小智AI硬件搭建指南 – XiaoZhi AI - ESP32 Voice Robot & XiaoZhi Dev Board

小智AI硬件搭建指南本文详细介绍了搭建小智AI聊天机器人所需的硬件清单、组装步骤和接线方案,适合有一定电子基础的DIY爱好者参考。如果你想自己动手搭建一台小智AI,这份指南将为你提供详细的指导。

一、DIY所需硬件清单

1.1 核心组件

开发板:ESP32-S3-DevKitC-1(推荐选择 WROOM N16R8 模组)或微雪ESP32-S3-Touch-LCD-3.49数字麦克风:INMP441功放:MAX98357A腔体喇叭:8Ω 23W 或 4Ω 23W导线:跳线一盒,杜邦线若干400孔面包板 2块128x32 I2C(IIC)液晶显示屏,SSD1306驱动(推荐)ML307R Cat.1 4G模组,AT固件版(可选)6*6mm立式轻触开关(可选)1.2 辅助工具

除了核心组件外,你可能还需要以下工具:

万用表电烙铁套件钳子三件套Type-C数据线用于烧录固件的PC二、硬件详细说明

2.1 开发板选择

2.1.1 ESP32-S3-DevKitC-1(推荐)

尽量选择N16R8配置,即16MB Flash和8MB PSRAM的配置。N8R2配置需要进行额外设置:

把PSRAM的工作模式从OCTAL改为QUADFlash大小改为8MB自定义分区表改为partitions_8M.csv重新编译固件注意:部分开发板的RGB灯未接通,需要焊接灯座旁边的两个小焊点。建议购买时选择已接通RGB灯的版本。

2.1.2 微雪ESP32-S3-Touch-LCD-3.49

微雪推出的一体化开发板,集成了3.49英寸触摸液晶屏:

优势:一体化设计,减少接线复杂度,内置显示屏产品链接:https://www.waveshare.net/shop/ESP32-S3-Touch-LCD-3.49.htm配置要求:与ESP32-S3-DevKitC-1相同,推荐N16R8配置特点:支持触摸操作,可显示更丰富的界面信息微雪ESP32-S3-Touch-LCD-3.49开发板是小智AI最新支持的硬件平台,提供更好的用户交互体验。2.2 MEMS数字麦克风(INMP441)

这是最小的电子元件,焊接难度较大。新手建议购买已焊接好的成品。自行焊接时注意:

不可以让引脚和半环形金属线接通使用杜邦线接线时,不能把VDD和GND反接,否则容易烧坏(建议多买一个备用)2.3 数字功放(MAX98357A)

建议购买已经焊接排针的成品,使用面包板连接。

2.4 腔体喇叭(8Ω 3W 或 4Ω 3W)

端子可自行选择或不要。

2.5 导线

如果使用杜邦线连接(不使用面包板),请额外购买几条1分2的分叉线(母线),用于麦克风和数字功放的短接,以解决开发板的电源3V3和接地GND排针接口不够用的问题。

2.6 面包板(推荐)

强烈建议使用面包板组装,否则电子元件多起来后容易混乱。推荐使用两块400孔面包板拼接,将开发板安装在中间,最大化利用面包板空间。

面包板基础知识:

面包板分区块,中间两个区块相同数字横向的每行是连通的(中间隔断除外)正负红蓝线是竖向每列连通的(如有隔断除外)2.7 OLED显示屏(可选)

购买时需确认使用SSD1306驱动,建议选择GND开头的新版OLED屏幕。

2.8 Cat.1 4G模块(ML307R,可选)

ML307R是中移物联推出的Cat.1物联网模块,DC版比DL版增加了OpenCPU SDK二次开发支持。购买时需确认是AT固件版本。

使用说明:

此模块用于连接4G移动数据网络,实现AI联网对话适合户外等无WiFi环境使用建议选择可插拔卡的模块,如经常使用可用手机副卡(模块自带的流量卡每月流量可能不够)2.9 微动开关/按钮(可选)

使用6*6MM微动开关/轻触开关,在面包板上请岔开横行插入。新手建议使用2脚的直插按钮,避免短接引脚。

三、购买指南

3.1 购买渠道

在电商平台选购时,请注意:

部分电子元件可能未焊接引脚,可与商家沟通进行焊接或选择焊接好的商品尽量选择信誉高、销量大、评价好的店铺购买咨询和售后质量问题请自行与商家协商3.2 电烙铁入门

如果你是新手,可以选择购买焊接好的版本,或先观看电烙铁入门教程再进行焊接,避免损坏电子元件。

推荐教程:小白的电烙铁使用入门

四、接线方案

4.1 ESP32-S3-DevKitC-1标准版(44 IO引脚)接线

此接线方案适用于小智AI聊天机器人固件版本 >=V0.3.0。

注意:如果不使用面包板,请使用1分2的分叉线解决电源3V3和接地GND排针接口不够用的问题。

麦克风接线(INMP441)

ESP32-S3开发板麦克风(INMP441)GPIO4WS (数据选择)GPIO5SCK (数据时钟)GPIO6SD (数据输出)3V3VDD (电源正 3.3V)GNDGND (接地) 短接 L/R (左/右声道)功放接线(MAX98357A)

ESP32-S3开发板功放(MAX98357A)GPIO7DIN (数字信号)GPIO15BCLK (位时钟)GPIO16LRC (左/右时钟)3V3Vin/VCC (电源) 短接 SD (关机频道)GNDGND (接地) 短接 GAIN (增益和频道)喇叭接线

音频+ 接喇叭正极(一般红线)音频- 接喇叭负极OLED显示屏接线(可选)

ESP32-S3开发板OLED显示屏GPIO41SDA (数据线)GPIO42SCK (时钟线)3V3VCC (电源正)GNDGND (接地)4G模块接线(ML307R,可选)

ESP32-S3开发板4G模块(ML307R)LDO正极(4.7V)BAT(3.7~4.5V) 短接 EN使能GNDGND (接地)GPIO11TXD (发送数据)GPIO12RXD (接收数据)按钮接线(0.4.1版本及以上)

ESP32-S3开发板按钮GPIO39音量减-按钮(另一头接GND),短按减小音量,长按静音GPIO40音量加+按钮(另一头接GND),短按加大音量注意:

如果使用MAX98357A的BGA封装版本(较小),可以不接GAIN_GND短线请以表格引脚对照为准,预览图仅作外观参考麦克风如果焊接反了(进声孔朝下,排针朝上),可参考群文件中的反接图4.2 ESP32-S3-DevKitC-1果云版(42 IO引脚)接线

果云版与标准版的主要区别:

果云版少几个引脚,多了4个固定开孔版本1左上方3V3供电口调整到左下方版本2左边增加了GPIO19、GPIO20版本1左边的GPIO13、GPIO14、5VIN对应调整到版本2右下方版本2少了左右最下方的两个GND但外部模块的引脚接线与标准版相同,使用相同固件。

五、高级接线知识

5.1 外接按键详解

5.1.1 音量调节

固件版本0.3.3新增音量调节按钮:GPIO40接按钮,另一端接地,按下增加音量,长按静音固件版本0.4.1增加音量减少按钮:GPIO39接按钮,长按静音,之前的按钮长按变为最大音量5.1.2 唤醒/中断

固件版本0.3.1以上支持按键唤醒和中断对话:

可使用开发板上的Boot按钮或接GPIO0引脚,另一端接地对话时按下可打断,再次按下可唤醒恢复注意事项:外接按钮时不要直接在开发板上单行连接四脚开关,请错开成两行插接,避免引脚短接。

5.2 跳线颜色方案

建议的统一配色方案:

VCC:红色和棕色GND:灰色和黑色数字信号:咖啡色和橙色这样可以避免正负极反接。

5.3 不同连接模式

小智AI支持两种连接模式:

5.3.1 Duplex模式

使用一个I2S控制器连接麦克风和功放,适合GPIO数量不多的开发板。

开发板INMP441MAX98357AGNDGND, L/RGND, GAIN3.3VVDDSD, VINGPIO4WSLRCGPIO5SCKBCLKGPIO6SDGPIO7DIN5.3.2 Simplex模式(默认)

使用I2S 0连接麦克风,I2S 1连接功放,比Duplex模式多使用两个GPIO。

开发板INMP441MAX98357AGNDGND, L/RGND, GAIN3.3VVDDSD, VINGPIO4WSGPIO5SCKGPIO6SDGPIO7DINGPIO15BCLKGPIO16LRC默认配置使用Simplex模式,GPIO与电子元件引脚一对一关系,接线相对容易。MAX98357A的VIN引脚可接3.3V或5V。

5.4 液晶屏幕扩展

增加液晶屏幕可显示WiFi或4G信号强度:

开发板SSD1306GNDGND3.3VVCCGPIO41SDAGPIO42SCK5.5 4G模块扩展

注意:4G天线不能离麦克风太近(距离<3cm会有明显干扰)。最简处理方案是将天线粘贴在喇叭的模拟信号线上,远离麦克风。

4G模块需要5V电压供电。由于开发板只有5V VIN输入引脚,没有5V输出引脚,需要在LDO稳压器的近似5V引脚上引出电源。

六、故障排除

6.1 常见问题

RGB灯不亮

检查RGB灯旁边的两个焊点是否已接通。如未焊接,可先用导线接通,重启查看是否亮起。

电路故障检查方法

不接电源时:用万用表测试导线是否导通,如距离较远的两个GND引脚或两个3.3V引脚接电源后:检查GND与其他引脚电压是否在正常值范围接线完成后安全检查

完成接线后,建议使用万用表检查开发板和已安装电子元件上的GND与VCC(3.3V)之间是否有短路情况。确认无短路后,再接入USB电源。

6.2 隐藏接线提示

MAX98357和INMP441底部有隐藏接线,请特别注意检查。

七、相关文档

ESP32丐版实现方案 - 低成本方案固件下载与烧录教程 - 获取并安装固件小智AI常见问题 - 常见问题解答ESP-IDF开发环境搭建 - 编译自定义固件