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[K10项目分享]行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车 精华

云天 | 中级技神 | 创造力： | 帖子： | 发消息 | 串个门 | 加好友 | 打招呼
2025-10-7 22:32:44 [显示全部楼层]
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[K10项目分享] 行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车

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本帖最后由 云天 于 2025-10-8 14:06 编辑

行空板 K10 + 小智 AI + IO 电机扩展板  
—— 打造“能听懂话”的两轮 AI 小车

【项目缘起】
       行空板 K10 是一块把 240×320 彩屏、摄像头、麦克风、Wi-Fi、ESP32-S3 全部塞进 51.6 mm×83 mm 的“魔方”。  
       官方出厂集成麦克风、扬声器，可轻松实现离线语音识别、语音合成等人工智能项目。  
行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车图1
       行空板K10结合开源项目xiaozhi-esp32开启了新的可能。它充分利用行空板K10中ESP32-S3 的功能，并集成 DeepSeek 等模型的 API，实现了0.3秒级的 AI 语音聊天。DF官网提供了免编译的固件，只需要简单的烧录上传即可让行空板 K10 摇身一变，成为一款响应式智能终端，支持多轮对话、唤醒词检测和实时翻译。
       行空板 K10 的官方「小智语音包」虽然上手零门槛，却只留下一个“会聊天的方盒子”——板载的P0/P1 两个“全功能”引脚、GPIO 金手指统统沉睡。
       于是，我们干脆把这块“能听会说”的板子装进一辆巴掌大小的两轮小车：让语音成为方向盘，让闲置的 GPIO引脚真正去驱动马达。
       接下来，同一套硬件，将不再只是聊天，而是“听得懂人话、看得见前方、跑得稳又停得准”的 AI两轮小车。
行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车图4
【硬件清单 】
1. 行空板 K10（ESP32-S3）  
2. micro:bit 掌控 IO 扩展板
3.TB6612 双路电机驱动，电机驱动扩展板
4. N20电机 ×2
5.小车底盘 ×2（嘉立创）  
6. 18650 锂电池（3.7V）  
7. 3Pin 连接线×4  
行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车图3
【原理透析】
为什么“只剩”P0/P1位置保留了两个全功能GPIO（支持数字输入/输出、模拟输入、PWM输出）。
------------------------------------------------  
K10 的 ESP32-S3 原生 45 个 IO，但：  
- 摄像头 8 data + XCLK + PCLK + VSYNC + HREF + SIOC + SIOD = 14 根  
- 彩屏 SPI 4 data + DC + CS + RST + BACKLIGHT = 6 根  
- 麦克风 I²S 3 根  
- 扬声器 I²S 3 根  
- 喇叭功放使能、LED 灯、SD 卡……  

最后金手指引出的 20 根口线，全部由 **XL9535QF24**（16 bit I²C GPIO 扩展器）驱动，**只能做数字输入/输出**，不能 PWM/ADC。  
因此“电机驱动”这种“方向+PWM”需求，P0、P1负责"PWM"，扩展板上的P8、P9负责“方向”数字信号。

【XL9535QF24 快速上手】  

1. 管脚定义  
   - SDA ←→ K10 金手指 P20  
   - SCL ←→ K10 金手指 P19  
   - 地址 0x20（A2/A1/A0 全部接地）  
2. 寄存器模型  
   与 PCA9555 完全寄存器级兼容：  
   - 方向寄存器：0x06/0x07  
   - 输出寄存器：0x02/0x03  
   - 输入寄存器：0x00/0x01  
3. ESP-IDF 驱动  
   官方已内置 `esp_io_expander_tca95xx_16bit.h`，实例化时把器件地址写成 `ESP_IO_EXPANDER_I2C_TCA9555_ADDRESS_000` 即可，一行代码不用改。
  1. esp_io_expander_new_i2c_tca95xx_16bit(i2c_bus_, ESP_IO_EXPANDER_I2C_TCA9555_ADDRESS_000, &io_expander);
复制代码

【软件架构】

```
APP 层：小智 AI 语音 ⇄ 语义槽位 “self.car.action”  
    ↓  
MCP Server（JSON-RPC）  
    ↓  
Df_K10Board::IoExpanderSetLevel(P8/P9, DIR)  
    ↓  
XL9535QF24 → TB6612 AIN1/AIN2 → 电机正/反/停  
```
定时器 `stop_timer_` 负责“运行 X 秒后自动停车”，防止语音没听到“停止”时小车冲出桌面。
行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车图5
【关键代码片段】

1. 初始化 XL9535
  1. esp_io_expander_new_i2c_tca95xx_16bit(i2c_bus_, ESP_IO_EXPANDER_I2C_TCA9555_ADDRESS_000, &io_expander);

  2. uint16_t output_pins =  (1 << 8) | (1 << 9) ;  // 使用位掩码 (1 << 8) | (1 << 9) 表示引脚P8 和引脚P9。

  3. ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, output_pins,IO_EXPANDER_OUTPUT);
复制代码

2. 语音控制回调  
  1. void InitializeIot() {

  2.        

  3.         stop_timer_ = xTimerCreate("StopMotorTimer",pdMS_TO_TICKS(1000),pdFALSE,this,StopMotorCallbackStatic);

  4.         auto& mcp_server = McpServer::GetInstance();

  5.  

  6.         motor_.init();

  7.         mcp_server.AddTool("self.car.action",

  8.             "可控制小车的运行动作，action(小车的动作):前进、后退、停止、左转、右转。speed:速度;run_time:执行时间（秒）",

  9.             PropertyList({Property("action", kPropertyTypeString),Property("speed", kPropertyTypeInteger, 200, 0, 255),Property("run_time", kPropertyTypeInteger, 2, 0, 60)}),

  10.             [this](const PropertyList& properties) -> ReturnValue {

  11.                 std::string action=properties["action"].value<std::string>().c_str();

  12.                 int speed = properties["speed"].value<int>();

  13.                 int run_time = properties["run_time"].value<int>();

  14. 

  15.                 if (action=="前进"){

  16.                     motor_.forward(speed);

  17.                     SetPnumLevel(8,0);

  18.                     SetPnumLevel(9,1);

  19.                     if (stop_timer_) {

  20.                         xTimerStop(stop_timer_, 0);

  21.                         xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);

  22.                         xTimerStart(stop_timer_, 0);

  23.                     }

  24.                 }else if(action=="停止"){

  25.                     motor_.stop();

  26.                 }else if(action=="后退"){

  27.                     motor_.backward(speed);

  28.                     SetPnumLevel(8,1);//P8引脚

  29.                     SetPnumLevel(9,0);//P9引脚

  30.                     if (stop_timer_) {

  31.                      xTimerStop(stop_timer_, 0);

  32.                      xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);

  33.                      xTimerStart(stop_timer_, 0);

  34.                 }

  35. 

  36.                 }else if(action=="左转"){

  37.                     motor_.turnLeft(speed);

  38.                     SetPnumLevel(8,0);

  39.                     SetPnumLevel(9,0);

  40.                     if (stop_timer_) {

  41.                         xTimerStop(stop_timer_, 0);

  42.                         xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);

  43.                         xTimerStart(stop_timer_, 0);

  44.                     }

  45. 

  46.                 }else if(action=="右转"){

  47.                     motor_.turnRight(speed);

  48.                     SetPnumLevel(8,1);

  49.                     SetPnumLevel(9,1);

  50.                     if (stop_timer_) {

  51.                         xTimerStop(stop_timer_, 0);

  52.                         xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);

  53.                         xTimerStart(stop_timer_, 0);

  54.                     }

  55. 

  56.                 }

  57.                 return ReturnValue(action);

  58.              

  59.          });

  60.                

  61.     }

复制代码

3. 自动停车回调函数  
  1. static void StopMotorCallbackStatic(TimerHandle_t xTimer)

  2.     {

  3.         auto* self = static_cast<Df_K10Board*>(pvTimerGetTimerID(xTimer));

  4.         self->StopMotorCallback();

  5.  

  6.     }

  7.     void StopMotorCallback()

  8.     {

  9.         motor_.stop();

  10.     }
复制代码

4.引脚P0、P1产生PWM——motor.cc文件
  1. #include "motor.h"

  2. #define PWM_FREQ_HZ     1000

  3. #define PWM_RESOLUTION  LEDC_TIMER_8_BIT

  4. MotorDriver::MotorDriver(int ain1, int ain2)

  5.     : _ain1(ain1), _ain2(ain2),

  6.       _ch_ain1(LEDC_CHANNEL_1), _ch_ain2(LEDC_CHANNEL_2)

  7. {}

  8. void MotorDriver::init()

  9. {

  10.     // 设置 PWM 定时器

  11.     ledc_timer_config_t timer_conf = {};

  12.     timer_conf.speed_mode       = LEDC_MODE;

  13.     timer_conf.timer_num        = LEDC_TIMER_1;

  14.     timer_conf.duty_resolution  = PWM_RESOLUTION;

  15.     timer_conf.freq_hz          = PWM_FREQ_HZ;

  16.     timer_conf.clk_cfg          = LEDC_AUTO_CLK;

  17.     timer_conf.deconfigure      = false;  // ESP-IDF 5.0+ 新字段，必须赋值

  18.     ledc_timer_config(&timer_conf);

  19.     // 配置每个通道

  20.         auto config_channel = [this](int gpio, ledc_channel_t ch) {

  21.                 ledc_channel_config_t channel = {};

  22.                 channel.gpio_num     = gpio;

  23.                 channel.speed_mode   = LEDC_MODE;

  24.                 channel.channel      = ch;

  25.                 channel.timer_sel    = LEDC_TIMER_1;

  26.                 channel.duty         = 0;

  27.                 channel.hpoint       = 0;

  28.                 channel.intr_type    = LEDC_INTR_DISABLE;

  29.                 ledc_channel_config(&channel);

  30.         };

  31.     config_channel(_ain1, _ch_ain1);

  32.     config_channel(_ain2, _ch_ain2);

  33. 

  34. }

  35. void MotorDriver::setMotor(ledc_channel_t ch1, uint8_t duty1,

  36.                            ledc_channel_t ch2, uint8_t duty2)

  37. {

  38.     ledc_set_duty(LEDC_MODE, ch1, duty1);

  39.     ledc_update_duty(LEDC_MODE, ch1);

  40.     ledc_set_duty(LEDC_MODE, ch2, duty2);

  41.     ledc_update_duty(LEDC_MODE, ch2);

  42. }

  43. void MotorDriver::stop()

  44. {

  45.     setMotor(_ch_ain1, 0, _ch_ain2, 0);

  46. }

  47. void MotorDriver::forward(uint8_t speed)

  48. {

  49.     setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);

  50. }

  51. void MotorDriver::backward(uint8_t speed)

  52. {

  53.     setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);

  54. }

  55. void MotorDriver::turnLeft(uint8_t speed)

  56. {

  57.     setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);

  58. }

  59. void MotorDriver::turnRight(uint8_t speed)

  60. {

  61.     setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);

  62. }

复制代码

【语音指令实测】
唤醒词：“小智小智”  
用户：“前进 200 速度 3 秒”  
小车：立即直行，3 s 后自动停止，屏幕提示“前进完成”。  
用户：“左转 150 速度 2 秒”  
小车：原地左转 2 s 后刹车，环形 LED 流水灯提示“转向中”。
  行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车图2
【视频演示】
【踩坑记录 】

1. XL9535 上电默认输入，必须先把 P8/P9 设成输出，否则电机抖动。  
2. K10 的 3.3 V 电源最大 500 mA，千万别把电机电源接到 3.3 V 排针！  

【一句话总结】  

“当 K10 遇到 小智AI，语音不再只停留在‘对话’，而是直接对话语言（非命令词）‘驱动’世界—— 原来，AI 的终点不是回答问题，而是帮你把车开出去，再安全地开回来。”
【代码开源】
https://gitee.com/yuntian365/xiaozhi-k10-car1（替换小智AI对应文件）

注：在 main/CMakeLists.txt里找到 SOURCES这一行，确认有没有把 "motor/motor.cpp"加进去。
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