基于STM32H7 MCU的智能家居語音接口參考設(shè)計

STEVAL語音接口可將基于云計算服務(wù)的Alexa體驗(yàn)帶到烤箱、爐灶、溫度計、百葉窗、吹風(fēng)機(jī)等家電產(chǎn)品，減少傳統(tǒng)按鈕和旋鈕的使用，而無需在電子硬件上大量投資。本方案采用集成了Alexa語音用戶接口軟件的STM32H7 MCU，可簡化家電控制器的研發(fā)，而且軟、硬件都可以輕松調(diào)整和修改。

圖1. STEVAL語音接口樣板

方案特點(diǎn)

ASTEVAL-VOICE-UI語音接口參考設(shè)計包括一個STM32H743高性能MCU、一個Wi-Fi模塊，板子尺寸36mm x 65mm。與采用DSP、無閃存處理器等常用元器件的Alexa產(chǎn)品不同，本方案即使環(huán)境吵鬧嘈雜，麥克風(fēng)間隔很小，音頻前端仍能提供出色的遠(yuǎn)場語音檢測功能。

圖2. STEVAL語音接口電路圖

方案主控MCU STM32H7集成了系統(tǒng)所需的全部功能，包括音頻前端處理、本地喚醒詞檢測、通信接口，以及RAM內(nèi)存和閃存，可縮減系統(tǒng)的PCB尺寸和簡化布局。主要特點(diǎn)包括：

(1)音頻前端帶有免費(fèi)的Audio Weaver工具許可證，可幫助用戶輕松地微調(diào)產(chǎn)品設(shè)計。

(2)用戶可自定義和擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計，例如，第二個喚醒詞、附加的本地化命令、聲控圖形顯示，給用戶帶來難以抗拒的使用體驗(yàn)。

(3)如果需要專用麥克風(fēng)間距、聲學(xué)特性和用戶界面定義，模塊化硬件讓用戶可以實(shí)現(xiàn)自定義子板。

(4)包含成熟的軟件，提供支持Alexa產(chǎn)品所需的功能。

芯齊齊BOM分析

STEVAL-VOICE-UI參考設(shè)計由一塊小主板和一個子板組成，BOM元器件共165個。

芯齊齊BOM分析工具顯示，STEVAL主板由STM32H7 MCU、LBEE5KL藍(lán)牙模組、MB23ABS1、等關(guān)鍵功能芯片在內(nèi)的63個元器件組成。其中，

- STM32H753VIT6E是意法半導(dǎo)體的LQFP封裝高集成MCU，集成了480MHz Cortex-M7和240MHz Cortex-M4雙核，具有2MB嵌入式Flash存儲和1Mb嵌入式SRAM存儲，可降低部署成本;

- 2.4GHz Wi-Fi子系統(tǒng)配備Murata 1DX模塊(用于旁路模式，耦合到ISSI IS25LP016D 2MB NOR Flash存儲器)。

- LBEE5KL藍(lán)牙模組組合了Wi-Fi 11b/g/n以及Bluetooth 5.1功能。

- ST1S12GR是同步整流0.7A、1.7MHz可調(diào)步降開關(guān)穩(wěn)壓器，帶抑制功能。

- STSAFE-A110用來為外設(shè)和IoT設(shè)備提供最先進(jìn)的安全認(rèn)證。

- X3為32.768kHz標(biāo)準(zhǔn)石英晶體振蕩器，驅(qū)動電平為1.6-3.6V;X1是一個16.00MHz頻率的石英晶體諧振器，匹配電容為8pF。

方案子板BOM采用了102個基礎(chǔ)元器件，包括FDA903D功放，3個MP23DB01HP MEMS麥克風(fēng)，4個來自歐司朗的RGB LED，1個QFN20 3x3封裝的12通道LED驅(qū)動器。其中：

- MP23DB01HP為意法半導(dǎo)體提供的3.5x2.65封裝高性能MEMS數(shù)字麥克風(fēng)。

- FDA903D是帶負(fù)載電流監(jiān)控的1x 45W D類數(shù)字輸入汽車功放，具有寬電壓操作范圍。

圖3. STEVAL語音接口PCB布線圖

PCB布線上，方案采用了主板/子板結(jié)構(gòu)確保高度模塊化，子板還采用了14個0歐姆厚膜貼片電阻器(跳線電阻)，以減少遠(yuǎn)場音頻捕獲時的高頻干擾。

審核編輯：湯梓紅