一、项目思路

最近乔迁新居，我发现新家卧室的吸顶灯居然可以用遥控器控制灯的开关和色温亮度。可当新鲜感过去以后我不禁想，遥控器方便归方便，但毕竟是实物，还容易丢。能不能设计一款可以用简单的语音指令控制的智能语音吸顶灯呢？于是我打算借这次硬禾fastbond2活动的机会来设计一款可以语音控制灯的开关和亮度的智能吸顶灯。

二、方案框图

框图及得捷网站的原始框图的链接如下：

https://www.digikey.cn/schemeit/project/fastbond2-智能语音控制吸顶灯-1ccabaf47e884c8f95c1eb2a96f00469

主要元器件：

• ESP32S3 乐鑫
• Cl130X 启英泰伦
• SYN6288 宇音天下
• L289N电机
• 光敏、声敏电阻

三、运行流程

首先通过供电系统给整个吸顶灯进行一个供电，当吸顶灯的语音识别模块识别到周围环境中有特定的系统词汇指令时，将信号反馈到ESP32S3单片机当中，经系统分析处理，再将信号发送给亮度控制模块，相应调整灯光亮度和开关，并在指令完成之后通过语音播报模块通报完成；如果单片机无法识别信号内容，则通过语音播报模块通报无法识别指令，从而再次准备接受语音指令。

四、核心模块

主控芯片：乐鑫ESP32S3

ESP32-S3 是一款集成 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 芯片，支持远距离模式 (Long Range)。ESP32-S3 搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz，内置 512 KB SRAM (TCM)，具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。ESP32-S3 支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM，支持用户配置数据缓存与指令缓存。

ESP32-S3芯片具有行业领先的低功耗性能和射频性能，支持 WiFi IEEE802.11b/g/n 协 议和 Bluetooth 5。该芯片搭载 Xtensa-R32 位 LX7 双核处 理器，工作频率高达 240 MHz。支持二次开发，无需使用其它微控制器或处理器。芯片内置 512 KB SRAM，384 KB ROM， 16KB RTC SRAM。芯片支持多种 低功耗工作状态，能够满足各种应用场景的功耗需求。芯片所特有的精细时钟门控功能、动态电压时钟频率调节功能、射频输出功率可调节功 能等特 性，可以实现通信距离、通信速率和功耗之间的最佳平衡。

模组提供丰富的外设接口，包括 UART，PWM，SPI，I2S，I2C，ADC，LCD， DVP,RMT(TX/RX)，脉冲计数器，USB OTG，USB Serial/JTAG，SDIO，DMA 控制器， TWAI 控制器，温度传感器，电容式传感器和多个IO 口。

模块具有多种特有的硬件安全机制。硬件加密加速器支持 AES、SHA 和 RSA 算法。其中的 RNG、HMAC 和数字签名(Digital Signature) 模块提供了更多安全性能。 其他安全特性还包括 Flash 加密和安全启动 (secure boot) 签名验证等。完善的安全机 制使芯片能够完美地应用于各种加密产品。模块支持低功耗蓝牙：Bluetooth5，Bluetooth mesh。蓝牙速率支持：125Kbps，500Kbps，1Mbps，2Mbps。支持广播扩展，多广播，信道选择。

支持蓝牙和WIFI，就意味着可以进行很多的无线连接；同时乐鑫提供了大量的开源库，包括语音识别Skainet，可以方便的进行后期扩展。

语音识别芯片：启英泰伦 Cl130X

CI130X系列语音识别芯片采用最高240MHz高主频，更大SRAM，算法可充分提供给主控应用。高度集成，外围精简，除MIC，喇叭外，板级仅需要阻容、PA芯片。

在语音算法方面，85dB强噪声下依然能有85%识别率及90%唤醒率，最多能支持500条离线命令词。CI1303和CI1306还支持离线NLP，让语音交互更自然。其语音功能不仅支持本地语音识别,支持自适应降噪，还支持回声消除和本地命令词自学习。

在音频通道方面，内置高性能低功耗Audio Codec，支持双路ADC采样和单路DAC播放，支持ALC功能，支持8kHz/16kHz/24kHz/32kHz/44.1kHz/48kHz采样率，支持一路IIS音频扩展通路支持一路PDM接口，可对接单个或两个数MEMS麦克风/模拟麦克风。

而在外设接口方面，外设接口采用3路UART接口，最高可支持3Mbps波特率，1路I2C接口，6路PWM接口，1路12bit SAR ADC输入通道，采样频率可达1MHz。同时支持10个GPIO口，可作为主控IC使用；每个GPIO口可配置中断功能，支持上下拉可配置。

语音播报模块：SYN6288

SYN6288语音合成模块是一种语音合成设备，其可实现文字转语音功能，将输入的文字信息通过内部的处理和合成，输出相对应的语音信息。SYN6288模块具有语音合成质量高、输出音质好、使用方便等特点，因此广泛应用于语音播报、语音提示、语音识别、智能家居、智能家电、安防监控等领域。

系统构成包括控制器模块、SYN6288语音合成芯片、功放模块和喇叭。主控制器（MCU）和 SYN6288 语音合成芯片之间通过 UART 接口连接，控制器可通过通讯接口向 SYN6288 语音合成芯片发送控制命令和文本，SYN6288 语音合成芯片把接收到的文本合成为语音信号输出，输出的信号经功率放大器进行放大后连接到喇叭进行播放。SYN6288 提供一组全双工的异步串行通讯(UART)接口，实现与微处理器或 PC 的数据传输。SYN 6288 利用 TxD 和 RxD 以及 GND 实现串口通信。其中 GND 作为地信号。SYN6288 芯片支持 UART 接口通讯方式，通过 UART 接口接收上位机发送的命令和数据，允许发送数据的最大长度为 206 字节。

灯光亮度控制模块：L289N电机

L298N，是一款接受高电压的电机驱动器，直流电机和步进电机都可以驱动。它采用了L298N集成电路，具有高功率，高性能和高效率等特性，使其成为电子制作中常用的一种驱动器。

L298N直流电机驱动模块主要由L298N集成电路、散热片、连接器和终端组成。L298N集成电路是一个双桥驱动器，包含4个晶体管，能够提供较大的电流输出。L298N直流电机驱动模块主要是将控制信号输入到L298N集成电路中，通过晶体管控制电机的正反转。其中，L298N集成电路的输入端包括一个使能引脚和4个控制引脚，由外部微处理器控制。

这个模块通过使能开关可使电机在正转和反转间切换。通过控制电平变量或PWM（脉冲宽度调制）信号也能控制电机的速度。L298N为双桥电机驱动器，即它将电动机划分为两段，每段提供电压，可控制电机的正/反转。

一片驱动芯片可同时控制两个直流减速电机做不同动作，在6V到46V的电压范围内，提供2安培的电流，并且具有过热自断和反馈检测功能，可对电机进行直接控制，通过主控芯片的I/O输入对其控制电平进行设定，就可为电机进行正转反转驱动，操作简单、稳定性好，可以满足直流电机的大电流驱动条件。

五、总结

以上就是本次FastBond2阶段1的内容，通过这次活动我学习了很多课本中没有的电子元器件，也对每个厂商生产的模块的功能编程以及各个模块之间的相互兼容有了进一步的认识，从而对电子设计方面有了一个初步的了解。这对我来说是一次不可多得的锻炼机会。这次项目仅仅是一个构想，希望可以通过进一步深入学习将它变成现实。