xiaotian_Epaper

一款语音控制的墨水屏桌面助手

具备时间显示、倒计时事件显示、累积事件显示、语音控制功能

一款动动嘴就能交互的极简风桌面摆件！

组成： 墨水屏、stm32、vc02语音模块、实时时钟

使用软件： cubeide1.16.1、lceda专业版、solidworks2024、keyshot13

完整资料： 已上传github-Xiaotian_Epaper，gitee-Xiaotian_Epaper，oshwhub-电路设计，b站视频

更新日志：

1. 2025.4.13：添加scene3红黑显示demo，为”时间时加一“添加边界限制；更新了3D结构文件，删除了需要内嵌螺母的我外壳版本；pcb完善了丝印；
2. 2025.2.11：首次烧录时根据系统编译时间自动更新时钟芯片时间
3. 2025.1.18：更新bom表中黑白红墨水屏器件链接，更新程序，添加二次开发教程
4. 2025.1.5：添加pcb焊接建议，bom表中增加了我使用的下载器购买链接
5. 2024.12.28：添加黑白红墨水屏供选择，版本v0.0.2
6. 2024.12.13：首次上传，版本v0.0.1

文件结构

序号	文件名	描述
1	Hardware	硬件设计
2	Firmware	固件文件
3	Software	软件程序
4	CAD_Model	模型文件
5	Docs	文档
6	Tools	附带工具
7	img	输出图片
8	REDME.assets	REDME中的图片

控制指令

语音控制指令集

命令词	回复语	备注
请介绍你自己	你好我叫小天 我是一个桌面助手 你可以通过语音和我进行交互 你可以说浇过花了 浇过水了 更改时间 更换图片 有什么需要尽管给我说	需唤醒
你好小天|小天小天	随时待命	唤醒词
写完日记了	记录每一天	免唤醒
看完书了	日拱一卒功不唐捐	免唤醒
加过水了	下次早点浇	免唤醒
坛子加过水了	美味需要时间酝酿	免唤醒
吃了海底捞	发工资了吗又吃海底捞	免唤醒
更改时间	想要调整时间你可以说时间年加一或者时间年减一	需唤醒
时间年加一		需唤醒
时间年减一		需唤醒
时间月加一		需唤醒
时间月减一		需唤醒
时间日加一		需唤醒
时间日减一		需唤醒
时间时加一		需唤醒
时间时减一		需唤醒
时间分加一		需唤醒
时间分减一		需唤醒
更换图片	已经更换照片	免唤醒

器件选型

墨水屏Epaper：

分辨率296x128像素 、2.9寸、黑白

刷新方式：全屏刷新/局部刷新（4灰阶不支持局刷）

刷新时间：全刷3秒，局刷0.6秒

据说无故障刷新次数为100w次，我设置每分钟刷新一次，那这样算，能够用两年，想想也还有点短

stm32f103cbt6

72M主频，基本外设丰富，特别的是128k flash，对于当前所选墨水屏分辨率来说

一张全屏照片大小=296x128/8=4.7k，即使考虑到用上freeRTOS也可以无压力存20来张图像，并且往往无需全屏图像，对于个人开发来说完全够用了

vc02语音模块

一款低成本纯离线语音识别模组，简单说就是写好对答语句，说特定语句执行特定功能，这里使用时，说出特定语句发送串口指令到主控进行任务控制。支持150条本地指令离线识别，支持RTOS轻量级系统，具有丰富的外围接口，以及简单友好的客制化工具，该项目放弃了按键交互，完全使用语音模块进行交互，想干嘛动动嘴就行，君子动口不动手！

DS1302

一款时钟芯片，用于离线时间记录，确保断电后设备仍然能保持时间

软件框架

使用cubeide经过初步封装后的freeRTOS，建立了四个任务init、show、run、read，分别执行初始化、显示、主要运行计算、读取任务

为了降低不同任务抢夺共享资源，用了两个无限时间等待的信号量确保run任务正常运行，用了两个事件组分别控制时钟芯片的数据读写和墨水屏的刷新显示

模块数据流

列出硬件组成中模块的电气连接及数据流向

3D设计及安装

巧妙地外壳和屏幕壳体设计，使用Bambu的0.12mm打印刚好将屏幕壳体嵌入到外壳中，在底部使用两颗平头螺丝固定，表面外壳看不出什么安装的痕迹，对于审美的一点点强迫症，舒适了！

安装需要准备9以下零件，选购链接已经在BOM表Xiaotian_Epaper\1.Hadware\BOM清单2024-12-14.xlsx中给出

PCB焊接建议

电容电阻使用的0603封装，需要用到加热台和烙铁，焊接不当需要拆除的话也需要用到热风枪，这里给一些手工焊接的建议，如果采用SMT焊接可以不用看

1. 手工焊接建议开钢网，当然想纯白嫖也可以不开，我没开也焊接成功了，就是难度稍微高一点
2. 首先用加热台焊接元器件最多的一面，但注意不要一开始就把引脚密集的typeC和stm32主控芯片贴上去，因为引脚过于密集，但凡锡膏多加一点就会短接，后续用烙铁不好分开，有的同学可能说用助焊剂容易分开，但我以前用的时候发现助焊剂加热时间久了会导电短路，有点恐怖。我实际发现比较好的方法是在加热台上等锡膏都融化了，用镊子把粘连的锡抚顺了，然后再放上typeC和stm32主控，成功率提高很多！
3. 焊接好了可以先连接typeC测试串口，能检测到串口一般说明最难的主控和typeC焊接没什么问题，有问题的话先检查用的线是不是只能充电没有信号线，确定是焊接问题，就需要用热风枪吹热拆下来然后再焊接了

焊接成品如下，手工抹的锡膏，表面会有一些锡球不那么美观。

二次开发教程

不同墨水屏选择

文件路径："Xiaotian_Epaper\3.Software\Xiaotian_Epaper\Libraries\include\EPAPER.h"

//选择屏幕类型，共适配了两种类型的显示屏，bom表中有列出链接，可以根据自己选择来做选择
#define black_white_red	//使用黑白红墨水屏
//#define black_white			//使用黑白墨水屏

自己创建新的场景（以主图为例）

1.定义场景名称，路径："Xiaotian_Epaper\3.Software\Xiaotian_Epaper\Libraries\include\myfreertos.h"

// 可以参考定义自己的场景
#define scene1						//显示场景1
//#define scene2						//显示场景2

2.在**init_show()**函数中初始化场景，路径"Xiaotian_Epaper\3.Software\Xiaotian_Epaper\Libraries\mytasks\task_show.c"

void init_show(){

	//****
	
#ifdef scene1
#ifdef black_white_red
	EPD_WhiteScreen_Black();
#else
	EPD_WhiteScreen_White();
#endif
	EPD_W21_Init();
	//white
	EPD_Dis_Part(0, 0, gImage1_white, 296, 128, NEG);
	//right
	EPD_Dis_string(186, 0, time, 32, NEG);
	EPD_Dis_string(200, 32, date, 16, NEG);
	EPD_Dis_Part(210, 48, gImage_love, 32, 32, POS);
	EPD_Dis_string(210 + 32, 56, itoa(date_diff(Time_start, Time_now),temp_itoa,10), 16, NEG);
	EPD_Dis_Part(210, 80, gImage_haidi, 32, 32, NEG);
	EPD_Dis_string(210 + 32, 88, itoa(date_diff(Time_haidilao, Time_now),temp_itoa,10), 16, NEG);
	//middle
	EPD_Dis_Part(85, 0, photo1, 110, 128, POS);
	//	left
	EPD_Dis_power(0, 0, (date_diff(event_power[0], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[0], Time_now));
	EPD_Dis_power(0, 32, (date_diff(event_power[1], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[1], Time_now));
	EPD_Dis_power(0, 64, (date_diff(event_power[2], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[2], Time_now));
	EPD_Dis_power(0, 96, (date_diff(event_power[3], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[3], Time_now));
	EPD_Dis_Part(60, 0, gImage_riji, 32, 32, NEG);
	EPD_Dis_Part(60, 32, gImage_dushu, 32, 32, POS);
	EPD_Dis_Part(60, 64, gImage_tanzi, 32, 32, POS);
	EPD_Dis_Part(60, 96, gImage_jiaoshui, 32, 32, POS);
#endif

	//****

}

3.在update_show()函数中定义更新逻辑，路径"Xiaotian_Epaper\3.Software\Xiaotian_Epaper\Libraries\mytasks\task_show.c"
图片数组在"Xiaotian_Epaper\3.Software\Xiaotian_Epaper\Libraries\EPD_W21\EPAPER.c"中定义，在"Xiaotian_Epaper\3.Software\Xiaotian_Epaper\Libraries\include\EPAPER.h"中使用extern命令进行外部声明，可参考现有图片数组更改

注：图片数组取模具体操作参考后文中工具使用部分

void update_show()
{
    
	//****
	
#ifdef scene1
	//white
	EPD_Dis_Part(0, 0, gImage1_white, 296, 128, NEG);
	//right
	EPD_Dis_string(186, 0, time, 32, NEG);
	EPD_Dis_string(200, 32, date, 16, NEG);
	EPD_Dis_Part(210, 48, gImage_love, 32, 32, POS);
	EPD_Dis_string(210 + 32, 56, itoa(date_diff(Time_start, Time_now),temp_itoa,10), 16, NEG);
	EPD_Dis_Part(210, 80, gImage_haidi, 32, 32, NEG);
	EPD_Dis_string(210 + 32, 88, itoa(date_diff(Time_haidilao, Time_now),temp_itoa,10), 16, NEG);
	//middle
	EPD_Dis_Part(85, 0, photo1, 110, 128, POS);
	//	left
	EPD_Dis_power(0, 0, (date_diff(event_power[0], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[0], Time_now));
	EPD_Dis_power(0, 32, (date_diff(event_power[1], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[1], Time_now));
	EPD_Dis_power(0, 64, (date_diff(event_power[2], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[2], Time_now));
	EPD_Dis_power(0, 96, (date_diff(event_power[3], Time_now)>4)?0:4-date_diff(event_power[3], Time_now));
	EPD_Dis_Part(60, 0, gImage_riji, 32, 32, NEG);
	EPD_Dis_Part(60, 32, gImage_dushu, 32, 32, POS);
	EPD_Dis_Part(60, 64, gImage_tanzi, 32, 32, POS);
	EPD_Dis_Part(60, 96, gImage_jiaoshui, 32, 32, POS);
#endif

	//****

}

3.语音控制指令自定义
vc02的语音控制可以在安信可平台进行编辑并生成固件，每条控制指令对应有一个串口发送动作，编辑功能还需要再stm32源码中对应修改

工具使用

使用取模软件制作图片数组

首先了解2.9寸墨水屏显示尺寸为296*128，x方向可按1像素平移，而y方向只能按8像素平移（例如设置y=0，实际y=0；设置y=1~7，实际y=7）。以封面为例，主图大小为100x128px，所有小图标为32x32px，二次开发可参考该大小进行布局

工具路径：xiaotian_Epaper\6.Tools\CharacterMatrix 3.0.2.3.exe
由于厂家给的墨水屏demo是按照x方向排列的，现在需要以y方向排列，因此需要按照以下步骤对图片进行镜像和旋转

得到字模二进制数据后拷贝到文件对应位置即可

vc02烧录工具：教程参考

工具路径：xiaotian_Epaper\6.Tools\hummingbird-m-production-tool\UniOneDownloadTool.exe

固件路径：xiaotian_Epaper\2.Firmware\uni_app_release.bin

字模压缩

游程编码压缩字模大小

考虑到嵌入式设备的flash容量有限，对保存的ASCII字模进行一定压缩处理，大大缩减了字模数组所占存储

取模软件取到的字模如下，在进行存储时，黑色区域存储为0x00，那么字模中就有大片的0x00存在，那么你一定能想到一种简单的思路对字模进行压缩。

如“0000000000”=”10个0“，这个思路叫做游程编码，其核心思想是通过减少重复数据的存储来实现压缩。在数据序列中，连续出现的相同元素组成的一段被称为一个“游程”。编码时，每个游程被替换为一个表示游程长度和游程值的二元组。例如，在字符串“AAAABBBCCDAA”中，“AAAA”是一个游程，长度为4，可以表示为(4, 'A')。

1.num-char压缩方式

“AAAABBBCCDAA” =》 (4, 'A')(3, 'B')(2, 'C')(1, 'D')(2, 'A')

这种方式的压缩率大概是81.89%

2.只压缩0x00的方式

“00000AAAABBBCCDAA” =》 (5, 0x00)"AAAABBBCCDAA"

这种方式压缩率达到51.19%，不过对应的编码和解码就麻烦一点，这里自己写了一个xiaotian_Epaper\6.Tools\ed_codem.m文件进行处理，项目也采用该方式进行字模压缩

字模制作过程：

先在字模工具中制作完成->生成.c文件用vscode打开->正则表达式进行替换，删除不必要的注释内容，替换成可输入到matlab中的形式->拷贝到ed_codem.m文件中进行运算->拷贝到c程序中

字模数据处理所用正则表达式：

/\*.*?\*/			搜索所有/*  */括起来的内容 
,(?![^,]*,)			选中所有行最后一个逗号
\n{2}				选中连续的两个换行符

最后

难度不是很高的一个项目，想锻炼一下贴片焊接、学习stm32设计开发、freeRTOS的同学都可以来试试，我会持续完善更新，期待大家交作业！
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