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空气炸锅改语音控制:WTK6900P ESOP8芯片直接替换原按键板的完整方案

09/04 17:17
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空气炸锅这几年卖得很火,但它的操作面板一直没跟上体验。要么是几颗小按键排得密,手上有油就得先擦干净再按,要么是旋钮加数码管,老人想设个定时得研究半天。你有没有想过,把那一排按键板整个换掉,改成说话就能控制。

这个想法现在可以落地了。深圳唯创知音的 WTK6900P 是一颗 ESOP8 封装的离线语音识别芯片引脚少、体积小,正好能塞进原来按键板的位置。它识别到命令词之后,通过串口把词条 ID 发给空气炸锅的主控,主控照着执行加热、定时、开关,等于把物理按键替换成了语音命令。整机不用联网,识别在本地完成,两米内张嘴就能控制。

一、为什么要把按键换成语音

按键板在空气炸锅上有几个绕不开的毛病。

第一是油污。炸东西的时候手上沾油,按下去面板容易留指纹和油渍,时间久了按键膜会发粘、失灵。第二是操作门槛。老人和小孩子面对温度、时间、模式一堆按键,往往只会按个开关,功能再多也用不上。第三是面板空间。空气炸锅体积不大,按键板能留给每个按键的面积更小,按键密就容易误触。

换成语音之后,这三个问题一起解决。说一句"开始烹饪"就启动,说一句"定时十分钟"就设好,手不用碰面板。对厂家来说,语音控制还能做成产品的卖点,同样的机芯多一个版本,定价空间就打开了。

二、WTK6900P 为什么能直接替换按键板

关键在封装和功耗两点上。

WTK6900P 有 ESOP8 和 SOP8 两种封装,其中 ESOP8 体积小、引脚只有 8 个,可以直接落在原来按键板的位置,不需要重新开模改结构。它的工作电压是 2.4V 到 5.0V,能从空气炸锅现有的电源上直接取电,不用额外加降压电路。休眠电流只有 5uA,待机基本不耗电,插上电长期挂着也没关系。

芯片内部还带了一个 0.5W 的 D 类功放,可以直推小喇叭。这意味着你替换按键板的同时,还能顺手加上语音播报,比如开机提示、烹饪完成提醒,喇叭直接接芯片输出脚就行,不用外接功放。

三、芯片核心参数

严格对照规格书,WTK6900P 语音识别版的关键参数如下。

项目 参数
识别方式 离线本地识别,2 米远场可靠识别
词条数量 约 15 条,支持中文、英文、中英文
识别算法 神经网络算法,误判率低
降噪算法 过滤稳态噪声,抑制动态噪声,噪音下可准确识别
处理器 32 位 CPU
功放 0.5W D 类功放
DAC / ADC 单通道 16 位,DAC SNR 大于等于 95dB,ADC SNR 大于等于 90dB
采样率 8K / 11.025K / 16K / 22.05K / 24K / 32K / 44.1K / 48KHz
解码 MP3、PCM、ADPCM,数字音量控制、SRC 采样率转换、DRC 动态范围抑制
工作电压 2.4V 到 5.0V
工作温度 零下 40 度到 85 度
功耗 休眠 5uA,工作 14mA
存储 32KB SRAM,8KB 缓存,4M SPI NOR FLASH,512bit efuse
外设 看门狗、2 路 16 位定时器、多路 PWM、低电检测、上电复位、半双工 UARTGPIO 唤醒中断
封装 ESOP8 / SOP8

四、管脚定义

WTK6900P-8S 的 8 个引脚,对应关系和接线如下。

Pad 名称 属性 说明
0 GND 电源 电源负极
1 P23 I/O PWMN 输出脚
2 P22 I/O PWMP 输出脚
3 VCC 电源 电源正极
4 VOUT 电源 LDO 输出
5 P26 I/O 连接 MICLDO,给麦克风供电
6 P25 I/O 连接 MICN
7 P24 I/O 连接 MICP
8 P00/P06 I/O IO、串口、下载口,上电须为高电平

第 8 脚要特别注意。它的耐压值是 3.3V,跟空气炸锅主控的串口通信时,如果主控引脚电压高于 3.3V,需要加一个三极管转换电路,把电平压下来再接,否则会烧坏芯片。

五、方案架构与接线

这个方案的整体架构很简单,一句话讲清楚,用 WTK6900P 做语音前端,空气炸锅原主控保留不动,两者通过一根串口线对接。

芯片这边接三样东西。第一是麦克风,第 5、6、7 脚分别接麦克风的供电和两个信号脚,麦克风用驻极体麦,推荐型号 JMO-627BA283R-10TC38。第二是喇叭,第 1、2 脚直接接喇叭正负极。第三是串口,第 8 脚接到主控 MCU 的 UART 接收端。

主控那边不用大改。原按键板发的是电平信号或者按键扫描信号,现在换成芯片发串口数据,主控加一段解析词条 ID 的逻辑就行。识别到哪条词条,主控就执行对应的动作。

规格书里给了两种外围电路,选哪种取决于主控要不要给芯片发码。如果只是芯片单向把识别结果发给主控,用差分 MIC 设计,芯片不具备串口接收功能,电路最省。如果主控还要给芯片发指令,比如控制芯片播放某条语音,就用单端 MIC 设计,这个版本串口收发都支持。

六、词条设计

词条是这套方案里最贴近产品的部分。空气炸锅的命令词可以这样设计。

序号 词条 作用 串口输出
1 开机语 上电自动播报,例如"欢迎使用语音空气炸锅"
2 唤醒词 例如"小蜂管家",唤醒后芯片应答"我在" 7E 06 FF 06 01 01 0D EF
3 开始烹饪 主控启动加热 7E 06 FF 06 01 02 0E EF
4 停止烹饪 主控停止加热 7E 06 FF 06 01 03 0F EF
5 温度升高 主控调高温度 7E 06 FF 06 01 04 10 EF
6 温度降低 主控调低温度 7E 06 FF 06 01 05 11 EF
7 定时十分钟 主控设置定时 7E 06 FF 06 01 06 12 EF
8 取消 主控取消当前操作 7E 06 FF 06 01 07 13 EF

上面的串口输出是规格书标准词条的帧格式示例,实际词条和对应 ID 可以按你的需求重新定制,中文、英文、中英文都支持,跟原厂确认词条制作即可。

七、UART 控制协议

芯片和主控之间的通信是标准 UART 异步串口,3.3V TTL 电平。数据格式是起始位 1 位、数据位 8 位、无奇偶校验、停止位 1 位。电脑端用串口调试助手时,波特率参数要按这个格式设对。

每一帧数据的结构如下。

起始码 长度 扩展码 命令码 词条ID 累加和校验 结束码
0X7E 06 FF 06 01 见下文 见下文 0XEF

这里有个细节要留意。长度字段指的是长度加扩展码加命令码加词条ID加校验和的总长度,累加和校验取的是长度加扩展码加命令码加词条ID累加和的低字节。主控解析的时候按这个规则反算,能校验出串口传输有没有出错。

八、优势总结

把 WTK6900P 用在空气炸锅语音控制上,核心好处就三条。

第一是替换成本低。ESOP8 封装直接落板,不用改结构开模,一颗芯片加一个麦克风一个小喇叭就搞定,BOM 成本可控。第二是免联网。识别全在本地,两米远场可靠识别,噪音环境下也有降噪算法兜底,厨房里开着抽油烟机照样能用。第三是方案灵活。词条可定制,串口协议开放,主控改动小,同一个方案平台可以平移到其他厨房小家电,比如电烤箱、电压力锅、多功能锅。

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