FastBond2阶段1-基于ESP32-C3的智能台灯的框图设计

内容介绍

一、项目介绍及设计思路介绍

随着物联网芯片等元器件价格的降低，智能家电正在逐步走入大家的生活。本项目基于ESP-C3打造了一个能与门铃进行联动的智能台灯，不仅具有十分实用的功能，还在无障碍关怀上具有一定意义。

当门铃被按下或者门铃上的麦克风检测到敲门声时，门铃将通过蓝牙发送信号到台灯上，使台灯闪烁，提醒卧室内的用户有访客到来；
通过手机终端的控制，用户可以更换门铃提醒时台灯的闪烁频率、闪烁次数、亮度高低等特性，可以为用户提供定制化的需求；
通过手机终端的连接，可以设置台灯随音乐闪烁的功能，满足用户的娱乐需求；
用户可以通过台灯上的麦克风，语音控制台灯的开关。

二、市场介绍

本产品非常适合以下几类人群使用，具有广阔的应用场景：

听障人士；
耳机重度使用者，深度游戏玩家，影音爱好者；
习惯久居卧室且常闭卧室房门的人士。

三、方案框图

Fikk1qkglOtQCeiuoZOJGXjoMvEN

得捷网站链接如下：

https://www.digikey.cn/schemeit/project/多功能智能台灯-6048766ad5bf4c8ca4a0ea9c2ded4e62

Scheme-it工具介绍

Scheme-it是一个为工程师、教育工作者和学生提供的免费在线原理图和图表制作解决方案，是一个基于云的工具，可让全球用户设计并共享电子电路图和原理图。Scheme-it工具附带全面的电子符号库并与Digi-Key元件目录集成，可协助用户完成各种各样的电路设计。为了让开发者的工作更高效便捷，Scheme-it提供了非常丰富的设计资源：Scheme-it参考设计库（Design Starters）预存了近200个参考设计文件，分为6大类，14小类，涵盖通信、工业、交通、电源、开发工具、消费类电子等各个领域。Scheme-it附带超过700个通用符号的符号库。Scheme-it与Digi-Key元件目录相连，可访问400+万种元件。在Scheme-it中，用户可以创建物料清单（BOM）并购买项目中使用的元器件，还可以与他人共享项目并以KiCAD、.PNG、.SVG和.PDF文件格式导出。必要时，在平台中创建的原理图可以公开共享，并可在Scheme-it主页上被搜索到，从而实现想法共享和更进一步的创新。Scheme-it用户还可以在Digi-Key技术论坛上的专门板块进行提问、发表评论和分享有关该工具的想法。

四、主要元器件

ESP-C3 乐鑫
INMP441麦克风

主控芯片：

ESP32-C3 是一款安全稳定、低功耗、低成本的物联网芯片，搭载 RISC-V 32 位单核处理器，支持 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE)，为物联网产品提供行业领先的射频性能、完善的安全机制和丰富的内存资源。ESP32-C3 对 Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的双重支持降低了设备配网难度，适用于广泛的物联网应用场景。

ESP32-C3 搭载 RISC-V 32位单核处理器，时钟频率高达160 MHz。具有 22 个可编程 GPIO 管脚、内置 400 KB SRAM，支持通过 SPI、Dual SPI、Quad SPI 和 QPI 接口外接多个 flash，满足各类物联网产品功能需求。此外，ESP32-C3 的耐高温特性也使其成为照明和工控领域的理想选择。

ESP32-C3 集成 2.4 GHz Wi-Fi 和支持长距离的 Bluetooth 5 (LE)，有助于构建覆盖范围更广、射频性能更强的物联网设备。它还支持蓝牙 Mesh (Bluetooth Mesh) 协议和乐鑫 Wi-Fi Mesh，在较高的工作温度下仍能保持卓越的射频性能。

ESP32-C3 支持基于 RSA-3072 算法的安全启动和基于 AES-128/256-XTS 算法的 flash 加密功能，确保设备安全连接；创新的数字签名模块和 HMAC 模块确保设备身份安全；支持加密算法的硬件加速器确保设备在本地网络和云上安全传输数据。

ESP32-C3 的几项关键优势：

ESP32-C3 具有完善的安全机制，能够有效抵抗威胁：

安全启动：ESP32-C3 使用基于 RSA-3072 的标准身份验证方案，确保在设备上运行受信任的应用程序。该功能可阻止设备运行烧录在 flash 中的恶意程序。安全启动需要快速高效地进行，以满足即时启动设备（如球泡灯）的需求，ESP32-C3 的安全启动方案仅在设备启动过程中增加了不到 100 ms 的时间开销。

Flash 加密：ESP32-C3 使用基于 AES-128-XTS 算法的 flash 加密方案，确保应用程序与配置数据在 flash 中保持加密状态。flash 控制器支持执行加密的应用程序固件，这不仅为存储在 flash 中的敏感数据提供了必要保护，还防止了运行时由于固件更改造成的 TOCTTOU (time-of-check-to-time-of-use) 攻击。

数字签名和 HMAC 外设：ESP32-C3 的数字签名外设，可以通过固件不可访问的私钥生成数字签名。同样地，其 HMAC 外设也可以生成固件不可访问的加密摘要。目前，大多数物联网云服务使用基于 X.509 证书的身份验证，数字签名外设保护了定义设备身份的私钥。这样一来，即使出现软件漏洞，它也能为设备身份提供强大的保护。

世界控制器模块：ESP32-C3 新增了世界控制器模块，该模块提供了两个互不干扰的执行环境。根据配置，世界控制器使用可信执行环境 (TEE) 或权限分离机制。如果应用程序固件需要处理敏感的安全数据（如 DRM 服务），则可以利用世界控制器模块，在安全区域处理数据。

支持长距离的 Bluetooth 5 (LE)

物联网设备通常使用 Wi-Fi 连接到云服务，但是只具有 Wi-Fi 功能的设备会对配网带来一定困难：它们无法向配网程序提供可靠的配置反馈；同时，iOS 和 Android 配网程序在连接网络时也会产生额外的复杂性。然而，Bluetooth LE 使设备配网变得很简单，Bluetooth LE 在本地环境中也很容易被发现并进行控制。

Bluetooth LE 协议的早期版本，传输距离比较短，不适用于在大型空间内实现本地点对点直接控制。ESP32-C3 增加了对 Bluetooth 5 (LE) 协议的支持，包含 Coded PHY (Long Range) 和扩展广播 (extended advertisement) 功能。它通过引入 FEC 编解码等技术，虽然增加了数据冗余度，但是大幅度增加了设备通信距离（通常为 100 米）。此外，ESP32-C3 还支持蓝牙 Mesh (Bluetooth Mesh) 协议，这使它成为了控制本地网络设备，以及直接与其他 Bluetooth 5 (LE) 传感器设备进行通信的强大候选设备之一。

INMP441麦克风

五、总结

这是我第一次使用Scheme-it工具设计项目框图，这个工具操作简捷，上手简单，很适合用作框图设计，的确十分好用。通过本次项目的参与，我受益匪浅，学到了很多东西。