Smelody01 硬件系统框图

面向展示汇报的硬件模块关系图，展示电源、主控、音频、雷达、灯光、香薰、显示交互与 USB 固件升级的整体连接关系。

整机硬件框图

USB-C 输入

5 V / 2 A 供电、充电输入、原生 USB 数据线。

  • 连接 ESP32-S3 原生 USB
  • 同时支持供电与数据
  • 支持 U 盘固件升级

电源管理

IP5306 充放电管理，连接 4000 mAh 锂电池。

  • VBAT 电压采样 -> GPIO2
  • 3.3 V 供主控与逻辑外设
  • 5 V 供功放、灯环等大电流负载

音频资源 Flash

W25Q128JV SPI NOR，用于存放 MP3/WAV 等音频资源。

  • SPI2，20 MHz
  • CS/MOSI/SCLK/MISO = GPIO10/11/12/13

用户输入

两颗 XL9555 统一承载 3 个旋钮、2 个自锁、6 个轻触按键和 4 个隐藏指示灯。

  • XL9555 I2C -> 用户输入与隐藏灯
  • 闹钟分钟键长按 3 秒进入升级流程

ESP32-S3-WROOM-1-N16

整机主控，16 MB Flash，运行 ESP-IDF / FreeRTOS 固件。

主控任务：睡眠联动、音频控制、灯光控制、香薰控制、升级管理
升级方式：USB MSC U 盘 + OTA 分区
调试方式：UART0 测试点、BOOT/EN 测试点
低功耗：预留 Deep Sleep 和外设断电策略
I2S -> DAC
UART -> 雷达
SPI -> 音频 Flash
RMT -> RGBW 灯环
PWM -> 三路风扇
ADC -> 环境音/电池
I2C -> XL9555 用户输入/指示灯
USB -> U 盘升级

音频输出

PCM5102A I2S DAC + D 类功放 + 扬声器。

  • BCLK/LRCLK/DOUT = GPIO4/5/6
  • 24 bit / 48 kHz 输出
  • 当前预留 ESP-ADF 音频管线

60 GHz 睡眠雷达

检测在床/离床、呼吸、心率、体动和睡眠分期。

  • UART1 TX/RX = GPIO17/18
  • 检测距离配置 50-200 cm

RGBW 氛围灯

SK6812 RGBW x14，支持暖白色温和日出渐亮。

  • DATA -> GPIO38
  • 建议 5 V 供电并做电平转换

显示与香薰

HT1621B 段码 LCD + 三路香薰风扇。

  • LCD CS/WR/DATA = GPIO39/40/41
  • 风扇 PWM = GPIO14/15/16，配合低边 MOS 驱动 5V 两线风扇

环境与电池采样

环境音包络和电池电压进入 ADC，用于音量补偿和电量显示。

  • 环境音 -> GPIO1 / ADC1_CH0
  • 电池分压 -> GPIO2 / ADC1_CH1

功能链路说明

感知输入

雷达提供睡眠阶段，环境音 ADC 提供环境噪声，电池 ADC 提供电量。

→

主控决策

ESP32-S3 根据睡眠阶段调整音量、音源、灯光亮度、香薰风扇档位。

→

执行输出

I2S 音频输出、RGBW 灯光、三路风扇、LCD 状态显示同步执行。

电源树

USB-C 5 V

外部供电和充电入口。

IP5306 + 电池

充放电管理，连接 4000 mAh 锂电池。

3.3 V 逻辑电源

ESP32-S3、雷达、Flash、LCD、逻辑输入输出。

5 V 功率电源

功放、LED 灯环等高电流负载，需和模拟音频区域隔离回流。

用户输入与联动逻辑

当前已接入 闹钟分钟键长按 按键通过 XL9555 输入采样。长按约 3 秒后进入 USB U 盘升级模式；拷入 firmware.bin 并安全弹出后，再次长按确认升级并重启。
当前默认启用 睡眠联动开关 固件中的 sleep_link_enabled 当前默认为开启。开启后，雷达睡眠阶段会自动联动音频、灯光和香薰风扇。
当前默认启用 环境自适应开关 固件中的 ambient_adapt_enabled 当前默认为开启。环境音 ADC 较高时，设备自动提高目标音量。
当前默认启用 香薰使能 固件中的 aroma_enabled 当前默认为开启。睡眠联动策略会根据雷达阶段自动调整三路香薰风扇档位。
硬件预留 EC11 音量旋钮 旋转调整音量，按压可做静音或快捷功能。接入 XL9555 后会生成 volume_delta，主逻辑会把音量限制在 0-100 并下发到音频服务。
硬件预留 EC11 音源旋钮 用于白噪音、粉红噪音、棕色噪音、雨声、海浪、鸟鸣等音源切换。固件已具备音源枚举和切换逻辑。
硬件预留 EC11 灯光旋钮 用于亮度/色温调整。固件已有暖白 1800K-3000K 和日出渐亮接口，旋转即可联动灯光服务。
硬件预留 轻触按键组 场景键 2、灯光键 1、香薰键 1、闹钟 H/M 键 2，全部接到 XL9555 输入。闹钟分钟键长按可进入升级流程。
硬件预留 自锁/拨动开关 用于总联动使能或睡眠模式使能，状态进入 UI 服务后可直接控制 sleep_link_enabled 或 ambient_adapt_enabled。
用户动作 固件变量/事件 联动结果 当前状态
长按闹钟分钟键约 3 秒 firmware_update_service 检测长按 第一次长按显示 U 盘；第二次长按执行 OTA 升级 已实现
旋转音量 EC11 ui_event_t.volume_delta 调整目标音量，范围 0-100 主逻辑已支持，输入扫描待接
切换睡眠联动开关 sleep_link_enabled 开启时雷达分期自动控制音频、灯光、香薰；关闭时不执行自动联动 变量已支持，硬件输入待接
切换环境自适应 ambient_adapt_enabled 环境音 ADC > 2600 且音量 < 80 时，自动音量 +8 变量已支持，硬件输入待接
切换香薰开关 aroma_enabled 清醒阶段风扇中档；浅睡/深睡风扇低档；关闭时风扇关闭 变量已支持，硬件输入待接
场景/灯光/闹钟按键 selected_scene、light_delta、encoder_delta 用于场景切换、亮度调整和闹钟时间设置，并显示到 LCD 已实现输入定义

关键接口清单

模块 连接到主控 客户可理解的作用
USB-C ESP32-S3 原生 USB 供电、充电、后期通过 U 盘方式升级固件
PCM5102A + 功放 GPIO4/5/6 I2S 播放白噪音、雨声、粉红噪音等助眠音频
W25Q128JV GPIO10/11/12/13 SPI 存放本地音频资源，不依赖 TF 卡
60 GHz 雷达 GPIO17/18 UART 识别在床、离床、清醒、浅睡、深睡等状态
SK6812 RGBW GPIO38 RMT 提供暖光、氛围灯、日出唤醒灯效
香薰风扇 GPIO14/15/16 PWM 三路独立香薰风量控制
HT1621B LCD GPIO39/40/41 GPIO 显示电量、雷达状态、时间、香薰等信息
环境音/电池 ADC GPIO1/2 ADC 根据环境噪声调音量，显示电池电量

器件选型参考

器件 规格 链接 说明
XL9555 I/O 扩展器 2 颗，TSSOP-24 淘宝详情页 承载 3 个旋钮、2 个自锁、6 个轻触按键和 4 个隐藏指示灯
EC11 旋转编码器 3 个，带按压 淘宝详情页 音量、音源、灯光/色温旋钮
6x6x5 轻触开关 6 个，4 脚 淘宝详情页 场景、灯光、香薰、闹钟 H/M
MTS/钮子自锁开关 2 个，2/3 档 淘宝详情页 总联动或睡眠模式使能
2510 5V 两线风扇 3 个，25 x 25 x 10 mm 淘宝详情页 香薰风扇，配合低边 MOS 控制

以上为当前选型参考，后续可按同规格料号替换。

关键设计说明

音频资源使用板载 SPI Flash，不是 TF 卡，整机外观不需要额外卡槽。
USB-C 不仅供电，也承担后期 U 盘固件升级，售后升级流程更简单。
雷达、环境音、电池电量共同参与睡眠联动，能自动调节音量、灯光和香薰。
硬件上保留 UART0、BOOT、EN 和关键总线测试点，方便打样调试和量产维护。