小智AI聊天太空人故事机改造

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**免责声明**：本文为作者DIY总结分享，仅作学习参考，不保证100%正确，如有错误欢迎指正。本文提及改造事项实现，要求网友/群友有一定的硬件常识和动手操作能力，不接受任何以未经提示或未考虑周全等原由，在产生损失时索要赔付，所有责任自行承担。
🖼 AI机器人扮演的故事机，是个很好的应用场景，相对比与传统的固定内容的故事机，孩子们应该会更喜欢智能的聊天对象，更丰富的故事内容，海量的知识库问答，以及情感化的对话场景。

一、硬件材料

  • 小智AI聊天机器人套件
    • ESP32S3开发板（WROOM N16R8，不焊接排针）
    • 数字麦克风：INMP441 （不焊接排针）
    • 数字功放：MAX98357A（不焊接排针）
    • 腔体喇叭：故事机自带4Ω 5W（效果一般，好在物理适配）或 另配8Ω 3W 或 4Ω 3W
  • 太空人故事机：
      • 尺寸 95*75*50MM，参考如下图示：
      • 故事机买基础款即可，淘宝参考链接（不带货）：https://item.taobao.com/item.htm?_u=7o1bsre2f4&id=828188484146
    小智AI聊天太空人故事机改造
  • 充放电一体板/锂电池充电升压电源板
      • 2A 5V充放电一体模块3.7V 4.2V 18650锂电池充电升压电源板保护
      • 淘宝链接（非带货）：https://item.taobao.com/item.htm?_u=7o1bsr267b&id=588511340560
    小智AI聊天太空人故事机改造
  • 其他材料及工具
    • 彩色线材：普通的电路板飞线PCB跳线，或自配导线（最好彩色的，方便区分）
    • 绝缘胶布：建议使用醋酸胶布，淘宝购买或自备
    • 万用表，电烙铁套件（焊锡丝、锡膏、清洁丝筒等），钳子、斜口剪、剥线剪刀、小型螺丝刀，手钻或小型电钻等。
    • Type-C数据线、5V2A充电器或电脑USB供电，下文如提及再补充

二、准备工作

2.1 开发板固件烧录

这里使用的是固件程序WiFi版本，请下载对应的固件版本并进行烧录。（建议提前准备烧录，也可以在后面关闭电源的情况下进行烧录），V0.5.0以上最新版本请选择面包板版本，是否带4G模块自行选择。
烧录请参考第2篇文档 Flash烧录固件（无IDF开发环境）

三、改造步骤

3.1 故事机拆卸

  • 故事机外壳拆卸：
这款太空故事机外壳是前后对合的，没有螺丝，建议先从头部用力挤开缝隙，用塑料拨片滑动拨开。注意四周均匀拨开，避免单脚卡住或者撬坏。故事机拆开后，剪断喇叭的支撑顶板，下图左侧三个方孔中间位置，拆下电路板，拆开后大致如下图示：
小智AI聊天太空人故事机改造
  • 除外壳外，可以复用的零件
    • 喇叭：4Ω，5W（估计）
    • 锂电池：3.7 – 3.8V（单节）
    • 电路板：TypeC充电插座（母），拨档开关（关键帽），按键板（按键6个），螺丝2个。
PS. 故事机的几个问题说明：
1、首先这个故事机的整体材质比较普通，质量一般，其次故事机的黑色面罩是完全不透明的，不方便后续增加屏幕或者点阵什么的。
2、故事机自带的电池容量不高，质量也一般，手头有18650的可以换一下。
  • 故事机电路板处理
正面：用电洛铁带点焊锡膏加热或者风枪加热，用镊子或其他工具去除主控IC（带π字符号）、存储IC（左边8个引脚）、降压IC（最右边5个引脚，有点小）3个IC，如下图示1、2、3位置，正面其他的零件也可以去掉。去掉后如下图示：
背面：主要是触动按钮，暂时不需要动。
**注意：靠近typec接口和开关侧的pcb板的印刷电路要复用，不要破坏了。

3.2 麦克风 INMP441 接线

接线说明，参考 0.3.0以上固件版本进行接线。
麦克风 INMP441 ESP32S3开发板
WS I2S接口数据选择 GPIO4
SCK I2S接口数据时钟 GPIO5
SD I2S接口数据输出 GPIO6
VDD 电源正 3.3V 3V3
GND接地 短接 L/R 左/右声道 GND
麦克风接线参考图：

3.3 数字功放 MAX98357A 接线

接线说明，参考 0.3.0以上固件版本进行接线。
麦克风 INMP441 ESP32S3开发板
DIN 数字信号输入 GPIO7
BCLK 位时钟输入 GPIO15
LRC I2S与U模式左/右时钟 GPIO16
VCC 电源正 短接 SD 关机频道 3V3 3.3V
GND 接地 短接 GAIN 增益和频道 GND 接地
音频+ 接 喇叭正极（一般红线，不清楚问卖家、或用万用表测）
音频- 接 喇叭负极
功放器接线参考图：

3.4 小智AI聊天套件飞线完成图

接线说明，参考 0.3.0以上固件版本进行接线（没有屏幕和4G模块的请忽略）。
**注意：太空人故事机改造方案使用的不焊接排针的ESP32S3开发板及相关配件，如下左图示。

3.5 充放电接线表（重要）

请参考以下表格接线，并配合下图示中所示位置位置参考。先接开关和负极，最后接锂电池正极。
【重要】为了确保元器件安全，请注意一定在确认接线无误后再上电。
故事机电路板正面
充放电一体板
ESP32S3开发板
TypeC 负极（位置1）
2脚 GND 输入电源负极
拨档开关/ON（位置2）
Vin 电源正极输入开发板供电
拨档开关中间位 （位置3）
6脚 VOUT+5V 输出电源正极
故事机电路板反面
TypeC 正极 （位置4）
1脚 VIN 输入电源正极
锂电池
锂电池负极（黑色线）
3 GND 充电负极
锂电池正极（红色线）
4 BAT 充电正极
5 GND 输出电源负极
GND 电源负极 输入接地（一般在VIN旁边）
**注意：太空人故事机改造复用了电路板（去掉3个IC，保留 TypeC 充电接口、开关及按键），如下图所示：
  • 故事机电路板正面：
      • TypeC 负极 位置1 对接 充放电一体模块 2脚 GND 输入接地
      • 拨档开关/ON 位置2 对接 ESP32S3开发板 Vin 输入电源正极
      • 拨档开关中间位 位置3 对接 充放电一体模块 6脚 VOUT+5V 输出电源正极
      **注意：拨档开关默认位置2与位置3为断开状态，当开关拨动到右边ON位置时，位置3与位置2为通路状态，从而实现电源输出到ESP32S3开发板的控制。
  • 故事机电路板反面：
      • TypeC 正极 位置4 对接 充放电一体模块 1脚 VIN 充电板正极输入
      **注意：右图示位置1、2和左侧图示位置1、2为相同位置，左图示蓝色箭头位置的降压IC一定要移除，保持断开。（移动端看左图为1图，右图为2图）
  • 充放电一体板接线：
    • 1 VIN 对接 故事机电路板 背面 TypeC 充电输入正极
    • 2 GND 对接 故事机电路板 TypeC 接地GND
    • 3 GND 对接 故事机锂电池负极（黑色线）
    • 4 BAT 对接 故事机锂电池正极（红色线）
    • 5 GND 对接 ESP32S3开发板GND输入接地
    • 6 OUT+5V 对接 故事机电路板拨档开关 位置3（中间位）（用于控制给ESP32S3开发板上电）

3.6 按钮实现方案（可选）

**注意：太空人故事机复用了电路板的按键，以下示例为实现boot按键（用于按键唤醒和对话中断）。
  • Boot按键实现方案：
1）先用万用表测量一下Boot按键的两端电压和电阻（通断）情况，按照常短状态对接到故事机电路板背面触控按键引脚上。
2）从Boot按键信号侧接出飞线位置1，由于之前没注意到，这里修改为直接接GPIO0引脚即可，直接减小焊接难度。另一端接地导线位置2，对接到原故事机按键板中间触控按钮常开引脚1、2，绿色线为接地，黑色线为Boot按键信号，如下图示：
  • 已追加实现音量值加减按钮，其他按键功能（待实现），V0.5.0以上请选择面包板版本
1. 按键本身需要固件或固件程序支持，如果后续需要实现更多按钮，各位群友可自行测试和对接，注意触控按钮的GND接地，故事机原PCB板上相邻的有些按钮不能短接，具体问题待查。后来经查估计是其他电容和电阻的问题，在做第二个太空人故事机改造时，直接用热风枪加热，去掉了所有电助和电容元件，目前接地正常。
  1. 增加音量值增减+-按钮，接线到开发板GPI40（对应音量+）和GPI39（对应音量-）引脚，另一端均接地GND。
请注意：这个功能需要群主的V0.4.1版本以上程序代码已经实现，只需烧录即可实现。有问题，可以在Q群里与我（surfer）沟通，谢谢。

四、 注意事项

**特别注意：

  • 敏感元件
麦克风属于敏感元件，使用电洛铁焊接是请不要长期高温熨烫麦克风元件，尤其是把高温焊锡漏进麦克风的小孔中去了，否则很容易造成元件损坏，请特别注意！
  • 最后上电和带电操作：
所有焊接完成后再接入电池或者上电，不确定的先不接入，带电操作时最好使用点触法测试，注意千万别短路，分析考虑后再做决定，否则可能导致元器件烧坏。
  • 绝缘处理
由于DIY改造为飞线和多元器件模块实现，会有很多裸露的元器件及电源接口，请使用绝缘胶布把电源及开发板引脚接口做好绝缘处理，防止短路。

*建议电路板摆放顺序

先把麦克风固定在按钮上方的位置，大概就是故事机面罩下方位置，需要自己先用电钻开个孔。
故事机电路板固定后，中间层为ESP32S3开发板（正反面都行），再放充放电一体板。因此在接线时注意预留电线的长度。
最后整理好电路板摆放顺序，合上太空人故事机外壳。

*接线完成后效果图

所有接线检查无误后，拨动开关，上电测试一下。
按照之前的文档介绍连网和注册设备后（已操作则忽略），最后就可以愉快的玩耍了。