FastBond2阶段1-基于ESP32的智能卧室助眠唤醒灯

内容介绍

智能卧室助眠唤醒灯

一、项目介绍

如今，人们身处在快节奏的生活里，往往因为种种压力而睡眠质量降低，然而睡眠质量的降低又会降低人们的工作效率，如此的恶行循环下去，终究不是办法，高质量的生活离不开高水平的睡眠。因此，基于人们对高质量水面的需求，并且以生物学原理和现有科技为基础，我设计了一款能够从入睡到起床整夜的“智能卧室助眠唤醒灯”，用科技的融合来改善人们的睡眠，有以下的特点：

通过手机APP来实现个性化的睡眠模式。
用户可以通过语音进行调节。
根据时间来调节灯光的亮度以及色温，达到从外界调节人体褪黑素的分泌，进而调节睡眠质量。
光照反馈，能够使得其调节更加智能。
显示屏可用来显示日期时间和剩余电量。
音频播放器可以用来播放助眠白噪音。

二、方案框图

本项目的主要框图如下，得捷网站链接如下：智能卧室助眠唤醒灯 | Scheme-it | Free Online Schematic and Diagramming Tool | DigiKey Electronics

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主要元器件：

ESP32S3 乐鑫
BH1750照度检测模块
MAX98357AETE+T_(ADI(亚德诺)/MAXIM(美信))
INMP441麦克风芯片--支持I2S
音频cdoec:max98357
18650电池
LED显示屏幕

主控芯片：乐鑫ESP32S3

ESP32-S3 是一款集成 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 芯片，支持远距离模式 (Long Range)。ESP32-S3 搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz，内置 512 KB SRAM (TCM)，具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。ESP32-S3 支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM，支持用户配置数据缓存与指令缓存。

ESP32-S3芯片具有行业领先的低功耗性能和射频性能，支持 WiFi IEEE802.11b/g/n 协议和 Bluetooth 5。该芯片搭载 Xtensa-R32 位 LX7 双核处理器，工作频率高达 240 MHz。支持二次开发，无需使用其它微控制器或处理器。芯片内置 512 KB SRAM，384 KB ROM， 16KB RTC SRAM。芯片支持多种低功耗工作状态，能够满足各种应用场景的功耗需求。芯片所特有的精细时钟门控功能、动态电压时钟频率调节功能、射频输出功率可调节功能等特性，可以实现通信距离、通信速率和功耗之间的最佳平衡。

模组提供丰富的外设接口，包括 UART，PWM，SPI，I2S，I2C，ADC，LCD， DVP,RMT(TX/RX)，脉冲计数器，USB OTG，USB Serial/JTAG，SDIO，DMA 控制器， TWAI 控制器，温度传感器，电容式传感器和多个IO 口。

模块具有多种特有的硬件安全机制。硬件加密加速器支持 AES、SHA 和 RSA 算法。其中的 RNG、HMAC 和数字签名(Digital Signature) 模块提供了更多安全性能。其他安全特性还包括 Flash 加密和安全启动 (secure boot) 签名验证等。完善的安全机制使芯片能够完美地应用于各种加密产品。模块支持低功耗蓝牙：Bluetooth5，Bluetooth mesh。蓝牙速率支持：125Kbps，500Kbps，1Mbps，2Mbps。支持广播扩展，多广播，信道选择。

支持蓝牙和WIFI，就意味着可以进行很多的无线连接；同时乐鑫提供了大量的开源库，包括语音识别Skainet，可以方便的进行后期扩展。

音频编解码芯片：ADI MAX98357

MAX98357A/MAX98357B是数字脉冲编码调制(PCM)输入D类功率放大器，可提供AB类音频性能，同时具有D类的效率。器件在I2S/左对齐模式下通过单个增益设置输入可提供5中可选择增益(3dB、6dB、9dB、12dB、15dB)，在TDM模式下为固定12dB增益。

数字音频接口高度灵活，MAX98357A支持I²S数据，MAX98357B支持左对齐数据。两种器件均支持8通道时分复用(TDM)数据。对于所有支持的数据格式，数字音频接口可接收8KHz至96KHz的指定采样速率。 IC通过配置可将立体声输入数据转换成左声道、右声道、(左声道/2 + 右声道/2)输出。对于I2S和左对齐模式，IC采用16/24/32位数据工作，对于TDM模式，器件采用16位或32位数据工作。IC无需PCM通讯应用中的外部MCLK信号。这有助于减小EMI以及电路板的耦合问题，另外，也可减小电路板尺寸以及IC引脚数。

IC在BCLK和LRCLK上具有很高的宽带抖动容限(12ns典型值)，能够可靠工作。

有源辐射抑制、边沿速率限制以及过冲控制电路大大减小EMI。无需滤波的扩谱调制机制可省去传统D类器件中的输出滤波器件，可减少方案中的器件数量。

IC采用9引脚WLP (1.345mm x 1.435mm x 0.64mm)和16引脚TQFN (3mm x 3mm x 0.75mm)封装，工作在-40°C至+85°C温度范围。

BH1750照度检测模块

BH1750 照度检测模块搭载一个BH1750FVI，是I2C总线接口的数字环境光传感器IC。可以准确读取1-65535XL的环境照度。

MAX98357AETE+T_(ADI(亚德诺)/MAXIM(美信))

IC在BCLK和LRCLK上具有很高的宽带抖动容限(12ns典型值)，能够可靠工作。

IC采用9引脚WLP (1.345mm x 1.435mm x 0.64mm)和16引脚TQFN (3mm x 3mm x 0.75mm)封装，工作在-40°C至+85°C温度范围。

手机APP控制

通过手机APP的远程控制，能够实现针对不同的用户的不同需求，实现个性化的效果。

三、项目思路介绍

用户可以通过手机APP来设置助眠时间，此时台灯会在设定的时间下，通过光强和色调对发出的光进行调节，夜晚增加色温，造成逐渐增加光强，模拟自然的日出；同时可以通过语音输入，使得调节更加个性化；光照的自反馈机制可以让其适应复杂多变的场景；此外，通过用户自选的白噪音，来加快睡眠的时间。

四、总结

通过参加本次大赛，进一步增加了我对智慧家用电器的了解，锻炼了自己的设计能力，同时培养了对电路设计的兴趣。总的来说是一段有意义的经历。