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1 概述?

隨著人們生活水平的提高，對產品的功能要求也越來越高，追求舒適的體驗感，特別是對操控性的要求越來越高。目前風扇產品的控制方式有以下幾類：

• 按鍵控制：傳統控制方式，每次要走到風扇邊才行，操作麻煩；
• 遙控控制：采用紅外遙控或者藍牙遙控，方便遠距離控制，但遙控器容易丟，放置也麻煩。且遙控器上按鍵較少，當風扇功能多的時候無法用單次按鍵控制全部的功能，組合按鍵不符合人們使用習慣；
• 手機APP控制：每次控制需要打開手機APP，需要聯網，同時風扇需配網，操作繁瑣；
• 智能音箱控制：通過如天貓精靈等智能音箱直接控制，相對方便，但音箱需聯網狀態下才可使用，識別時有隱私安全問題，網絡延時大時控制的實時性不好。

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為了解決以上痛點，可以采用純離線語音識別進行控制，在成本增加不大的情況下，為產品帶來更多的亮點和競爭力。啟英泰倫針對該產品領域，已開發了整套離線語音風扇方案，下面對該方案進行介紹。

2 方案優勢?

啟英泰倫離線語音風扇相對傳統風扇方案，可讓用戶通過語音控制風扇設備，替換傳統遙控器或按鈕控制的方式，該方案有以下優勢：

• 可以直接使用語音控制風扇，且無需聯網，自然方便，識別率可達95%以上；
• 語音控制響應快，一般在0.2~0.8s內完成；
• 可遠場識別，安靜情況下可達10米；
• 方案功耗低，工作功耗僅為0.2W左右；
• 可靠性好，芯片方案已通過雙85測試，滿足格力、美的等家電巨頭要求；
• 整套產品技術已成熟，具有完整的軟件、硬件、結構設計方案，節省開發周期，降低開發難度；
• 配合我司語音AI平臺開發，可靈活定制喚醒詞和命令詞，不需要再專門收集語料訓練。

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3 應用描述?

風扇產品按照使用電源類型可分為交流電風扇、直流電風扇和交直流電風扇三類，其類型可以分為臺扇、吊扇、落地扇、無葉風扇等。啟英泰倫離線語音風扇方案適用于各類風扇，其中尤其在落地扇上面的應用較多。

語音風扇產品的使用場景為普通家居環境，在安靜和中低噪音下可以達到良好的識別率。其中安靜環境的環境底噪在35dB ~ 45dB之間，屬于中低噪音環境；開啟風扇后環境噪音可達45dB ~ 65dB之間。該噪音環境下可以直接選用我司單麥克風語音模塊，如CI-B0XGS01S或CI-B0XGS01S-H模塊，以達到比較好的性價比。

特別注意，不同的風扇運行過程中，因為扇葉大小和葉片數量，風量大小差異，運行產生的風噪大小也有不小的差異，為了達到最好的語音識別效果，在設計風扇整機結構時，因注意控制噪音小于65dB。

4 產品設計流程?

一個基于我司芯片的標準語音產品設計流程如下圖所示：

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該流程主要針對我司新用戶開發產品使用，包含了前期購買樣品Demo進行驗證，硬件選型，語音對話邏輯、軟硬件方案和結構設計，設計完成后的測試，以及生產測試準備和后續批量采購等步驟。如果是已經熟悉我司方案的老用戶，可以直接從中間步驟開始，不用再重復進行Demo測試等工作。

下面針對新用戶的開發，對上述流程中的各個步驟逐一描述。

4.1 DEMO測試?

針對新用戶，可以先從我司授權的經銷商或直接從我司官網 ?樣品購買處購買對應的模塊或開發板套件，進行識別效果測試，相關的軟硬件技術文檔可以從本文檔中心處獲取。用戶測試滿意后，可以進行硬件選型。

4.2 選型指南?

用戶硬件選型可以直接參考 ?硬件選型，如果用戶想快速產品化，推薦直接使用我司已設計好的標準模塊；如果現有標準模塊無法滿足產品的結構需求，也可以選用合適的芯片進行硬件板的設計。

4.3 方案設計?

選擇好合適的芯片或模塊后，可根據產品的功能進行下述設計：

• 語音UI（喚醒詞和命令詞）設計：設計方法可參考 ?語音UI設計參考；
• 硬件設計：設計方法可參考 ?硬件設計參考；
• 結構設計：設計方法可參考 ?產品結構設計；
• 軟件開發：設計方法可參考 ?軟件開發。

如用戶為首次進行語音方案開發，建議到 ?啟英泰倫語音AI平臺上獲取基于相關芯片的語音產品方案設計Checklist文檔，進行逐一檢查以確保設計效果。如有技術支持需求請聯系我司技術支持人員。

4.4 測試驗收?

產品方案設計完成形成樣品后，建議對該樣品進行相關的識別測試，相關測試方法和標準可參考 ?識別效果測試。同時，還建議根據產品質量的要求進行各類硬件測試，如雙85測試、靜電測試等。為了保證最終的識別效果，還建議進行硬件底噪的測試及產品裝機后的整機功能測試。

4.5 生產測試?

樣機測試完成后，會轉入后續產線批量生產階段。我司為產品的批量生產做了完善的解決方案，用戶可以參考 ?生產測試獲取更多信息。用戶如需要生產測試的相關技術支持，請聯系我司技術人員。

4.6 下單采購?

用戶如果要采購我司產品樣品，請點擊 ?樣品購買，也可以點擊 ?樣品和批量采購獲取更多信息。

5 風扇設計方案介紹?

5.1 主控方案?

5.1.1 方案特點?

我司的CI110X芯片內置多個IO，可直接取代傳統電控風扇中的單片機控制方案，實現單芯片完成語音控制和主控控制，整體成本較低，但需要做語音和主控的開發，前期開發周期長。

為了方便用戶使用，我司已提前做了相應的開發，可以提供完整的語音風扇主控方案。

5.1.2 方案框圖?

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整個方案如上圖所示，CI110X芯片作為主控，可以通過麥克風采集外部語音進行識別，通過功放驅動喇叭播音。如為省成本，還可以將功放和喇叭換為蜂鳴器。CI110X芯片還可以接受外部按鍵及紅外信號，兼容傳統控制方式。

CI110X芯片可支持數碼管顯示，以及控制外部的驅動電路，實現電機的控制，可以很好的用一個單芯片實現風扇的全部控制功能。

5.1.3 硬件設計參考?

?風扇電控板的一個硬件參考線路圖及IO使用情況見下圖，用戶可以使用CI110X芯片按照相同的IO使用方式設計硬件電路，可以方便的搭建整套風扇方案。

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5.1.4 主控方案SDK包說明?

我司為用戶基于上述硬件設計，提供了完整的SDK包，用戶可以到 ?啟英泰倫語音AI平臺上獲取相關SDK開發包。

本SDK包有以下功能點：

• 控制方式：支持藍牙、紅外、按鍵、語音；
• 風扇模式：支持正常風、自然風、睡眠風、智能風；
• 搖頭方式：支持左右搖頭、上下搖頭、3D搖頭；
• 定時功能：支持定時關機功能，可按整數定時1 ~ 15小時。

本SDK包中使用到了硬件timer，使用方式如下：

1. 硬件TIMER0：轉速電機控制（不歸零碼NRZ編碼，使用一個IO腳）；
2. 硬件TIMER1：紅外接收控制；
3. 硬件TIMER2：藍牙接收控制（注意，藍牙接收的數據和紅外接收模塊基本相同）；
4. 硬件TIMER3：蜂鳴器控制和搖頭電機控制。

為了方便代碼的移植，每個外設驅動和風扇應用代碼都是單獨的文件夾，目錄說明如下：

針對SDK中一些重要的變量和函數進行說明：

風扇狀態變量：

typedef struct
{
    unsigned short user_code : 4 ;//用戶碼固定位 b'1010*
    unsigned short positive : 2 ;//正轉b'00 反轉b'11*
    unsigned short sync_motor: 2 ;//同步電機1 停止b'00 同步電機停止b'10*
    unsigned short speed_bit: 8 ;//電機工作范圍25~255 0表示電機停止*
    unsigned char mode; //0:正常風 1:自然風 2:睡眠風 3:智能風*
    short time; //0~15H*
    unsigned char led; //1開，0關*
    unsigned char head; //0關閉 1:左右 2:上下 3:3D*
    unsigned char gear; //0關閉 1~24*
}motor_status_struct_data;

風扇初始化函數

路徑： ..\sample\internal\sample_1102\src\user_msg_deal.c

/*\* @breif 風扇初始化函數**/
void fan_init(void)
{
//風扇狀態初始化
  motor_status.user_code = 0xa;
  motor_status.sync_motor = 0x0;
  motor_status.speed_bit = 0x0;
  motor_status.positive = 0x00;
  motor_status.mode = 0;
  motor_status.head = 0;
  motor_status.led = 1;
  motor_status.gear = 0;
  motor_status.time = 0;
  /*風扇軟件初始化*/
  extern void  user_fan_soft_init(void);
  user_fan_soft_init();

  //電機初始化
  agreement_5104_app_init();
  //紅外初始化
  extern void ir_test_recive(void);
  ir_test_recive();
  //藍牙初始化
  extern void bt_test_recive(void);
  bt_test_recive();
  //按鍵初始化
  extern void ci_key_init(void);
  ci_key_init();
  //數碼管初始化
  extern int digital_tube_init(void);
  digital_tube_init();
  //蜂鳴器初始化
  buzzer_init();

  //同步電機2初始化
  sync_motor2_hw_init();

  //溫度傳感器初始化
  temp_sensor_init();
}

風扇應用任務處理

語音入口和標準SDK一致無改動，藍牙、語音、按鍵、紅外通過隊列sys_msg_queue發送消息到UserTaskManageProcess任務。相關控制處理入口入下圖所示例：

uint32_t deal_userdef_msg(sys_msg_t *msg)
{
    uint32_t ret = 1;
    switch(msg->msg_type)
    {
    /* 按鍵消息 */
        case SYS_MSG_TYPE_KEY:
        {
            sys_msg_key_data_t *key_rev_data;
            key_rev_data = &msg->msg_data.key_data;
            userapp_deal_key_msg(key_rev_data);
            break;
        }
        /* 紅外消息 */
        case SYS_MSG_TYPE_IR:
        {
            sys_msg_ir_data_t *ir_rev_data;
            ir_rev_data = &msg->msg_data.ir_data;
            userapp_deal_ir_msg(ir_rev_data);
            break;
        }
        /* 藍牙消息*/
        case SYS_MSG_TYPE_BT:
        {
            sys_msg_bt_data_t *bt_rev_data;
            bt_rev_data = &msg->msg_data.bt_data;
            userapp_deal_bt_msg(bt_rev_data);
            break;
        }
        #if MSG_COM_USE_UART_EN
        /* CI串口協議消息 */
        case SYS_MSG_TYPE_COM:
        {
            sys_msg_com_data_t *com_rev_data;
            com_rev_data = &msg->msg_data.com_data;
            userapp_deal_com_msg(com_rev_data);
            break;
        }
        #endif
        /* CI IIC 協議消息 */
        #if MSG_USE_I2C_EN
        case SYS_MSG_TYPE_I2C:
        {
            sys_msg_i2c_data_t *i2c_rev_data;
            i2c_rev_data = &msg->msg_data.i2c_data;
            userapp_deal_i2c_msg(i2c_rev_data);
            break;
        }
        #endif
        default:
        break;
    }
    return ret;
}

5.2 配合主控板的串口通訊方案?

5.2.1 方案特點?

如用戶不愿意替換原先使用的電控板，也可以用我司的芯片設計語音控制板，和原電控板通過串口進行通訊，也可以實現語音風扇的產品設計。該方式開發相對簡單，可以快速對接完成產品，但成本略高，適用于需快速出產品的的方案或者第一次接觸語音識別的方案。

該方案的設計框圖如下，語音模塊與電控模塊需要4根線的串口連接，語音模塊進行語音識別及根據風扇的狀態進行信息播放，控制由電控模塊完成。

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5.2.2 硬件設計參考?

用戶可以使用我司芯片設計需要要求的語音模塊，但為快速開發，推薦直接使用我司的以下標準模塊：

• CI-B02GS03T：適合空間比較高，縱深長的結構，串口接口電平為3.3V；
• CI-B02GS01S：適合空間比較矮的結構，串口接口電平為3.3V；
• CI-B02GS01J：適合有空間放置固定語音模塊的結構，原來的風扇硬件改動較小，串口接口電平為5V。

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用戶直接使用我司標準語音模塊時，有以下注意事項：

• 將語音模塊板的串口跟電控串口對接，注意電控的供電需要大于1A；
• 注意串口的電平要匹配，CI-B02GS01J支持5V電平，其他的模塊支持3.3V，如果電控板使用5V電平，CI-B02GS01J可以對接直接串口，其它模塊需要增加電平轉換電路，如下圖所示：

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5.2.3 串口通訊方式?

語音模塊與電控模塊通過串口進行信息交互，主要有兩種方式，一種為語音模塊主動播放，同時將信息發電控模塊；另一種為語音模塊被動播放，其分別描述如下：

語音模塊主動播放模式

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主動播放方式主要執行以下動作：

1. 識別到詞條，主動播放反饋聲音；
2. 將此條信息串口告知電控模塊；
3. 電控模塊執行動作。

該方式的優點在于控制方式簡單，由語音模塊單線輸出信息給電控模塊。但缺點在于無法根據風扇的情況及按鍵情況進行語音反饋。

語音模塊被動播放模式

?

被動播放方式主要執行以下動作：

1. 語音模塊識別到詞條；
2. 將詞條信息串口告知電控模塊；
3. 電控模塊執行相關動作；
4. 告知語音模塊需要播放的內容；
5. 語音模塊根據電控模塊反饋進行播放。

該方式的優點在于語音模塊根據電控模塊的狀態進行播放對應內容，可以進行最合適的反饋，體驗感好；同時如果電控模塊通過按鍵或者遙控進行控制，語音模塊也可以進行狀態播放。缺點在于會多一次串口通信的過程。

5.2.4 SDK包說明和模塊串口通訊協議?

我司為用戶提供了串口通訊方案完整的SDK包，用戶可以到 ?啟英泰倫語音AI平臺上獲取相關SDK開發包。

模塊的串口通訊建議使用我司標準協議，具體格式請參考 ?串口協議。

以下是語音模塊發給電控模塊的一個命令詞及協議參考：

以下是一個電控模塊發給語音模塊的通訊協議參考：

注意：

1. ASR語言模型中文建議選擇SE146，其他語種請使用對應語種的模型。風扇產品自帶運行噪音，如果風扇本身噪音大于60db，建議打開降噪功能。
2. 串口設置：
   • 波特率：9600
   • 停止位：1
   • 數據位：8
   • 奇偶校驗：無
3. 代碼中通過判斷 “命令+語音ID”獲取是什么指令和功能。
4. 發送的串口信息建議要檢查完整性，可以用以下的checksum參考代碼來實現。

#define VMUP_MSG_DATA_MAX_SIZE (20)//可根據實際數據大小調整

#pragma pack(1)
typedef struct
{
    uint16_t header;
    uint16_t data_length;
    uint8_t msg_type;
    uint8_t msg_cmd;
    uint8_t msg_seq;
    uint8_t msg_data[VMUP_MSG_DATA_MAX_SIZE];
    /*uint16_t chksum; send add auto*/
    /*uint8_t tail; send add auto*/
}sys_msg_com_data_t;
#pragma pack()

unsigned short Uart_Checksum(sys_msg_com_data_t * msg)
{
    unsigned char i;
    unsigned short t16_lenth;
    unsigned short t16_check = 0;
    uint8_t* rxbuf = uint8_t*&msg->msg_type

    t16_lenth = msg->data_length + 3;//cmd_type，cmd，sequence 加上data數據的長度 
    if(t16_lenth > VMUP_MSG_DATA_MAX_SIZE + 3)//data length error
    {
        return 0xffff;
    } 
    for(i=4;i

6 產品結構相關注意事項?

6.1 麥克風結構設計?

風扇產品在設計結構時，針對麥克風應當注意以下事項：

• 麥克風布局盡量遠離風扇的風面及電機；
• 麥克風放在風扇的正面/頂部/底部/的位置避免遮擋，保證拾音最大范圍；
• 分貝儀測試最大風速下，麥克風處的穩態噪聲需小于60dB；
• 麥克風連線較長可選擇帶屏蔽的線；
• 麥克風線扎捆遠離電機或電控線。

下圖以落地風扇為例，講述麥克風結構開孔及位置的建議方式，固定麥克風的結構件也需要考慮麥克風線方便引出導線和避免干擾。

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6.2 喇叭結構設計?

風扇產品在設計結構時，針對喇叭應當注意以下事項：

• 考慮到音質，喇叭功率不能太小，建議選用1W以上喇叭，帶音腔的喇叭效果會更好一點，同時注意硬件板上的功放驅動能力要匹配喇叭型號；
• 喇叭放置位置以美觀及結構布局方便為主，但注意盡量避免和麥克風放在同一位置；
• 不帶音腔喇叭可以在結構上做一個音腔密封后能增大音量輸出。

下圖是一個喇叭規格及開孔的建議。

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6.3 其它注意事項?

• 建議選擇-32dB±3dB，信噪比大于70dB以上，性價比高的全向模擬麥克風；
• 若風扇旋轉震動比較大，選擇較厚的麥克風膠套減緩震動，可減小對識別效果的影響；
• 某些顯控板在底盤上的落地風扇，或類似易接觸水或積累灰塵的風扇，需要選擇防水防塵的麥克風；
• 特別注意禁止直接點熱溶膠用于固定麥克風頭；
• 將麥克風完全插入固定孔內部，避免歪斜，拾音孔中心孔對準麥克風的中心；
• 風扇內部接線多容易扯松，插頭配插座帶卡扣會更牢固；
• 選擇符合環保RoHS要求的RTV硅膠，推薦常用的硅膠有703/704/737等，或其它有機材料、單組分室溫固化硅膠等；
• 多數硅橡膠灌膠厚度小于3mm以內實溫完全固化時間為8 ~ 12小時，灌膠厚度 > 3mm以上完全固化時間更長，可分層多次澆灌，確保完全固化穩定密封；
• 生產工藝可把固定麥克風工序提前，另外特別注意麥克風接線在重力拉扯下，未完全固化前容易導致麥克風扯歪，也需注意將麥克風插線固定好。

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7 相關參考資料列表?

用戶如遇到使用問題，請到啟英泰倫語音AI平臺上提交技術工單，或直接聯系我司技術人員獲取協助。

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