ESP32-C3 迷你智能语音照明
一、概述
二、硬件原理图设计
三、硬件PCB软件设计
四、软件设计
五、结构设计
六、总结
一、概述
本设计是使用ESP32-C3芯片，结合TP4057锂电池充电管理芯片、SIQ-02FVS3旋转编码器、离线语音识别模块、无源蜂鸣器、TYPE-C接口设计的一款迷你智能照明产品。
功能特点：
一键开关机，关机时做到绝对断电。
旋转开关对四个LED（上方1206LED）进行开关控制，左旋操作LED渐亮，右旋操作LED渐暗，往下触发按键对LED进行开或关。
无源蜂鸣器，实现开机声，关机声，还可播放音乐。
语音识别模块控制LED亮灭，
控制下方RGB LED进行不同颜色显示。
前置0.96寸OLED显示。
底部3.7V锂电池续航供电。
外观精致小巧，5cm X 3.2cm
过流保护， 1A自恢复保险丝。
效果图：
实物图：
二、硬件设计
1、主芯片
主芯片直接采用ESP32-C3模组，外围电路简单，还可以剩下一个USB转串口IC，C3内部自带USB。
2、旋转编码器
使用MCU内部上拉，减少外围电路复杂度，使用按键（S极）GPIO9复用下载模式，省去一个上电复位按键。
3、LED
1206白色LED和RBG LED，前者采用PWM控制LED亮度，后者使用RBG编码控制颜色，因为RBG LED存在待机电流，所以增加一个MOS管进行开关控制，降低功耗。
4、TYPE-C接口及充电管理IC
采用主流TYPE-C接口，搭配TP4057 IC进行锂电池充电管理。
5、无源蜂鸣器
6、语音识别模块
通过线上配置SKD，下载到语音模块，当识别到设定的语音时控制对应的IO。由于语音模块运行时的静态电流并不低，增加一个按键开关进行电源控制。
7、0.96 OLED
同样的，为了保证待机功耗，也增加了一个供电开关。
8、一键开关机电路
通过GPIO1进行供电自锁，F1为1A自恢复保险丝，通过AMS1117为系统3.3V供电。
9、电池电量检测
100nF滤波电容需要尽量靠近芯片引脚端。
三、硬件PCB软件设计
PCB采用两层板设计，采用多个模块堆叠的方式，保证整个设计尽量小巧迷你，OLED堆叠在ESP32-C3模组之上，实体采用胶布进行隔离。
顶层：
四个1206LED于左上，旋转编码器于右上，唯一与外界的下载接口在右侧中央，中间为无源蜂鸣器，下方还有四个RGB LED可产生各种颜色，右下角为语音模块的供电开关。
底层：
锂电池根据板子的规格购买，刚好能嵌入到底层，语音识别模块也在板子底部，还有各种器件。
四、软件设计
采用Arduino IDE进行软件代码编写。
软件逻辑：
1.一键开关机
上电后对供电进行自锁，收到关机指令后释放自锁，以实现一键开关机功能。
2.十秒无操作熄屏省电
采用millis（）函数进行计数，如下代码，以每秒进行累加，十秒以内如果没有操作旋转开关（若操作旋转开关，会对sreen变量进行重新幅值），则screen会累加到10，进行关闭OLED的操作。
3.低电量自动关机
每十秒进行电量的判断，如果低于百分之30，为保护电池寿命，自动进行关机。
static uint32_t oledtime = 0;if (millis() - oledtime > 1000) { //定时一秒钟 十秒钟无操作，则关闭OLED供电oledtime = millis(); // 重新计时screen = screen + 1;if (screen >= 10) { //每十秒没有操作，则关闭oleddigitalWrite(21, 1); //关闭OLED供电double analogVolts = analogReadMilliVolts(4); //引脚4读取ADC 电压模拟量double power = ((((analogVolts / 1000) * 2) - 3) / 1.2) * 100; //从3.0V-4.2V换算成容量百分比if ((((((analogVolts/1000)*2)-3)/1.2)*100) < 30) {// Serial.printf(" LL\r\n");digitalWrite(1, 0); //如果电量小于30 自动关机} }}4.编码器按键功能
每按一次，对LED的控制反向，同时，在开灯时显示电池电量，如果电量低于百分之50，显示L字样，同时置位OLED关闭的时间。
//编码器按键 控制开关if (digitalRead(key) == 0) {delay(120);if (digitalRead(key) == 0) {if (bright == 0) {bright = 255;ledcAnalogWrite(LEDC_CHANNEL_1, bright);///只在开灯的时候，显示电量，关灯无动作digitalWrite(21, 0); //打开OLED供电u8x8.begin();// u8x8.setPowerSave(0);u8x8.setFont(u8x8_font_chroma48medium8_r);double analogVolts = analogReadMilliVolts(4); //引脚4读取ADC 电压模拟量double power = ((((analogVolts / 1000) * 2) - 3) / 1.2) * 100; //从3.0V-4.2V换算成容量百分比dtostrf(power, 2, 0, power_string); //函数转换，double转换成字符串if (power < 50) {u8x8.drawString(10, 0, "L"); }u8x8.drawString(12, 0, power_string);u8x8.drawString(15, 0, "%");if (power < 30) {digitalWrite(1, 0); //如果电量小于30 自动关机}} else {bright = 0;ledcAnalogWrite(LEDC_CHANNEL_1, bright);}screen = 1; //每按一次按键，重置关闭屏幕的时间}}5.无源蜂鸣器
输出不同的频率来实现特定的开机或关机声。
#define buzzer (6)
int freq = 2000; //设置频率
int channel_sp = 0; //通道号，取值0 ~ 15
int resolution = 8; //计数位数，2的8次幂=256void start_beep() //开机声
{ledcWrite(channel_sp, 125); //一半占空比ledcWriteTone(channel_sp, 2000);delay(100);ledcWriteTone(channel_sp, 2500);delay(100);ledcWriteTone(channel_sp, 3000);delay(250);ledcWriteTone(channel_sp, 0);
}void off_beep() //关机声
{ledcWrite(channel_sp, 125); //一半占空比ledcWriteTone(channel_sp, 3000);delay(100);ledcWriteTone(channel_sp, 2500);delay(100);ledcWriteTone(channel_sp, 2000);delay(250);ledcWriteTone(channel_sp, 0);
}
五、结构设计
其实这个板子一开始使用的是嘉立创EDA自带的3D外壳设计，那个时候采用的是上下扣合的方式，后面为了美观一些，就直接采用亚克力板上下螺丝固定，螺丝孔大小为M3，将板子外形文件发给某宝定制亚克力。
六、总结
其实这个产品整体难度并不大，基本也就是大学时候做的电路设计差不多，复杂度并不高，不过其中有的细节却是结合了工作所学，读书期间，没有经历过一个电子产品完整的设计周期，设计的产品，可能说能用，但不会非常可靠，一个便携式电子产品不论从整体功耗还是静电防护，还是功能逻辑，还是系统可靠性，健壮性，都需要关注到位（当然了，这个板子的ESD IC我没加，主要是因为业余设计，物料能少就少，设计简单）。