中对应的<strong>差分输入典型应用电路</strong>： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/0c4dc93dd2864bd7bf5e21cd1f6fb938.png" alt="LM4871差分输入应用电路" width="500"></li> <li><strong>关键参数计算</strong>（参考数据手册设计实例及开发板音频接口参数）： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/c23812ce60e4482cbba2d137149d0d8e.png" alt="LM4871设计参考实例" width="500"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/baf96b48ce274f1f9eda710e46b80123.png" alt="开发板音频接口参数" width="500"></li> <li>输入电平 $ V_{IN} $ 约为 <code>1.04Vrms</code>，计算取 <code>1Vrms</code>。 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/87e0c8b0f3bb47af8d45f3d791a06497.png" alt="开发板音频接口参数" width="500"></li> <li>确定 $ R_f $、$ R_i $ 值： <ul> <li>目标输出功率 $ P_O = $ <code>1.2W</code> (4.2V下), $R_L = $ <code>8Ω</code> </li> <li>代入 $ A_{VD} = \sqrt{P_O * R<em>L} / V</em>{IN} $，得 $ A_{VD} = $ <code>3.098</code></li> <li>取 $ A_{VD} = $ <code>3</code>，由 $ R_f / R<em>i = A</em>{VD} / 2 $，取 $ R_i = $ <code>20kΩ</code>，则 $ R_f = $ <code>30kΩ</code></li> <li>因 $ A_{VD} $ 需略大于<code>3.098</code>，故 $ R<em>f $ 取常见阻值 <strong><code>33kΩ</code></strong>，此时 $ A</em>{VD} = $ <code>3.3</code> 满足要求。</li> <li>故最终 $ R_i = $ <code>20kΩ</code>, $ R_f = $ <code>33kΩ</code>。</li> </ul></li> <li>其他参数如输入电容 $ C_i $ 依据工作频率，参考实例取 <strong><code>0.39uF</code></strong>。</li> </ul></li> <li><strong>最终原理图</strong>： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/ac0f51140d2e4b8f9439db4b01cde7e0.png" alt="音频功放部分最终原理图" width="500"></li> </ul> <h2>🖌️ PCB绘制</h2> <ul> <li><strong>学习资源</strong>：参考<a href="https://lceda002.feishu.cn/wiki/B2LLwyC7binHuJkkHGMce03wnWf?fromScene=spaceOverview" target="_blank">文档</a>和<a href="https://www.bilibili.com/video/BV1tzbJzbEt5?spm_id_from=333.788.videopod.sections&amp;vd_source=c58e1703630d3ec6334c4144993e512a&amp;p=6" target="_blank">B站视频合集</a>。</li> <li><strong>外壳兼容性</strong>：为兼容文档中外壳，需使用其提供的DXF文件（含元件布局丝印），使自身PCB的元件布局、板框等尽可能与之一致。</li> <li><strong>布线要点</strong>（参考<a href="https://www.bilibili.com/video/BV1tzbJzbEt5?spm_id_from=333.788.videopod.sections&amp;vd_source=c58e1703630d3ec6334c4144993e512a&amp;p=10" target="_blank">B站PCB走线视频</a>）： <ul> <li>音频功放输入、输出需使用<strong>差分对</strong>。</li> <li>音频功放、麦克风部分的音频线注意<strong>包地处理</strong>。</li> </ul></li> <li><strong>PCB布局图</strong>： <ul> <li><strong>顶层</strong>： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/09ff92db74854a2b83c49942f47d9723.png" alt="PCB顶层布局" width="500"></li> <li><strong>底层</strong>： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/ae28f56dbd584552a728db0e231d315e.png" alt="PCB底层布局" width="500"></li> </ul></li> </ul> <h2>🛠️ 3D外壳设计</h2> <ul> <li>本项目的外壳部分完全遵循参考<a href="https://lceda002.feishu.cn/wiki/B2LLwyC7binHuJkkHGMce03wnWf?fromScene=spaceOverview" target="_blank">文档</a>中提供的教程和设计方案进行设计。</li> </ul> <h2>💾 软件代码</h2> <ul> <li>本项目直接使用预编译的固件，未进行软件代码编写。</li> </ul> <h2>⚠️ 注意事项与调试经验</h2> <ol> <li><strong>设计检查</strong>：确保原理图功能逻辑与文档一致，且原理图和PCB均<strong>无DRC错误</strong>。</li> <li><strong>焊接问题</strong>： <ul> <li><strong>SF32LB52开发板</strong>焊接易短路（锡膏用量需注意）。建议优先焊接并仔细检查： <ul> <li>引脚间无短路</li> <li>对地无短路</li> <li><strong>Flash芯片引脚无短路</strong>（曾因此导致无法烧录）</li> </ul></li> <li>麦克风 <code>MIC_BIAS</code> 与 <code>GND</code> 短路可能导致设备反复重启。</li> <li><strong>电池槽</strong>附近插件焊盘引脚不宜过高，避免过分地顶到电池槽，影响其焊接或者组装时的外壳闭合。</li> <li><strong>电源开关</strong>焊接高度需注意，由于采用文档中的外壳，所以如果贴紧PCB焊接，这会导致PCB无法装入外壳。需要调整至合适高度后两面加焊固定。</li> </ul></li> <li><strong>供电问题</strong>： <ul> <li>使用某些电源模块供电时，小智AI最大音量输出可能导致设备重启（驱动能力不足）。更换电源模块或使用电池后问题解决。</li> </ul></li> <li><strong>固件问题</strong>： <ul> <li>早期固件在时间天气待机界面可能死机，<strong>更新至最新版固件</strong>后问题解决。</li> </ul></li> <li><strong>喇叭选型与安装</strong>： <ul> <li>选购喇叭时，注意喇叭的工作频率范围。</li> <li>文档推荐喇叭可能不适配其外壳。最终选用<strong>3718规格腔体喇叭</strong>，并用热熔胶固定（注意外壳耐温性）。</li> <li>3718喇叭接线头可能较大，需处理后方能插入PCB接线端子。</li> </ul></li> <li><strong>外壳设计建议</strong>（未来优化）： <ul> <li>充分考虑喇叭和电池槽空间布局。</li> <li>为喇叭（如3718）设计固定螺柱。</li> <li>设计可开合的电池盖，并调整PCB在外壳内的高度以确保兼容性。</li> </ul></li> </ol> <h2>📸 实物图</h2> <ul> <li><strong>设备正面</strong>： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/5ef8fe91977442d99ade5dcd0b771173.jpg" alt="设备正面视角一" width="400"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/6dc60bb736ea4d7c951bfff99beace2f.jpg" alt="设备正面视角二" width="400"></li> <li><strong>设备背面</strong>： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/4fcd4b95e19c45c2a271554ea16399ee.jpg" alt="设备背面" width="400"> (●'◡'●)</li> <li>演示视频见附件</li> </ul>