基于瑞萨R7FA2E1A72DFL MCU的智能空调伴侣方案（上）

一、项目功能介绍

本作品是一款放置在家中的智能空调伴侣，旨在用户家中传统的空调实现智能控制。智能伴侣以瑞萨R7FA2E1A72DFL作为主控，利用温湿度传感器单元、WiFi数据传输单元、红外收发单元、语音单元、LCD显示单元等进行智能控制，实现了室内温湿度采集、实时天气预报、空调工作状态设置、语音识别、语音播报、LCD显示等功能。

产品具体特性如下：

USB接口，5V，1A供电

2.4寸LCD屏显示功能，显示室内温湿度以及室外天气情况

实时天气预报功能，每半小时更新一次室外天气

室内温湿度采集功能，湿度精度±2%，温度精度±0.5℃

云端功能设置，可通过微信小程序对空调工作状态进行远程设置

语音识别功能，可识别唤醒词、天气预报、室内湿度、室内温度、空调温度增减等关键词，并进行相应设置

语音播报功能，可播报当前室内温湿度以及天气情况

更多特性演示可以参考下方视频。

点击查看视频

本项目硬件部分100%使用立创EDA进行设计。

本项目软件、硬件完全开源，可以浏览、下载本项目资源，或在此基础上进行二次开发，但是禁止未授权的商用。

二、开源协议

该项目开源协议使用GPL3.0

三、硬件部分

系统整体方案

本作品是基于瑞萨R7FA2E1A72DFL微控制器作为主控制器。整个系统分为7个单元，分别为供电单元、主控单元、传感器采集单元、WiFi数据传输单元、语音处理单元、显示单元以及控制输出单元。

具体方案框图如下所示：

各单元详细介绍如下：

1供电单元

原理图如下：

如上原理图所示，供电单元采用micro usb作为供电接口输入5V电压，采用AMS1117-3.3 LOD作为5V转3.3V电源使用。由于该USB接口为常用电源插拔口，为了安全增加USB专用ESD芯片USBLC6-2P6，防止插拔过程中产生静电造成接口损伤；USB转串口通讯部分放到控制输出单元详细说明。

2主控单元

原理图如下：

主控单元由上图所示，程序下载调试接口使用SWD口；芯片子时钟配置为32.768K用于RTC定时使用；芯片工作模式选择接口默认设置为高电平，为单芯片模式；芯片复位电路上增加续流二极管，可以将复位线上电容的电压快速泄放到电源上；

3传感器采集单元

原理图如下：

传感器采集单元如上图所示，DHT11主要用于室内温湿度采集，如果传感器和主控芯片之间通讯距离过远导致误码，可以适当减小R20，延长通讯距离；NTC10K主要用于不采集湿度只采集温度场景下，降低成本使用；

4WiFi数据传输单元

原理图如下：

WiFi数据传输单元如上图所示，此WiFi模组采用乐鑫ESP8266模块，按键SW3用于下载WiFi程序使用，WiFi下载时，IO0=0,再按下SW2复位后才可进入下载模式。WiFi供电需要保证3.3V，0.5A，在WiFi进入smart config模式时峰值电流可能达到500mA左右。WiFi串口0连接主控芯片串口1，由于有时WiFi需要单独测试使用，所以在WiFi与主芯片连接串口之间增加了跳线帽，方便测试使用。

5语音处理单元

原理图如下：

语音处理单元如上图所示，5V供电，保证0.5A供电电流，由于喇叭工作时电流波动较大，所以电源处要增加电容。注意喇叭和mic差分走线，PCB上最好对这两对线做包地处理，减少音频信号传输干扰。在mic和喇叭接口处增加双向TVS，防止ESD干扰，注意TVS一定选取寄生电容小的，防止对音频产生干扰。H4音频模组烧录接口，烧录时SW5需要按下。

6显示单元

原理图如下：

显示单元如上图所示，10Pin SPI通讯2.4寸LCD屏，LCD主控芯片为ST7789V2。R15、R14、R16为LCD背光限流使用。

7控制输出单元

原理图如下：

控制输出单元如上图所示，分为三部分，红外收发、通讯接口、单按键开关。红外接收单元用于接收市面上红外遥控器发送的编码，发送单元用于发送空调控制编码，二者底层驱动皆采用NEC协议。USB接口连接CH340实现USB转串分别用于与主芯片打印串口连接和与WiFi串口0连接，具体连接哪一个可以使用SW4进行选择，SW4抬起连接WiFi串口，SW4按下连接主控芯片串口2。单按键开关工作原理在原理图上已经标明，通过两个GPIO可以实现整个设备的开启关闭，注意此电路只能实现延迟关闭不能实现延迟开启。

总原理图如下所示：