#第十届立创电赛#小智AI项目 5655976A

* 1、项目功能介绍

• AI实时语音对话： 实现与用户的流畅、自然的实时语音交流。
• 情绪识别： 通过语音分析洞察用户情绪，做出更人性化的回应。
• 解答疑惑： 提供实用信息和解决方案，作为智能助手解答用户问题。
• 分享快乐： 具备情感交互能力，可理解并回应用户积极情绪。

基于立创开源蓝牙模组（SF32LB52模组）开发的简易AI对话机器人，支持实时语音对话。该系统能够捕捉并理解用户的情绪，解答疑问，分享喜悦，带来自然流畅的互动体验。

要点要素：

• 技术基础：采用立创开源蓝牙模组，嵌入式实现，低功耗、高稳定性。
• 功能亮点：
  • 实时语音对话：高质量语音输入输出，响应快速。
  • 情绪理解：对用户情绪进行识别与响应，提升互动自然度。
  • 智能问答：覆盖日常疑问与常用知识，提供精准解答。
  • 情感陪伴：在对话中分享用户的快乐，提供积极互动。
• 使用场景：日常陪伴、学习助手、小型智能家居场景的语音交互入口等。
• 用户价值：简化交互、增强沉浸感、便携式AI对话伙伴。
• 技术前景：可拓展为多模态输入、个性化对话、云端/离线混合部署等方向。

*2、项目属性

• 是否首次公开：否，本项目非首次公开。
• 是否为原创： 否，本项目为复刻作品，所有硬件设计、软件编程及结构设计均为开发团队完成。
• 是否曾经在其他比赛中获奖： 是，本项目曾在其他比赛中获奖。
• 是否在学校参加过答辩： 否，本项目暂未在学校参加过答辩。

* 3、开源协议

利他即利己，拥抱开源，赋予项目无限价值。

本项目秉持开源精神，旨在促进技术交流与共享。项目核心功能（AI实时语音对话、情绪识别等）将开源80%以上，确保项目的透明度和可复制性。

项目核心功能界定：

本项目中，基于立创开源蓝牙模组实现的AI实时语音对话功能，包括语音输入、AI处理（情绪识别、语义理解）和语音输出的完整闭环，被视为项目的核心功能。此功能是本项目能够解决用户AI语音交互问题的基石。

开源协议选择：

本项目原创部分推荐使用 GPLv3.0 开源协议。

引用说明：

若本项目在开发过程中引用了其他开源项目，我们将严格遵守原项目的开源协议规定，并会在对应的代码或文档中清晰注明来源。

非核心功能说明：

• 本项目中使用的立创开源蓝牙模组本身的功能（如BLE连接、BT PAN等）是其作为通用模块所实现的功能，不作为本项目的核心功能。
• LM4871音频功放芯片实现的音频放大功能，作为通用模块的直接应用，不作为本项目的核心功能。

我们相信，通过开源共享，本项目将吸引更多开发者参与，共同完善和拓展其功能，使其在更广泛的领域发挥价值。

*4、硬件部分

电源部分

采用单节CR123A电池供电，通过SW1开关控制电源通断。CR123A电池电压3.7V，尺寸34x16.5mm，带有Type-C接口，方便直接充电。模组VSYS引脚直接连接电池电源，需注意模组电压范围要求3.7V~4.7V

主控部分

核心采用立创·开源SF32LB52模组，该模组是一款高性能、低功耗的蓝牙芯片，频率240MHz，集成8MB PSRAM和16MB Flash，支持锂电池直接供电。模组支持BT PAN功能，可直接连接手机上网，功耗更低，适用于电池供电场景。

模组与外设连接：

• 屏幕连接： 通过GND、VDD33_VOUT2、PA04(SCL)、PAO5(SDA)、PAOO(RES)、PA06(D/C)、PAO3(CS)、PA42(BLK)引脚与1.69寸TFT屏幕连接。
• 麦克风连接： 通过GND、MIC_BIAS上拉+MIC_ADC_IN直连，实现语音输入。
• 按键连接： PA39用于用户自定义功能按键，PA34用于唤醒键。
• 功放喇叭连接： 通过GND、VSYS、AUDACIP_OUT、AU_DACIN_OUT、IN_Shutdown引脚与功放芯片连接，驱动喇叭。
• 灯连接： PA32用于用户自定义功能的LED灯。

音频功放部分

采用LM4871芯片，一款3W单声道AB类音频功率放大器，工作电压1.9V-5.5V。电路设计参考典型应用电路，并对器件参数进行优化以兼顾成本和性能。功放的Shutdown引脚（1脚）通过R4电阻默认为高电平（停止工作），由主控PA26引脚输出低电平控制功放开启，实现按需供电。声音大小通过R7、R8电阻调节，噪声通过C2、C5电容滤除。

典型应用电路中，用到了 10K 20K 1UF 0.39UF 等器件，而我们为了购买器件少一点，让电路更简洁，将电阻统一改为 10K，电容改为常用的 100nF(0.1UF) 和 22UF。实测没有问题。

麦克风部分

 

麦克风咪头（通常为驻极体话筒）的核心是一个可振动的极板（振膜）与固定背极板组成的电容。

 

当声音振动波作用在振膜上时，会导致其与背极板的距离动态变化，从而改变电容值。当有声音时，器件内部电容发生变化，这一变化会引发电容两端的电荷移动，产生微弱的交流电信号（模拟信号）。

 

但是虽然麦克风内部的驻极体材料自带永久电荷（无需外部供电维持电场），即使没有电源输入，麦克风也能够使用，但是为了确保麦克风能够正常稳定的工作，通常是需要提供一个基准电压（通常2~5V），使内部电容处于预充电状态，确保声音引起的电容变化能转换为有效电流信号。

 

在原理图中，R3 电阻的作用就是给麦克风的正极输入一个基准电压MIC_BIAS，这个电压是由模组控制输出的，由模组控制则可以在要用时才输出，不用时关闭，实现低功耗。R3 的电阻值为 10K，测试效果能够接受，过低则采集的音频信号弱，过高则易引入噪声。

 

在原理图中，U4 电容的作用就是对采集的信号进行滤波，滤除高频噪声，大多是滤除滋滋滋的声音或者声音沙哑问题。

屏幕显示部分

幕显示使用的是 1.69寸TFT屏幕，采购自 金逸晨1.69寸TFT液晶屏ST7789小屏240x280显示器LCD圆角屏SPI彩屏，

屏幕通过SPI协议控制，供电 3.3V。

 

这里SPI的通信控制信号引脚，可以使用主控的硬件SPI外设，实现更高的通信速率，更快的屏幕刷新。但是使用主控的硬件SPI外设，则需要选择特定的引脚。

 

模组与屏幕的连接

模组	1.69寸TFT屏幕	说明
GND	GND	屏幕电源地
VDD33_VOUT2	VCC	屏幕电源输入
PA04	DO(SCL)	屏幕通信时钟引脚
PA05	D1(SDA)	屏幕通信数据引脚
PA00	RES	屏幕屏幕复位引脚
PA06	D/C	屏幕读写功能引脚
PA03	CS	屏幕通信片选引脚
PA42	BLK	屏幕背光控制引脚，高电平屏幕背光亮

模组的引脚复用表

模组的引脚复用表

按键部分

 

每一个项目基本都需要有人机交互部分，本项目通过按键进行控制，U2 PA34_KEY 是唤醒键 + 语音输入键，按下 U4按键可以让主控从低功耗睡眠状态唤醒，当主控正在工作时，按下按键进行语音输入。

 

U3按键目前待定用途，设计出来备用。

 

指示灯部分

 

用于指示模组状态。通过模组IO控制。IO输出低电平LED灯亮，IO输出高电平LED灯灭。

下载部分

 

 

模组的下载是通过串口进行下载的，必须使用 PA18 和 PA19 引脚下载。

可以使用大部分的下载器本项目推荐直接使用 CH340X 模块的接口作为下载器。

 

 

 PCB设计

*5、软件部分

前置准备

在开始之前，我们需要进行一些前置工具，请确保完成以下的步骤：

1. sftool: 用于SF32系列SoC芯片的烧录
2. 下载固件： 开发板的固件位于 https://github.com/78/xiaozhi-sf32/releases，我们下载最新release版本的压缩包。需要注意的是，我们一共需要bootloader.bin、ER_IROM2.bin、ER_IROM3.bin、ER_IROM1.bin 和ftab.bin这五个文件。 建议先下载sftool工具，下载完成后将这些文件放在sftool文件夹中，与sftool.exe同一路径。
3. 开发板对应固件: sf32lb52-xty-ai-tht.zip

sftool 命令格式及使用方法

sftool是一个命令行工具，它有一套自己的命令格式，一般的命令规则如下：

sftool [选项] [选项值] [命令] [命令选项]

全局选项

• -c, --chip : 目标芯片类型 (目前支持SF32LB52)
• -m, --memory : 存储类型 [nor, nand, sd] (默认: nor)
• -p, --port : 串行端口设备路径
• -b, --baud : 闪存/读取时使用的串口波特率 (默认: 1000000)
• --before : 连接芯片前的操作 [no_reset, soft_reset] (默认: no_reset)
• --after : 工具完成后的操作 [no_reset, soft_reset] (默认: soft_reset)
• --connect-attempts : 连接尝试次数，负数或0表示无限次 (默认: 7)
• --compat : 兼容模式，如果经常出现超时错误或下载后校验失败，则应打开此选项。

写入闪存命令

# Linux/Macsftool -c SF32LB52 -p /dev/ttyUSB0 write_flash [选项] <文件@地址>...# Windowssftool -c SF32LB52 -p COM9 write_flash [选项] <文件@地址>...

写入闪存选项

• --verify: 验证刚写入的闪存数据
• -u, --no-compress: 传输期间禁用数据压缩
• -e, --erase-all: 在编程前擦除所有闪存区域（不仅仅是写入区域）
• <文件@地址>: 二进制文件及其目标地址，如果文件格式包含地址信息，@地址部分是可选的

示例

Linux/Mac:

# 写入单个文件到闪存sftool -c SF32LB52 -p /dev/ttyUSB0 write_flash app.bin@0x12020000# 写入多个文件到不同地址sftool -c SF32LB52 -p /dev/ttyUSB0 write_flash bootloader.bin@0x12010000 app.bin@0x12020000 ftab.bin@0x12000000# 写入并验证sftool -c SF32LB52 -p /dev/ttyUSB0 write_flash --verify app.bin@0x12020000# 写入前擦除所有闪存sftool -c SF32LB52 -p /dev/ttyUSB0 write_flash -e app.bin@0x12020000

Windows:

# 写入多个文件到不同地址sftool -c SF32LB52 -p COM10 write_flash bootloader.bin@0x12010000 app.bin@0x12020000 ftab.bin@0x12000000# 其它同上

烧录固件

使用sftool工具烧录固件，打开终端之后输入如下命令（Windows）： !!!需要注意的是：命令中的 ./sftool.exe 中的斜杠，在不同操作系统中有不同的表现： windows是反斜杠，linux是斜杠。

下面是1.2.0-1.2.2版本的烧录命令：

./sftool.exe -p COM3 -c SF32LB52 write_flash bootloader.bin@0x12010000 ftab.bin@0x12000000 ER_IROM2.bin@0x12A28000 ER_IROM3.bin@0x12228000 ER_IROM1.bin@0x12020000

1.3.0版本则应该使用下列命令：

./sftool.exe -p COM3 -c SF32LB52 write_flash bootloader.bin@0x12010000 ftab.bin@0x12000000 ER_IROM2.bin@0x12A28000 ER_IROM3.bin@0x12268000 ER_IROM1.bin@0x12020000

bootloader.bin、ER_IROM2.bin、ER_IROM3.bin、ER_IROM1.bin 和ftab.bin是你下载的固件文件名，建议使用绝对路径引用，如果路径中出现中文或者空格请用"将路径括起来。 其中COM3是你连接开发板的串口号，可能会有所不同，请根据实际情况修改。 可以打开设备管理器查看对应串口号：'COM'后面接着的数字就是串口号

没有意外的话，烧录完成之后会自动重启运行，屏幕应该被点亮。

蓝牙使用注意事项

在连接板子设备之前，请打开手机的蓝牙网络共享功能！！！

Android蓝牙使用注意事项

以下是Android手机的蓝牙设置界面，通过打开个人热点共享中的蓝牙共享网络功能。

 

 

⚠ 注意 如果iOS在蓝牙列表未看见sifli-pan 设备，请尝试重启手机。

开始使用

正确烧录固件后，开发板初始化界面如下:

激活设备

烧录固件之后，确保蓝牙共享网络已打开，这时，手机就可以连接蓝牙 sifli-pan 设备了。 以下是Android手机连接状态示例图:

⚠ 注意：一般情况下，Android连接成功后，连接的蓝牙设备会显示正在向设备共享网络（iOS不会显示）,我们可以以此确定是否成功开启蓝牙网络共享

⚠ 连接上sifli-pan设备后，开发板会有连接画面提示，此时按下对话按键（参考对应硬件支持查看对话按键），xiaozhi则会提示需要登录到控制面板，填设备码。

 

 

⚠ 这个时候，打开浏览器，输入网址：https://xiaozhi.me。浏览器用手机或者电脑都可以。 进入小智 AI 的网页后，点击控制台，用手机号登录。

新建智能体填写，最后添加设备码。

这个时候拔掉开发板上的数据线再接入就可以正常使用了

 

异常情况：

1. 对应手机的显示可能是未打开蓝牙共享直接连接sifli-pan设备
2. 蓝牙共享网络关闭
3. 蓝牙已断开

 

唤醒 & 重连

唤醒

长时间未对话小智会进入休眠，此时需要按下唤醒键进行唤醒（参考对应硬件支持查看唤醒键）

重连

支持重连操作：若无主动删除手机匹配列表下的sifli-pan设备，当按下唤醒键也可进行蓝牙重连（参考对应硬件支持查看唤醒键）

 

*6、BOM清单

*7、大赛LOGO验证

* 8、演示您的项目并录制成视频上传

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