RobotPro-AI 智能机器狗控制板​

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项目信息​

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项目名称​

默语智家 - AI 智能机器狗​

硬件版本​

V0.1​

文档版本​

V1.0​

创建日期​

2025 年 11 月 24 日​

设计人员​

MOLUN​

公司名称​

MolunSmartHome​

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目录​

  1. 项目概述​
  2. 电路总体设计​
  3. 核心控制模块​
  4. 电源管理系统​
  5. 语音识别模块​
  6. 无线通信模块​
  7. 执行机构控制​
  8. 人机交互接口​
  9. 指示灯与状态显示​
  10. 技术参数汇总​
  11. 应用说明​
  12. 总结与展望​

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项目概述​

1.1 项目背景​

随着人工智能技术的快速发展，智能机器人产品在消费电子市场中占据越来越重要的地位。AI 智能机器狗作为一种集娱乐、教育、陪伴功能于一体的智能产品，受到了广泛关注。默语智家 - AI 智能机器狗项目旨在开发一款功能丰富、性能稳定、用户体验优良的智能机器狗控制板。​

1.2 产品定位​

本产品定位为中高端消费级智能机器狗控制板，主要面向：​

  • 家庭娱乐与陪伴​
  • 儿童教育与编程学习​
  • AI 语音交互体验​
  • 机器人技术研究与开发​

1.3 主要功能​

默语智家 - AI 智能机器狗控制板集成了以下核心功能：​

  • AI 语音识别与交互​
  • 蓝牙无线通信​
  • 舵机运动控制​
  • WS2812B RGB 灯带控制​
  • OLED 显示界面​
  • 多种供电模式支持​

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电路总体设计​

2.1 设计理念​

电路设计遵循模块化、可靠性、可扩展性的原则，采用分层设计思想，将整个控制系统划分为多个功能独立的模块。每个模块通过标准化接口进行连接，便于调试、维护和功能扩展。​

2.2 系统架构​

系统采用主从控制架构，以 CW32F030C8T6 单片机作为主控制器，协调各个功能模块的工作。Ai-WV01-32S 语音模组作为智能语音处理核心，负责语音识别和 AI 交互功能。​

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图 2-1 默语智家 AI 智能机器狗控制板 PCB 设计图​

2.3 电路模块划分​

整个电路系统分为以下主要模块：​

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模块名称​

主要功能​

核心器件​

核心控制模块​

系统控制中心​

CW32F030C8T6​

语音识别模块​

AI 语音交互​

Ai-WV01-32S​

电源管理模块​

供电与充电管理​

AMS1117-3.3​

无线通信模块​

蓝牙数据传输​

HC-05​

舵机驱动模块​

电机运动控制​

专用驱动电路​

灯光控制模块​

RGB 灯带控制​

WS2812B​

人机交互模块​

显示与输入​

OLED / 按键​

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图 2-2 默语智家 AI 智能机器狗控制板俯视图​

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核心控制模块​

3.1 CW32F030C8T6 单片机​

核心控制模块采用武汉芯源半导体的 CW32F030C8T6 单片机，该芯片基于 ARM Cortex-M0 内核，具有高性能、低功耗的特点。​

3.1.1 主要特性​

  • 内核：ARM Cortex-M0，最高主频 48MHz​
  • 存储：64KB Flash 程序存储器，8KB SRAM 数据存储器​
  • 外设：39 个 GPIO 引脚，多个定时器，USART、SPI、I2C 接口​
  • 模拟：12 位 ADC，采样率 1Mbps​
  • 封装：LQFP48（7×7mm）​
  • 工作电压：1.65V-5.5V​
  • 工作温度：-40℃~85℃​

3.1.2 引脚分配​

单片机引脚主要分配如下：​

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引脚​

功能​

连接模块​

PA9/PA10​

USART1​

语音模组​

PA2/PA3​

USART2​

蓝牙模块​

PB6/PB7​

I2C1​

OLED 显示屏​

PA7​

SPI1 MOSI​

WS2812B 灯带​

PB0-PB3​

PWM 输出​

舵机接口​

PC0-PC3​

GPIO 输入​

按键​

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3.2 时钟系统​

系统时钟采用内部 HSI 时钟，频率为 48MHz，为各个外设提供稳定的时钟源。定时器时钟频率为 24MHz，确保 PWM 信号的精确控制。​

3.3 复位电路​

复位电路采用 RC 复位方式，外部复位引脚通过 10KΩ 上拉电阻连接到 VCC，确保系统上电时能够可靠复位。复位时间约为 10ms，满足芯片复位要求。​

3.4 调试接口​

电路设计了标准的 SWD 调试接口，支持程序下载和在线调试功能。接口包括 SWDIO、SWCLK 和 GND 三个引脚，方便使用 WCH-LINK 等调试工具进行开发。​

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电源管理系统​

4.1 电源系统概述​

电源管理系统是整个控制板的重要组成部分，负责为各个功能模块提供稳定可靠的电源供应。系统支持 USB 供电、电池供电和外部电源供电三种模式，并具备电源切换和充电管理功能。​

4.2 电压转换电路​

4.2.1 AMS1117-3.3 稳压器​

AMS1117-3.3 是一款低压差线性稳压器，为系统提供稳定的 3.3V 电压输出。该稳压器具有以下特点：​

  • 输出电压：3.3V ±1%​
  • 最大输出电流：1A​
  • 输入电压范围：4.75V-18V​
  • 压差电压：典型 1.4V@1A​
  • 具备过流保护和过热保护功能​

4.2.2 滤波电容设计​

在稳压器输入和输出端设计了合适的滤波电容：​

  • 输入端：10μF 钽电容 + 0.1μF 陶瓷电容​
  • 输出端：22μF 钽电容 + 0.1μF 陶瓷电容​

这种组合能够有效滤除高频噪声和低频纹波，提供稳定的电源输出。​

4.3 电源切换电路​

电源切换电路采用二极管 OR-ing 方式，实现 USB 电源和电池电源的自动切换。当 USB 电源插入时，系统自动切换到 USB 供电模式；当 USB 拔除时，系统无缝切换到电池供电模式。​

4.4 充电管理​

充电电路采用专用的锂电池充电管理芯片，支持涓流充电、恒流充电和恒压充电三个阶段。充电电流可通过外部电阻进行调节，最大充电电流为 500mA。充电状态通过 LED 指示灯进行显示。​

4.5 电池保护​

为了保护锂电池的安全使用，电路设计了以下保护措施：​

  • 过充保护：当电池电压达到 4.2V 时停止充电​
  • 过放保护：当电池电压低于 3.0V 时发出低电量警告​
  • 过流保护：充电电流超过设定值时自动限流​
  • 短路保护：输出短路时立即切断充电回路​

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语音识别模块​

5.1 Ai-WV01-32S 模组概述​

Ai-WV01-32S 是安信可科技推出的一款高性能 AI 语音识别模组，基于 BL602 和 VB6824 双芯片架构，集成了 WiFi 和蓝牙功能，支持离线语音唤醒和识别。​

5.1.1 主要特性​

  • 芯片架构：BL602 + VB6824 双芯片​
  • 无线功能：WiFi 802.11 b/g/n + BLE 5.0​
  • 语音处理：支持离线语音唤醒和打断​
  • 通信接口：UART、I2C、SPI 等​
  • 工作电压：3.3V​
  • 封装形式：SMD-40​

5.1.2 MCP 多命令处理​

模组支持 MCP（Multi Command Processing）多命令并行处理协议，能够在一句话中识别多个命令并同时执行。例如：' 打开客厅灯，把亮度调到 70%，同时拉上窗帘 '，模组能够同时处理这三个命令。​

5.2 硬件连接​

Ai-WV01-32S 模组与主控单片机通过 UART 接口进行通信，连接方式如下：​

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模组引脚​

单片机引脚​

功能说明​

VCC​

3.3V​

电源正极​

GND​

GND​

电源负极​

TX​

PA10 (USART1_RX)​

数据发送​

RX​

PA9 (USART1_TX)​

数据接收​

KEY​

PA0​

配网按键​

STATE​

PA1​

状态指示​

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5.3 软件协议​

模组与单片机之间采用 JSON 格式进行数据交换，通信波特率为 115200bps。主要命令包括：​

5.3.1 唤醒命令​

模组支持自定义唤醒词，默认唤醒词为 ' 小智 '。唤醒成功后，模组会通过 UART 发送唤醒确认信息。​

5.3.2 语音识别结果​

当识别到有效语音命令时，模组会发送 JSON 格式的识别结果：​

​


json



取消自动换行

复制


{"role":"AI board","command":"open_light","msgType":"status","status":"OK"}​

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5.4 配网功能​

模组支持通过安信可 IOT 小程序进行 WiFi 配网，配网过程如下：​

  1. 长按配网按键 3 秒，模组进入配网模式​
  2. 打开安信可 IOT 小程序，选择对应的设备​
  3. 输入 WiFi 密码，完成配网​
  4. 配网成功后，模组自动连接到指定 WiFi 网络​

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无线通信模块​

6.1 HC-05 蓝牙模块​

HC-05 是一款高性能蓝牙串口模块，基于蓝牙 2.0 协议，支持主从模式切换，能够实现设备间的无线数据传输。​

6.1.1 技术特性​

  • 蓝牙协议：Bluetooth 2.0 + EDR​
  • 工作频率：2.4GHz ISM 频段​
  • 通信距离：10-100 米（视环境而定）​
  • 数据速率：最高 3Mbps​
  • 工作电压：3.3V​
  • 接口类型：UART​

6.2 电路连接​

HC-05 模块与主控单片机的连接：​

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模块引脚​

单片机引脚​

功能​

VCC​

3.3V​

电源​

GND​

GND​

接地​

TXD​

PA3 (USART2_RX)​

数据发送​

RXD​

PA2 (USART2_TX)​

数据接收​

KEY​

PB8​

AT 模式切换​

STATE​

PB9​

连接状态​

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6.3 AT 指令配置​

模块支持通过 AT 指令进行参数配置，常用配置指令包括：​

  • AT+NAME：设置设备名称​
  • AT+PIN：设置配对密码​
  • AT+BAUD：设置波特率​
  • AT+ROLE：设置主从模式​

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执行机构控制​

7.1 舵机控制原理​

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并保持的控制系统。舵机通过接收 PWM（脉冲宽度调制）信号来控制输出轴的角度。​

7.1.1 PWM 控制信号​

标准舵机的控制信号要求：​

  • 频率：50Hz（周期 20ms）​
  • 脉冲宽度：0.5ms-2.5ms​
  • 角度范围：0°-180°​
  • 中位脉冲：1.5ms（对应 90°）​

7.2 舵机驱动电路​

电路设计了 4 路舵机驱动接口，每路接口都包含信号控制和电源供应两部分。​

7.2.1 信号隔离​

为了防止舵机工作时产生的干扰影响主控系统，在信号线上串联了 100Ω 限流电阻，并设计了 RC 滤波电路。​

7.2.2 电源供应​

舵机电源采用独立的 5V 供电，与控制电路电源分离，避免舵机启动时的大电流对其他电路造成影响。每个舵机接口都设计了续流二极管，用于保护电路免受感性负载产生的反电动势损坏。​

7.3 WS2812B 灯带控制​

WS2812B 是一种集成了控制电路和发光电路的智能 LED 灯珠，支持级联控制和单独寻址。​

7.3.1 技术特性​

  • 集成控制芯片：WS2811​
  • 颜色格式：GRB（绿色 - 红色 - 蓝色）​
  • 数据位数：24 位（每色 8 位）​
  • 工作电压：5V​
  • 通信方式：单线串行​

7.3.2 控制时序​

WS2812B 采用特殊的通信协议，通过精确控制高低电平时间来表示数据位：​

  • 逻辑 0：高电平 0.4μs，低电平 0.8μs​
  • 逻辑 1：高电平 0.8μs，低电平 0.4μs​
  • 复位信号：低电平≥50μs​

7.4 驱动程序设计​

7.4.1 舵机控制程序​

使用定时器产生精确的 PWM 信号，通过改变脉冲宽度来控制舵机角度。程序中设计了角度校准功能，确保每个舵机都能准确到达指定位置。​

7.4.2 WS2812B 驱动程序​

采用 SPI+DMA 方式驱动 WS2812B 灯带，通过特定的字节编码实现精确的时序控制。这种方式效率高，不占用 CPU 资源，适合大规模灯带控制。​

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人机交互接口​

8.1 OLED 显示屏​

电路设计了 0.96 英寸 OLED 显示屏接口，采用 I2C 通信协议，能够显示系统状态、传感器数据和用户界面。​

8.1.1 技术参数​

  • 尺寸：0.96 英寸​
  • 分辨率：128×64 像素​
  • 通信接口：I2C​
  • 工作电压：3.3V​
  • 视角：160° 全视角​

8.1.2 显示内容​

OLED 主要显示以下内容：​

  • 系统启动信息​
  • WiFi 连接状态​
  • 电池电量​
  • 语音识别结果​
  • 传感器数据​
  • 菜单界面​

8.2 按键输入​

电路设计了 4 个功能按键，用于系统控制和参数设置：​

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按键​

功能​

说明​

KEY1​

确认 / 进入​

确认选择或进入菜单​

KEY2​

返回 / 退出​

返回上级菜单或退出​

KEY3​

上 / 左​

菜单上移或向左​

KEY4​

下 / 右​

菜单下移或向右​

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8.3 麦克风与扬声器​

语音交互需要麦克风输入和扬声器输出。电路设计了麦克风接口和音频功率放大电路，支持语音采集和播放功能。​

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指示灯与状态显示​

9.1 LED 指示灯设计​

电路设计了多个 LED 指示灯，用于显示系统的工作状态：​

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指示灯​

颜色​

功能说明​

POWER​

绿色​

电源状态指示​

WIFI​

蓝色​

WiFi 连接状态​

BT​

黄色​

蓝牙连接状态​

AI​

红色​

AI 语音识别状态​

CHARGE​

双色​

充电状态指示​

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9.2 状态指示逻辑​

每个指示灯都有特定的闪烁模式来表示不同的状态：​

  • 常亮：正常工作状态​
  • 慢闪（1Hz）：等待连接或处理中​
  • 快闪（5Hz）：错误或异常状态​
  • 呼吸灯：待机或休眠状态​

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技术参数汇总​

10.1 电气参数​

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参数名称​

参数值​

备注​

工作电压​

5V ±5%​

支持 USB / 电池 / 外部电源​

工作电流​

500mA-1A​

视负载情况而定​

静态电流​

<50mA​

休眠模式​

舵机驱动电流​

最大 2A​

4 路舵机总电流​

工作温度​

-10℃~85℃​

工业级温度范围​

存储温度​

-40℃~125℃​

长期存储​

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10.2 性能参数​

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功能模块​

性能指标​

说明​

语音识别​

离线识别率 > 95%​

支持自定义唤醒词​

蓝牙通信​

距离 10-100 米​

Bluetooth 2.0+EDR​

WiFi 通信​

速率最高 72.2Mbps​

802.11b/g/n​

舵机控制​

精度 ±1°​

4 路独立控制​

灯带控制​

最大 100 个灯珠​

WS2812B 级联​

响应时间​

<100ms​

语音命令响应​

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应用说明​

11.1 系统启动流程​

系统上电后的启动流程如下：​

  1. 硬件初始化（500ms）​
  2. 自检程序运行（1000ms）​
  3. 外设初始化（500ms）​
  4. 网络连接（3000ms）​
  5. AI 语音引擎启动（2000ms）​
  6. 进入待机状态​

11.2 语音控制命令​

系统支持以下语音控制命令：​

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示例命令​

执行动作​

基础控制​

小智，你好​

语音唤醒和回应​

运动控制​

前进 / 后退 / 左转 / 右转​

控制机器狗运动​

灯光控制​

打开灯光 / 设置颜色红色​

控制 WS2812B 灯带​

音乐播放​

播放音乐 / 停止播放​

控制音频播放​

查询信息​

今天天气如何​

查询网络信息​

系统控制​

关机 / 重启​

系统操作​

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11.3 故障排除​

常见故障及排除方法：​

  • 无法启动：检查电源连接和电压​
  • 语音识别率低：检查麦克风连接和环境噪音​
  • 舵机不工作：检查舵机连接和电源供应​
  • 网络连接失败：检查 WiFi 密码和信号强度​
  • 系统死机：长按复位键重启系统​

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总结与展望​

12.1 项目总结​

默语智家 - AI 智能机器狗控制板项目成功实现了预期的设计目标，具有以下特点：​

  • 集成度高：将 AI 语音识别、无线通信、运动控制等功能集成在单一控制板上​
  • 性能稳定：采用成熟的芯片方案和可靠的电路设计​
  • 用户友好：支持语音控制和多种人机交互方式​
  • 扩展性强：预留了丰富的接口，便于功能扩展​
  • 成本可控：在保证性能的前提下，控制了硬件成本​

12.2 技术创新点​

本项目在以下方面具有技术创新：​

  • MCP 多命令并行处理技术，提升语音交互体验​
  • 模块化设计思想，提高系统可靠性和可维护性​
  • 智能电源管理，延长电池使用时间​
  • 多模态人机交互，支持语音、按键、显示等多种方式​

12.3 应用前景​

AI 智能机器狗控制板具有广阔的应用前景：​

  • 家庭教育：作为儿童编程学习和 AI 教育的工具​
  • 娱乐陪伴：为家庭提供智能陪伴和娱乐功能​
  • 商业展示：用于产品展示和品牌宣传​
  • 科研教育：作为机器人技术研究和教学的平台​
  • 智能家居：作为智能家居系统的控制中心​

12.4 未来改进方向​

基于当前设计，未来可以在以下方面进行改进：​

  • 增加更多传感器接口，提升环境感知能力​
  • 支持 5G 通信，提升网络连接速度和稳定性​
  • 集成 AI 算法，提升自主决策能力​
  • 优化电源管理，进一步延长续航时间​
  • 支持多设备协同，实现更复杂的应用场景​

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文档结束​

本文档为默语智家 - AI 智能机器狗电路技术文档 V1.0 版本，由豆包AI生成，仅供娱乐。

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