<h1>便携式智能语音交互终端（开源硬件）项目介绍</h1> <h2>一、项目概述</h2> <h3>1.1 项目定位</h3> <p>本项目是一款基于<strong>立创黄山派主控</strong>的超低功耗、高集成度便携式智能交互硬件开发平台，核心服务于<strong>便携AI助手、智能语音终端、离线语音控制器</strong>等应用场景。 </p> <p>项目秉承开源精神，提供从<strong>硬件设计（原理图/PCB）、核心固件到开发文档</strong>的完整资源，旨在极大降低智能硬件开发门槛，助力开发者快速完成原型验证与功能二次开发，共同构建开放硬件生态。 </p> <p>软件部分基于开源项目 <strong>AI小智（github.com/xxx/ai-xiaozhi）</strong> 的代码，完成硬件适配与功能拓展开发。</p> <h3>1.2 核心特性</h3> <ul> <li><strong>高性能主控</strong>：采用<strong>立创黄山派 SF32LB52</strong> 开源模组，搭载ARM Cortex-M33内核（主频80MHz），集成160KB Flash与32KB RAM，内置高精度LDO，满足轻量级AI交互场景需求。</li> <li><strong>高效电源管理</strong>：采用<strong>CR123A 1850mAh</strong>锂电池供电，支持Type-C充电；配备物理拨动开关，实现“零功耗”彻底关机，无待机耗电。</li> <li><strong>优质人机交互</strong>：搭载<strong>1.69英寸240×280 SPI TFT彩屏</strong>，支持多级亮度调节；集成<strong>LM4871N音频功放</strong>，驱动喇叭输出清晰音频，兼顾显示与听觉体验。</li> <li><strong>智能低功耗</strong>：支持无操作自动休眠（休眠功耗≤10μA），可通过按键/语音（可选）唤醒，续航时长可达数周，适配便携场景。</li> <li><strong>全面开发支持</strong>：硬件设计（立创EDA）、固件代码（STM32CubeIDE/Keil兼容）、文档资料全部开源，降低二次开发成本。</li> <li><strong>丰富功能体验</strong>：具备智能聊天、音乐播放、天气查询、音量调节、屏幕亮度控制等核心功能，且支持功能扩展，满足多样化使用需求。</li> </ul> <h2>二、核心产品功能详解</h2> <p>基于硬件平台的高性能与外设支持，本终端集成了多类实用功能，兼顾日常交互与个性化调节，同时预留拓展空间，适配二次开发需求。</p> <h3>2.1 智能聊天交互</h3> <p>作为核心交互功能，终端支持与任意用户进行自然语言对话，且响应速度快，能满足即时沟通需求。</p> <ul> <li><strong>功能特点</strong>： <ul> <li><strong>全场景对话</strong>：支持日常闲聊（如生活话题、知识问答、趣味互动）、实用咨询（如常识科普、简单计算），无需特定触发词，唤醒后可直接对话。</li> <li><strong>快速响应</strong>：基于轻量级离线语音处理算法与主控高效运算能力，对话响应延迟≤500ms，避免用户等待感。</li> <li><strong>交互适配</strong>：可通过语音或物理按键唤醒聊天功能，对话内容同步在TFT屏幕上显示，兼顾听觉与视觉反馈，适配噪音环境使用。</li> </ul></li> <li><strong>实现逻辑</strong>：依托AI小智开源项目的语音识别与语义理解框架，结合本地固件优化，减少对网络依赖，确保离线场景下的聊天稳定性。</li> </ul> <h3>2.2 音乐播放功能</h3> <p>终端支持本地音乐文件播放，搭配LM4871N音频功放，输出清晰、饱满的音质，满足日常听觉需求。</p> <ul> <li><strong>功能细节</strong>： <ul> <li><strong>文件支持</strong>：兼容WAV、MP3（压缩格式需固件解码适配）等常见音频格式，音乐文件可通过串口或拓展存储模块（如SD卡，需二次开发）导入。</li> <li><strong>播放控制</strong>：支持播放/暂停、上一曲/下一曲操作，可通过物理按键或语音命令触发（如“暂停播放”“切换下一首歌”）。</li> <li><strong>状态显示</strong>：播放时屏幕实时显示歌曲名称、播放进度、当前音量等信息，直观呈现播放状态。</li> </ul></li> </ul> <h3>2.3 天气查询功能</h3> <p>终端可通过拓展网络模块（如蓝牙、Wi-Fi，需二次开发对接手机或路由器）获取实时天气数据，或预设本地天气信息，为用户提供天气参考。</p> <ul> <li><strong>功能亮点</strong>： <ul> <li><strong>信息全面</strong>：查询结果包含当前温度、湿度、天气状况（晴/雨/多云等）、风力风向，部分场景可拓展未来24小时预报。</li> <li><strong>查询方式</strong>：支持语音命令查询（如“查询今天天气”“明天会下雨吗”）或按键触发查询，结果通过屏幕文字+图标形式展示，清晰易懂。</li> <li><strong>更新机制</strong>：联网状态下可自动更新天气数据（默认每1小时刷新一次，频率可通过固件调整），离线状态下显示预设的本地天气。</li> </ul></li> </ul> <h3>2.4 音量调节功能</h3> <p>针对音频播放、语音交互等场景，终端支持多级音量调节，适配不同环境噪音与用户听觉偏好。</p> <ul> <li><strong>调节方式</strong>： <ul> <li><strong>物理按键调节</strong>：通过预留的功能按键（如KEY1短按+长按组合）实现音量增加/减少，短按单次调节1级，长按连续调节。</li> <li><strong>语音命令调节</strong>：支持语音指令控制（如“音量调大一点”“将音量调到50%”），指令识别后实时调整并通过屏幕显示当前音量等级（0-10级）。</li> </ul></li> <li><strong>硬件适配</strong>：音量调节通过主控控制DAC输出信号幅度，配合功放增益优化，确保音量变化平滑，无明显杂音或断音。</li> </ul> <h3>2.5 屏幕亮度调节</h3> <p>考虑到不同使用场景（如白天强光、夜晚弱光）的显示需求，终端支持多级屏幕亮度调节，兼顾显示清晰度与功耗控制。</p> <ul> <li><strong>调节逻辑</strong>： <ul> <li><strong>自动调节（可选）</strong>：若拓展光照传感器（如BH1750，需二次开发），可根据环境光照强度自动切换亮度等级（如强光下最大亮度，弱光下最低亮度）。</li> <li><strong>手动调节</strong>：通过语音命令（如“调亮屏幕”“屏幕亮度调低”）或物理按键触发，支持8级亮度切换，调节后屏幕实时显示当前亮度等级。</li> </ul></li> <li><strong>功耗优化</strong>：亮度降低时，屏幕背光电流同步减少（如最低亮度功耗≤5μA），配合低功耗休眠逻辑，进一步延长电池续航。</li> </ul> <h3>2.6 功能拓展与二次开发支持</h3> <p>除上述核心功能外，终端预留丰富的硬件接口与软件拓展空间，支持开发者根据需求新增功能，最大化发挥硬件潜力。</p> <ul> <li><strong>可拓展方向</strong>： <ul> <li><strong>硬件拓展</strong>：通过预留的UART、I2C、SPI接口，可新增SD卡存储（扩展音乐/数据容量）、温湿度传感器（新增环境监测）、蓝牙模块（对接手机APP）等外设。</li> <li><strong>软件拓展</strong>：基于开源固件框架，可新增闹钟提醒、日程管理、语音控制家电（对接红外模块）等功能，代码仓库提供详细的二次开发指南与示例工程。</li> </ul></li> <li><strong>开发保障</strong>：开源资料包含完整的外设驱动代码、功能逻辑注释、API接口文档，开发者无需从零开发，可直接基于现有框架快速迭代功能。</li> </ul> <h2>三、硬件电路设计思路</h2> <p>硬件电路设计围绕“<strong>功能适配、低功耗、可靠性、可拓展</strong>”四大核心目标展开，从系统架构规划到单模块细节设计，均结合产品定位与使用场景进行针对性优化，确保硬件平台既满足当前功能需求，又为二次开发预留灵活空间。</p> <h3>3.1 整体架构设计思路</h3> <p>采用“<strong>核心主控+模块化外设</strong>”的架构方案，以立创黄山派SF32LB52模组为控制核心，将电源、显示、音频、交互、拓展接口等功能拆分为独立模块，各模块通过标准化接口与主控连接，既降低单模块故障对整体系统的影响，也便于开发者按需替换或拓展外设。</p> <h4>架构设计核心原则</h4> <ol> <li><strong>功能优先，兼顾成本</strong>：优先满足“智能交互+低功耗”核心需求，选用高性价比元器件（如SF32LB52开源模组、LM4871N功放），避免过度设计导致成本上升。</li> <li><strong>信号隔离，减少干扰</strong>：将模拟信号（如DAC音频输出、ADC电量采样）与数字信号（如SPI屏幕通信、UART下载）分区布局，模拟地与数字地单点连接，降低信号串扰（如音频噪声、屏幕显示异常）。</li> <li><strong>预留冗余，支持拓展</strong>：主控未使用的GPIO、UART、I2C等接口全部引出至排针，同时预留Type-C接口（除充电外，可拓展为USB通信）、传感器焊接位，方便开发者新增外设。</li> </ol> <h3>3.2 核心模块电路设计思路</h3> <h4>3.2.1 电源模块设计思路</h4> <p>电源模块是低功耗与设备安全的核心，设计需兼顾“续航能力、保护机制、功耗控制”三大需求，具体思路如下：</p> <ol> <li><strong>供电方案选择</strong>：<br> 考虑“便携式”定位，选用<strong>CR123A锂电池（3.7V/1850mAh）</strong> ——相比AA/AAA电池，能量密度更高（续航更长）；相比锂电池组，体积更小（适配便携尺寸）。同时支持Type-C充电，满足用户便捷充电需求。</li> <li><strong>零功耗关机设计</strong>：<br> 串联<strong>SS-12D00G3拨动开关</strong>于电池正极，实现物理级断电——传统软件关机仍有主控待机功耗（约10μA），而物理开关断开后，系统总功耗趋近于0，彻底解决“长期存放耗电”问题。</li> <li><strong>多重保护机制</strong>： <ul> <li><strong>反接保护</strong>：串联1N5819肖特基二极管（正向压降小，约0.2V，减少功耗损失），防止电池正负极接反烧毁主控； </li> <li><strong>过流保护</strong>：串联200mA自恢复保险丝（PTC），当电路短路或电流过大时（如喇叭短路），保险丝断开保护元件，故障排除后自动恢复，无需更换； </li> <li><strong>滤波稳压</strong>：主控VDD输入端采用“10μF钽电容（滤低频纹波）+100nF陶瓷电容（滤高频干扰）”组合，避免电池电压波动（如播放音乐时电流骤增）导致主控复位。</li> </ul></li> </ol> <h4>3.2.2 显示模块（TFT彩屏）设计思路</h4> <p>显示模块需平衡“显示效果、功耗、通信效率”，基于SPI接口的设计思路如下：</p> <ol> <li><strong>接口选择逻辑</strong>：<br> 优先选用SPI接口而非并行接口——SPI仅需4根线（SCK/SDA/DC/CS），相比并行接口（需16/8根数据线），大幅减少主控GPIO占用，同时降低PCB布线复杂度（尤其2层板设计）。</li> <li><strong>背光控制优化</strong>：<br> 屏幕背光功耗占比高（全亮约25mA，占系统总功耗60%以上），因此： <ul> <li>背光控制引脚（BL）连接主控PWM引脚（PA10），支持8级亮度调节（通过PWM占空比控制）； </li> <li>休眠时直接拉低BL引脚关闭背光，而非仅调低亮度，最大化降低休眠功耗。</li> </ul></li> <li><strong>复位与初始化保障</strong>：<br> 屏幕上电后需硬件复位才能正常初始化，因此设计<strong>PA09引脚控制RES复位</strong>——系统启动时拉低RES≥10ms，确保屏幕驱动芯片（如ST7789）初始化成功，避免出现“白屏、花屏”问题。</li> </ol> <h4>3.2.3 音频模块设计思路</h4> <p>音频模块需满足“语音交互清晰、音乐播放无杂音”需求，设计围绕“信号保真、功耗控制”展开：</p> <ol> <li><strong>音频输出方案</strong>：<br> 主控SF32LB52内置12位DAC（PA00引脚），可直接输出模拟音频信号——相比PWM模拟音频（失真率高），DAC输出音质更优；无需额外音频芯片（如VS1053），降低成本与功耗。</li> <li><strong>功放电路优化</strong>：<br> 选用<strong>LM4871N单声道AB类功放</strong>——AB类功放相比A类（功耗高）、D类（噪声大），兼顾“低功耗（静态电流约4mA）”与“低失真（适合语音/音乐）”；同时设计<strong>自举电路（10kΩ电阻+1μF电容）</strong> ，提升功放输出电压幅度，解决“喇叭音量小”问题。</li> <li><strong>功放使能控制</strong>：<br> 功放EN引脚（使能端）连接主控PA15引脚——仅在音频播放（音乐/语音）时拉高EN激活功放，休眠或无音频时拉低EN关闭功放，避免功放静态功耗（约4mA）浪费电量。</li> </ol> <h4>3.2.4 电量监测模块设计思路</h4> <p>电量监测需确保“精度准确、低功耗”，基于ADC的设计思路如下：</p> <ol> <li><strong>采样电路设计</strong>：<br> 采用<strong>电阻分压方案</strong>——电池电压（3.2V-4.2V）通过2个10kΩ高精度电阻分压后，接入主控ADC1_IN7引脚（PA07），分压后电压范围1.6V-2.1V，完全落在ADC有效采样范围（0~3.3V）内，无需额外稳压电路。</li> <li><strong>精度保障措施</strong>： <ul> <li>选用<strong>1%精度电阻</strong>（避免电阻误差导致采样偏差）； </li> <li>分压节点并联100nF陶瓷电容，滤除电池电压波动（如播放音乐时电流变化）导致的采样噪声； </li> <li>软件层面采用“多次采样取平均值”算法（如连续采样10次，剔除最大值/最小值后求平均），进一步提升精度。</li> </ul></li> <li><strong>低功耗优化</strong>：<br> ADC仅在“定时监测（每5分钟1次）”或“用户主动查看电量”时启动，采样完成后立即关闭ADC时钟，避免ADC持续工作消耗电流（约200μA）。</li> </ol> <h3>3.3 PCB布局布线设计思路</h3> <p>PCB设计是硬件性能落地的关键，需结合“信号完整性、散热、生产便利性”优化，具体思路如下：</p> <ol> <li><strong>布局分区原则</strong>：<br> 按“信号类型+功能模块”分区布局——左侧放置电源模块（电池座、开关、保险丝），右侧放置显示模块（TFT屏幕接口），中间放置核心主控（SF32LB52），下方放置音频模块（功放、喇叭接口），模拟信号（DAC/ADC）靠近边缘，数字信号（SPI/UART）集中在中间，减少跨区布线导致的干扰。</li> <li><strong>布线规则</strong>： <ul> <li>电源布线：电池正极、主控VDD等大电流线路（如功放电源）线宽≥0.8mm，避免电流过大导致线路发热； </li> <li>模拟信号布线：DAC输出（PA00到功放INPUT）、ADC采样（分压节点到PA07）布线尽量短（≤2cm），且远离数字信号线（如SPI_SCK），防止数字信号干扰模拟信号； </li> <li>地线处理：模拟地（功放地、ADC地）与数字地（主控地、屏幕地）分开布线，最终在主控GND引脚处单点连接，避免地环路产生噪声。</li> </ul></li> <li><strong>生产适配优化</strong>： <ul> <li>采用2层板设计（相比4层板，打样成本降低50%），所有元器件选用0805及以上封装（避免0603等小封装焊接困难，适合个人开发者手工焊接）； </li> <li>关键元器件（如SF32LB52模组、TFT屏幕接口）周围预留足够空间（≥1mm），方便焊接与调试； </li> <li>丝印标注清晰：每个接口、引脚均标注功能（如“UART2_RX”“TFT_BL”），方便开发者接线与二次开发。</li> </ul></li> </ol> <h2>四、硬件设计详解</h2> <h3>4.1 核心主控：立创黄山派 SF32LB52 模组</h3> <p>本设计以SF32LB52开源模组为核心，其关键参数与引脚分配如下，为外设连接与功能开发提供基础参考。</p> <h4>核心参数表</h4> <table> <tr> <th style="text-align: left;">参数</th> <th style="text-align: left;">规格说明</th> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>内核与性能</strong></td> <td style="text-align: left;">ARM® Cortex®-M33架构，最高主频80MHz，支持硬件FPU（浮点运算单元），提升数据处理效率</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>存储容量</strong></td> <td style="text-align: left;">160KB Flash（程序存储），32KB RAM（数据缓存），满足固件与临时数据存储需求</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>电源特性</strong></td> <td style="text-align: left;">工作电压3.2V~4.7V；内置LDO（低压差线性稳压器），输出3.3V/150mA；STOP模式功耗≤5μA</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>集成外设</strong></td> <td style="text-align: left;">2路SPI、2路UART、1路I2C、12位ADC（16通道）、1路DAC、多组定时器，丰富GPIO接口</td> </tr> </table> <h4>关键引脚分配表</h4> <table> <tr> <th style="text-align: left;">模组引脚</th> <th style="text-align: left;">功能定义</th> <th style="text-align: left;">连接外设</th> <th style="text-align: left;">说明</th> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">1 (VDD)</td> <td style="text-align: left;">主电源输入</td> <td style="text-align: left;">电池（经开关/二极管）</td> <td style="text-align: left;">输入电压范围3.2V-4.7V，需并联10μF钽电容+100nF陶瓷电容滤波，确保电源稳定</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">2 (GND)</td> <td style="text-align: left;">接地</td> <td style="text-align: left;">系统公共地</td> <td style="text-align: left;">采用单点接地设计，减少电路干扰</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">3 (PA02)</td> <td style="text-align: left;">SPI1_SCK</td> <td style="text-align: left;">TFT屏幕-SCL</td> <td style="text-align: left;">SPI接口时钟线，控制屏幕数据传输时序</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">4 (PA01)</td> <td style="text-align: left;">SPI1_MOSI</td> <td style="text-align: left;">TFT屏幕-SDA</td> <td style="text-align: left;">SPI接口数据线，向屏幕传输显示数据</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">9 (PA34)</td> <td style="text-align: left;">GPIO_Input(上拉)</td> <td style="text-align: left;">功能按键KEY1</td> <td style="text-align: left;">支持下降沿中断触发，可用于唤醒、音量调节或功能切换</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">11 (PA07)</td> <td style="text-align: left;">ADC1_IN7</td> <td style="text-align: left;">电池电量采样点</td> <td style="text-align: left;">12位ADC采样，电压测量精度≤±0.01V，保障电量监测准确性</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">12 (PA13)</td> <td style="text-align: left;">UART2_RX</td> <td style="text-align: left;">串口下载器-TX</td> <td style="text-align: left;">程序下载与调试数据接收端，核心下载引脚</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">13 (PA14)</td> <td style="text-align: left;">UART2_TX</td> <td style="text-align: left;">串口下载器-RX</td> <td style="text-align: left;">程序下载与调试数据发送端，核心下载引脚</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">15 (PA15)</td> <td style="text-align: left;">GPIO_Output</td> <td style="text-align: left;">LM4871N功放-EN</td> <td style="text-align: left;">高电平使能功放，休眠时拉低以切断功放电源，降低功耗</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">16 (PA00)</td> <td style="text-align: left;">DAC1_OUT</td> <td style="text-align: left;">LM4871N功放-INPUT</td> <td style="text-align: left;">12位DAC输出音频模拟信号，驱动功放播放声音</td> </tr> </table> <h3>4.2 电源与供电系统</h3> <p>设计采用<strong>CR123A可充电锂电池（1850mAh）</strong> 作为核心电源，搭配多重保护电路，兼顾续航与安全性。</p> <ul> <li><strong>物理开关控制</strong>：采用SS-12D00G3型号拨动开关，串联于电池正极，实现物理级电源切断，彻底关机后无任何功耗。</li> <li><strong>电源保护机制</strong>： <ul> <li><strong>反接保护</strong>：串联1N5819肖特基二极管，防止电池正负极接反导致主控或外设损坏。</li> <li><strong>过流保护</strong>：串联200mA自恢复保险丝（PTC），当电路电流超过阈值时自动断开，故障排除后恢复导通，避免元件烧毁。</li> <li><strong>滤波稳压</strong>：主控VDD入口处采用“100nF陶瓷电容（滤高频干扰）+10μF钽电容（滤低频纹波）”组合，确保输入电源纯净稳定。</li> </ul></li> </ul> <h3>4.3 显示模块：1.69英寸TFT彩屏</h3> <p>屏幕通过SPI接口与主控连接，是人机交互的核心载体，负责显示电量、功能菜单、交互信息等内容。</p> <h4>屏幕参数表</h4> <table> <tr> <th style="text-align: left;">参数</th> <th style="text-align: left;">规格</th> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>尺寸与分辨率</strong></td> <td style="text-align: left;">1.69英寸，240(RGB)×280像素，显示内容清晰丰富</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>色彩与视角</strong></td> <td style="text-align: left;">16位真彩（支持65536种颜色），可视角度≥120°，满足多场景观察</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>接口与协议</strong></td> <td style="text-align: left;">8Pin SPI接口（驱动芯片常用ST7789），传输速率快，占用引脚少</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;"><strong>功耗特性</strong></td> <td style="text-align: left;">全亮工作状态约30mA，关闭背光后功耗≤5μA，适配低功耗设计</td> </tr> </table> <h4>引脚连接与控制逻辑</h4> <table> <tr> <th style="text-align: left;">屏引脚</th> <th style="text-align: left;">功能</th> <th style="text-align: left;">连接主控引脚</th> <th style="text-align: left;">控制逻辑</th> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">BL</td> <td style="text-align: left;">背光控制</td> <td style="text-align: left;">PA10</td> <td style="text-align: left;">高电平开启背光，支持PWM（脉冲宽度调制）调光，可设置8级亮度，兼顾显示效果与功耗</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">RES</td> <td style="text-align: left;">硬件复位</td> <td style="text-align: left;">PA09</td> <td style="text-align: left;">拉低引脚≥10ms触发屏幕复位，确保屏幕初始化正常</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">DC</td> <td style="text-align: left;">数据/命令切换</td> <td style="text-align: left;">PA08</td> <td style="text-align: left;">高电平时传输显示数据，低电平时传输控制命令，区分数据类型</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">CS</td> <td style="text-align: left;">片选信号</td> <td style="text-align: left;">PA03 (SPI1_CS)</td> <td style="text-align: left;">低电平选中屏幕，仅对选中的屏幕进行数据交互，避免多设备干扰</td> </tr> </table> <h3>4.4 音频处理模块</h3> <p>采用<strong>LM4871N</strong>单声道AB类音频功放，直接驱动4-8Ω阻抗的喇叭，实现清晰音频输出（如语音提示、交互反馈）。</p> <ul> <li><strong>核心连接</strong>：主控DAC1_OUT（PA00引脚）输出音频模拟信号，接入功放INPUT端；主控GPIO（PA15引脚）控制功放EN（使能）端，高电平激活功放，低电平关闭。</li> <li><strong>设计要点</strong>： <ul> <li>功放电源端并联100nF陶瓷电容+10μF钽电容，用于电源退耦滤波，减少音频噪声。</li> <li>采用10kΩ电阻与1μF电容构成自举电路，提升功放输出幅度，增强音频响度。</li> </ul></li> </ul> <h3>4.5 低功耗与电量管理</h3> <p>低功耗设计是本项目核心亮点，通过硬件控制与软件逻辑结合，最大化延长续航；电量管理则保障设备安全运行，避免电池过放损坏。</p> <h3>5.1 软件开发环境</h3> <p>为方便不同习惯的开发者，提供多套兼容的开发工具与环境，降低入门门槛。</p> <ul> <li><strong>IDE（集成开发环境）</strong>： <ul> <li>推荐使用 <strong>STM32CubeIDE</strong>（开源免费，支持STM32全系列芯片，集成CubeMX配置工具，可可视化配置外设）。</li> <li>兼容 <strong>Keil MDK</strong>（商业软件，需授权，对STM32芯片支持成熟，适合熟悉传统ARM开发的开发者）。</li> </ul></li> <li><strong>操作系统</strong>：支持RT-Thread或FreeRTOS实时操作系统，可实现多任务调度（如“音频播放”“屏幕显示”“按键监测”并行执行），提升系统稳定性。</li> <li><strong>调试工具</strong>： <ul> <li>TYPE-C串口（搭载CH340芯片，波特率115200bps）：用于输出调试日志，排查程序逻辑问题。</li> <li>J-Link调试器：支持硬件断点、单步执行，可直接查看内存与寄存器数据，高效定位底层问题。</li> </ul></li> <li><strong>参考代码</strong>：基于<strong>开源AI小智项目</strong>进行硬件适配，提供初始化代码（屏幕、功放、ADC等）、低功耗逻辑、基础交互功能（含新增的聊天、音乐、天气功能核心代码），开发者可直接在此基础上拓展。</li> </ul> <h3>5.2 串口下载说明</h3> <p>SF32LB52主控支持通过UART2接口进行串口程序下载，操作简单且无需专用调试器，是开发者常用的程序烧录方式。</p> <h4>硬件连接方式</h4> <p>串口下载需准备“USB转TTL模块”（如CH340、CP2102），按以下对应关系连接主控与下载器，确保电平一致（3.3V），避免损坏元件。</p> <table> <tr> <th style="text-align: left;">主控设备端</th> <th style="text-align: left;">串口下载器端</th> <th style="text-align: left;">连接说明</th> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">UART2_RX（PA13）</td> <td style="text-align: left;">TX</td> <td style="text-align: left;">下载器发送数据，主控接收数据</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">UART2_TX（PA14）</td> <td style="text-align: left;">RX</td> <td style="text-align: left;">主控发送数据，下载器接收数据</td> </tr> <tr> <td style="text-align: left;">GND</td> <td style="text-align: left;">GND</td> <td style="text-align: left;">共地，确保双方电平参考一致</td> </tr> </table> <h4>关键注意事项</h4> <ul> <li><strong>下载器选择</strong>：必须使用3.3V电平的USB转TTL模块（如CH340G、CP2102），严禁使用5V电平模块，避免烧毁主控。</li> <li><strong>Boot0状态</strong>：下载前Boot0必须为高电平（进入下载模式），下载后必须恢复低电平（进入运行模式），否则设备无法正常启动程序。</li> <li><strong>工具配置</strong>：波特率建议默认115200bps（兼容性最佳），若出现下载失败，可尝试降低波特率（如57600bps）。</li> <li><strong>驱动安装</strong>：首次使用CH340下载器需安装驱动（可从立创EDA或CH340官网下载），否则电脑无法识别COM口。</li> </ul> <h3>5.3 二次开发建议</h3> <p>基于本项目开源资源，开发者可根据需求快速拓展功能，以下为针对性建议：</p> <h4>功能拓展方向</h4> <ul> <li><strong>通信拓展</strong>：通过预留的UART接口扩展蓝牙（如HC-05）、Wi-Fi（如ESP-01S）模块，实现远程控制或数据上传；通过I2C接口扩展温湿度传感器（如SHT30）、OLED屏幕，丰富数据采集与显示功能。</li> <li><strong>交互优化</strong>：增加麦克风模块（如SPH0645），实现语音输入功能；拓展物理按键，支持自定义快捷操作（如音量调节、模式切换）。</li> <li><strong>AI能力集成</strong>：基于主控性能，集成轻量级离线语音识别算法（如CMU Sphinx），实现“唤醒词触发→命令识别→执行操作”的闭环交互。</li> </ul> <h4>性能优化技巧</h4> <ul> <li><strong>显示优化</strong>：采用SPI DMA（直接存储器访问）传输屏幕数据，减少CPU占用；实现屏幕局部刷新（仅更新变化区域，如电量图标），降低屏幕功耗与数据传输量。</li> <li><strong>功耗优化</strong>：根据电池电量动态调整休眠超时时间（高电量时超时10分钟，低电量时超时1分钟）；关闭未使用的外设时钟（如未接I2C设备则禁用I2C时钟）。</li> <li><strong>音频优化</strong>：在DAC输出端添加软件低通滤波算法，滤除高频噪声；根据使用场景动态调整功放增益（如语音提示时高增益，背景音时低增益）。</li> </ul> <h2>六、开源资料获取</h2> <p>本项目所有资源完全开源，开发者可通过以下官方渠道获取完整资料，确保资源的完整性与时效性。</p> <ol> <li> <p><strong>硬件工程文件</strong><br> 访问<strong>嘉立创EDA专业版开源平台</strong>，搜索项目名称“<strong>插件版小智 AI</strong>”，即可获取：</p> <ul> <li>完整原理图（PDF格式，标注详细引脚与电路说明）。</li> <li>PCB设计文件（可直接导出Gerber文件用于打样，2层板设计，尺寸50×70mm，工艺成熟）。</li> <li>3D封装模型（用于结构设计与装配模拟）。</li> </ul> </li> <li> <p><strong>固件代码仓库</strong><br> 在<strong>GitHub</strong>或<strong>Gitee</strong>平台搜索仓库名称“portable-ai-voice-terminal”，仓库内<code>Firmware</code>目录包含：</p> <ul> <li>适配本硬件的STM32CubeIDE/Keil工程文件（已完成外设初始化，可直接编译下载）。</li> <li>驱动代码（屏幕、功放、ADC等外设驱动，注释清晰，便于修改）。</li> <li>示例程序（如低功耗休眠、电量监测、音频播放等功能示例）。</li> </ul> </li> <li> <p><strong>文档与物料清单（BOM）</strong><br> 所有辅助资料集中存储于以下平台，便于查阅与下载：</p> <ul> <li><strong>飞书文档库</strong>：<a href="https://lceda002.feishu.cn/wiki/B2LLwyC7binHuJkkHGMce03wnWf" target="_blank">https://lceda002.feishu.cn/wiki/B2LLwyC7binHuJkkHGMce03wnWf</a>（包含开发指南、调试手册、常见问题解答）。</li> <li>代码仓库<code>Docs</code>目录：存储BOM表（Excel格式，含元件型号、参数、采购链接）、芯片数据手册（SF32LB52、LM4871N等）。</li> </ul> </li> </ol> <h2>七、重要注意事项</h2> <p>为保障设备开发、生产与使用过程中的安全性，避免损坏或知识产权纠纷，需注意以下事项：</p> <ol> <li> <p><strong>电源安全</strong> </p> <ul> <li>严禁向主控VDD引脚输入超过4.7V的电压，否则会烧毁SF32LB52模组。</li> <li>仅支持CR123A锂电池充电，禁止使用手机快充头或其他高功率充电器，建议使用5V/1A普通充电器。</li> </ul> </li> <li> <p><strong>下载模式规范</strong><br> 串口下载时必须严格遵循“Boot0高电平→下载→Boot0低电平→复位”流程，若跳过Boot0状态切换，可能导致程序烧录失败或设备无法启动。</p> </li> <li> <p><strong>元件兼容性</strong> </p> <ul> <li>更换屏幕时，需确保新屏幕驱动芯片（如ST7789、ILI9341）与现有初始化代码匹配，否则屏幕可能无法显示或显示异常。</li> <li>更换音频功放时，需确认新功放的工作电压（3.2V~4.7V）与输出功率（匹配4-8Ω喇叭），避免功放无法驱动或烧毁喇叭。</li> </ul> </li> <li> <p><strong>知识产权合规</strong><br> 硬件设计遵循<strong>MIT开源协议</strong>，允许商业使用，但需在产品文档或标注中保留原项目版权信息（“基于便携式智能语音交互终端开源项目开发”）；软件部分需遵循AI小智项目的开源协议，不得擅自闭源或修改协议声明。</p> </li> <li> <p><strong>生产焊接注意事项</strong> </p> <ul> <li>焊接SF32LB52模组时，建议使用热风枪（温度320℃~350℃，风速中低），避免使用电烙铁直接焊接，防止局部高温损坏模组。</li> <li>焊接TFT屏幕引脚时，需控制焊接时间（单引脚焊接时间≤3秒），避免引脚虚焊或焊盘脱落。</li> </ul> </li> </ol> <h2>八、实物展示</h2> <p>![组装完成实物图] </p> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/79a03f42c2ee4feabb19dccbe95d5a35.jpg" alt="ec7a737f67658f4c30ddfe49f67e88f1.jpg"> <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/53e10e69f3cf44aa89aecc99b994bcf6.jpg" alt="7cee8e97f09eb8441472fd4c55456e90.jpg"> <em>上图为设备最终组装完成后的实物图，包含主控板、TFT屏幕、喇叭、锂电池与外壳，整体尺寸小巧便携。</em></p> <p><img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/258a5a72ffb2469ea8e0618af8d5e879.jpg" alt="d0d6954141021078b512bdc44b63b658.jpg"> ![上电效果图] <em>上图为设备上电后屏幕显示效果图，可清晰看到电量图标、功能菜单与交互提示，界面简洁直观。</em></p>