FastBond2阶段1-基于esp32-c3的智能开关设计

内容介绍

一、项目思路与介绍

相信大家都有起床关灯或者是窗帘没拉类似的苦恼，目前我想借助FastBond2的设计一款能够通过蓝牙、语音灯方式远程控制室内开关的产品，设计一款智能开关，不仅可以实现传统设计的开关功能，还可以进行功率调配，使得类似空调的用电器进入低功耗运行状态。并且这可以作为未来智慧家居的一部分，留出接口未来可以设计控制空调、电视等主要的设计思路有：

选用乐鑫ESP32-C3芯片完成远程连接、电路控制。
利用蓝牙技术使得可以远程控制开关。
加入麦克风，和实现语音控制开关。
语音播报、LED显示方式反馈开关状态。

智能开关有以下几种优势：

可以实现多控、遥控、语音控制等便捷控制。
相比传统机械开关稳定性强，单独电路故障不影响其它电路工作。
LED、语音播报两种方式反馈开关状态，使得用户体验提升。
留出接口方便未来设计链接更多电器、开关，与现在发展智能家居的趋势结合。

二、项目设计市场介绍

数据显示，全球市场中，智能开关相关产品的渗透率在2018年首次突破1%，这一指标保持了稳定的拳升态势并预计在2024年将逼近4%。在中国市场，智能控制开关的发展起步相对较晚，中国精装房行业自2019年开始才逐步配置智能开关，但近3年行业保持了高速增长，至2021年中国精装房的智能开关配套率已达15%，智能开关市场未来的规模空间巨大。

三、项目框图和元器件以及绘图工具

本方案的主要框图如下，得捷链接网址如下：https://www.digikey.cn/schemeit/project/基于esp32-c3的智能开关设计框图-e86524daebbf48e2b3ccfb1e8c9f8a32

使用绘图工具为Scheme-it。

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框图中使用的主要元器件如下：

一、乐鑫ESP32-C3 是一款物联网芯片，搭载 RISC-V 32 位单核处理器，支持 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE),对Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的双重支持降低了设备配网难度，适用于广泛的物联网应用场景。

ESP32-C3 搭载 RISC-V 32 位单核处理器，时钟频率高达 160 MHz。具有 22 个可编程 GPIO 管脚、内置 400 KB SRAM，支持通过 SPI、Dual SPI、Quad SPI 和 QPI 接口外接多个 flash，满足各类物联网产品功能需求。

此外，ESP32-C3 的耐高温特性也使其成为照明和工控领域的理想选择。ESP32-C3 集成 2.4 GHz Wi-Fi 和支持长距离的 Bluetooth 5 (LE)，有助于构建覆盖范围更广、射频性能更强的物联网设备。它还支持蓝牙 Mesh (Bluetooth Mesh) 协议和乐鑫 Wi-Fi Mesh，在较高的工作温度下仍能保持卓越的射频性能。ESP32-C3 也支持在从机模式下工作，可通过 ESP-AT 和 ESP-Hosted SDK 为外部主机 MCU 提供 Wi-Fi 与 Bluetooth LE 连接功能。

二、ADI MAX98357 一款音频解码芯片数字音频接口高度灵活，MAX98357A支持I²S数据，MAX98357B支持左对齐数据。两种器件均支持8通道时分复用(TDM)数据。对于所有支持的数据格式，数字音频接口可接收8KHz至96KHz的指定采样速率。 IC通过配置可将立体声输入数据转换成左声道、右声道、(左声道/2 + 右声道/2)输出。对于I2S和左对齐模式，IC采用16/24/32位数据工作，对于TDM模式，器件采用16位或32位数据工作。IC无需PCM通讯应用中的外部MCLK信号。这有助于减小EMI以及电路板的耦合问题，另外，也可减小电路板尺寸以及IC引脚数。IC在BCLK和LRCLK上具有很高的宽带抖动容限(12ns典型值)，能够可靠工作。有源辐射抑制、边沿速率限制以及过冲控制电路大大减小EMI。无需滤波的扩谱调制机制可省去传统D类器件中的输出滤波器件，可减少方案中的器件数量。

三、LED显示屏驱动ADI MAX6971MAX6971串行接口LED驱动器可提供16个开漏、恒流吸收、额定36V LED驱动输出。MAX6971采用3V至5.5V电源供电。MAX6971和LED电源能以任意顺序上电。所有恒流输出均用一个外部电阻编程,每路最大55mA电流。MAX6971采用25Mb、工业标准、4线串行接口控制。MAX6971采用工业标准移位寄存器加锁存器形式的串口。数据通过数据输入DIN和时钟输入CLK移入驱动器的16位移位寄存器。16个时钟周期后，输入数据出现在输出DOUT，此工作模式可实现多个MAX6971级联。锁存使能输入LE将移位寄存器的16位数据装入16位输出锁存器，以决定LED的开关状态。输出使能输入/OE控制所有16个输出开关状态，其快速响应特性适合作为控制LED亮度的PWM输入。

四、总结

这一次的项目对我来说我认为是一个很大的提升。它不仅是教会了我很多知识，很多有用的工具和网站例如scheme-it和电子森林，同时它也激发了我对电子设计这一方面的兴趣。对于我来说这是本次参加FastBond2最大的收获，非常感谢这次活动的主办方，不仅提供了这次机会让我们发挥自己的想象，实践自己的知识。同时也在各种地方指引、激励我们，祝愿竞赛活动越办越好！