基于STM32H7 MCU的智能家居语音接口参考设计

STEVAL语音接口可将基于云计算服务的Alexa体验带到烤箱、炉灶、温度计、百叶窗、吹风机等家电产品，减少传统按钮和旋钮的使用，而无需在电子硬件上大量投资。本方案采用集成了Alexa语音用户接口软件的STM32H7 MCU，可简化家电控制器的研发，而且软、硬件都可以轻松调整和修改。

图1. STEVAL语音接口样板

方案特点

ASTEVAL-VOICE-UI语音接口参考设计包括一个STM32H743高性能MCU、一个Wi-Fi模块，板子尺寸36mm x 65mm。与采用DSP、无闪存处理器等常用元器件的Alexa产品不同，本方案即使环境吵闹嘈杂，麦克风间隔很小，音频前端仍能提供出色的远场语音检测功能。

图2. STEVAL语音接口电路图

方案主控MCU STM32H7集成了系统所需的全部功能，包括音频前端处理、本地唤醒词检测、通信接口，以及RAM内存和闪存，可缩减系统的PCB尺寸和简化布局。主要特点包括：

(1)音频前端带有免费的Audio Weaver工具许可证，可帮助用户轻松地微调产品设计。

(2)用户可自定义和扩展系统设计，例如，第二个唤醒词、附加的本地化命令、声控图形显示，给用户带来难以抗拒的使用体验。

(3)如果需要专用麦克风间距、声学特性和用户界面定义，模块化硬件让用户可以实现自定义子板。

(4)包含成熟的软件，提供支持Alexa产品所需的功能。

芯齐齐BOM分析

STEVAL-VOICE-UI参考设计由一块小主板和一个子板组成，BOM元器件共165个。

芯齐齐BOM分析工具显示，STEVAL主板由STM32H7 MCU、LBEE5KL蓝牙模组、MB23ABS1、等关键功能芯片在内的63个元器件组成。其中，

- STM32H753VIT6E是意法半导体的LQFP封装高集成MCU，集成了480MHz Cortex-M7和240MHz Cortex-M4双核，具有2MB嵌入式Flash存储和1Mb嵌入式SRAM存储，可降低部署成本;

- 2.4GHz Wi-Fi子系统配备Murata 1DX模块(用于旁路模式，耦合到ISSI IS25LP016D 2MB NOR Flash存储器)。

- LBEE5KL蓝牙模组组合了Wi-Fi 11b/g/n以及Bluetooth 5.1功能。

- ST1S12GR是同步整流0.7A、1.7MHz可调步降开关稳压器，带抑制功能。

- STSAFE-A110用来为外设和IoT设备提供最先进的安全认证。

- X3为32.768kHz标准石英晶体振荡器，驱动电平为1.6-3.6V;X1是一个16.00MHz频率的石英晶体谐振器，匹配电容为8pF。

方案子板BOM采用了102个基础元器件，包括FDA903D功放，3个MP23DB01HP MEMS麦克风，4个来自欧司朗的RGB LED，1个QFN20 3x3封装的12通道LED驱动器。其中：

- MP23DB01HP为意法半导体提供的3.5x2.65封装高性能MEMS数字麦克风。

- FDA903D是带负载电流监控的1x 45W D类数字输入汽车功放，具有宽电压操作范围。

图3. STEVAL语音接口PCB布线图

PCB布线上，方案采用了主板/子板结构确保高度模块化，子板还采用了14个0欧姆厚膜贴片电阻器(跳线电阻)，以减少远场音频捕获时的高频干扰。

审核编辑：汤梓红