一、項目功能介紹

本作品是一款放置在家中的智能空調伴侶，旨在用戶家中傳統(tǒng)的空調實現(xiàn)智能控制。智能伴侶以瑞薩R7FA2E1A72DFL作為主控，利用溫濕度傳感器單元、WiFi數(shù)據(jù)傳輸單元、紅外收發(fā)單元、語音單元、LCD顯示單元等進行智能控制，實現(xiàn)了室內溫濕度采集、實時天氣預報、空調工作狀態(tài)設置、語音識別、語音播報、LCD顯示等功能。

產品具體特性如下：

USB接口，5V，1A供電

2.4寸LCD屏顯示功能，顯示室內溫濕度以及室外天氣情況

實時天氣預報功能，每半小時更新一次室外天氣

室內溫濕度采集功能，濕度精度±2%，溫度精度±0.5℃

云端功能設置，可通過微信小程序對空調工作狀態(tài)進行遠程設置

語音識別功能，可識別喚醒詞、天氣預報、室內濕度、室內溫度、空調溫度增減等關鍵詞，并進行相應設置

語音播報功能，可播報當前室內溫濕度以及天氣情況

更多特性演示可以參考下方視頻。

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本項目硬件部分100%使用立創(chuàng)EDA進行設計。

本項目軟件、硬件完全開源，可以瀏覽、下載本項目資源，或在此基礎上進行二次開發(fā)，但是禁止未授權的商用。

二、開源協(xié)議

該項目開源協(xié)議使用GPL3.0

三、硬件部分

系統(tǒng)整體方案

本作品是基于瑞薩R7FA2E1A72DFL微控制器作為主控制器。整個系統(tǒng)分為7個單元，分別為供電單元、主控單元、傳感器采集單元、WiFi數(shù)據(jù)傳輸單元、語音處理單元、顯示單元以及控制輸出單元。

具體方案框圖如下所示：

各單元詳細介紹如下：

1供電單元

原理圖如下：

如上原理圖所示，供電單元采用micro usb作為供電接口輸入5V電壓，采用AMS1117-3.3 LOD作為5V轉3.3V電源使用。由于該USB接口為常用電源插拔口，為了安全增加USB專用ESD芯片USBLC6-2P6，防止插拔過程中產生靜電造成接口損傷；USB轉串口通訊部分放到控制輸出單元詳細說明。

2主控單元

原理圖如下：

主控單元由上圖所示，程序下載調試接口使用SWD口；芯片子時鐘配置為32.768K用于RTC定時使用；芯片工作模式選擇接口默認設置為高電平，為單芯片模式；芯片復位電路上增加續(xù)流二極管，可以將復位線上電容的電壓快速泄放到電源上；

3傳感器采集單元

原理圖如下：

傳感器采集單元如上圖所示，DHT11主要用于室內溫濕度采集，如果傳感器和主控芯片之間通訊距離過遠導致誤碼，可以適當減小R20，延長通訊距離；NTC10K主要用于不采集濕度只采集溫度場景下，降低成本使用；

4WiFi數(shù)據(jù)傳輸單元

原理圖如下：

WiFi數(shù)據(jù)傳輸單元如上圖所示，此WiFi模組采用樂鑫ESP8266模塊，按鍵SW3用于下載WiFi程序使用，WiFi下載時，IO0=0,再按下SW2復位后才可進入下載模式。WiFi供電需要保證3.3V，0.5A，在WiFi進入smart config模式時峰值電流可能達到500mA左右。WiFi串口0連接主控芯片串口1，由于有時WiFi需要單獨測試使用，所以在WiFi與主芯片連接串口之間增加了跳線帽，方便測試使用。

5語音處理單元

原理圖如下：

語音處理單元如上圖所示，5V供電，保證0.5A供電電流，由于喇叭工作時電流波動較大，所以電源處要增加電容。注意喇叭和mic差分走線，PCB上最好對這兩對線做包地處理，減少音頻信號傳輸干擾。在mic和喇叭接口處增加雙向TVS，防止ESD干擾，注意TVS一定選取寄生電容小的，防止對音頻產生干擾。H4音頻模組燒錄接口，燒錄時SW5需要按下。

6顯示單元

原理圖如下：

顯示單元如上圖所示，10Pin SPI通訊2.4寸LCD屏，LCD主控芯片為ST7789V2。R15、R14、R16為LCD背光限流使用。

7控制輸出單元

原理圖如下：

控制輸出單元如上圖所示，分為三部分，紅外收發(fā)、通訊接口、單按鍵開關。紅外接收單元用于接收市面上紅外遙控器發(fā)送的編碼，發(fā)送單元用于發(fā)送空調控制編碼，二者底層驅動皆采用NEC協(xié)議。USB接口連接CH340實現(xiàn)USB轉串分別用于與主芯片打印串口連接和與WiFi串口0連接，具體連接哪一個可以使用SW4進行選擇，SW4抬起連接WiFi串口，SW4按下連接主控芯片串口2。單按鍵開關工作原理在原理圖上已經標明，通過兩個GPIO可以實現(xiàn)整個設備的開啟關閉，注意此電路只能實現(xiàn)延遲關閉不能實現(xiàn)延遲開啟。

總原理圖如下所示：

PCB如下所示：

實物圖如下所示：

如上圖所示：PCB設計時注意項如下：

WiFi模組天線位置將PCB切除，且WiFi天線周圍做凈空處理，防止對WiFi信號產生影響；

語音模塊的喇叭還有mic注意差分走線，且走線包地良好；

晶振附近的地保證良好，防止EMI；

SPI線注意等長；

電源線注意粗細合理，按照10mil最大500mA設計；

退耦電容放在芯片電源引腳附近，越近越好。ESD器件放在干擾源傳輸?shù)娜肟谔帲?/p>

PCB板的接口和安裝孔布局合理，可能產生互相干擾的器件分開放置；

后續(xù)可能需要進行調試的信號PCB添加測試點；

未完待續(xù)