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CI-B0XGS0XS模块数据手册

模块介绍

概述

本模块是针对低成本离线语音应用方案开发的一款通用、便携、低功耗高性能的语音识别模块,型号包括为:板载8MB Flash的CI-B02GS01S/CI-B03GS01S和板载4MB Flash的CI-B02GS04S/CI-B03GS04S,各个型号管脚完全兼容,区别为主芯片型号不同和板上的Flash容量不同,CI-B02GS0XS主芯片为CI1102,CI-B03GS0XS主芯片为CI1103。CI-B03GS0XS中的主芯片CI1103比CI-B02GS0XS中的主芯片CI1102多2MB的DRAM,可以实现更多命令词和算法功能。板载8MB Flash的模组比4MB Flash的模组多了更多的存储容量,可以放更多的播报音文件和更大的固件。

模块框图

图1 模块框图

该模块具有以下特点:

模块体积小巧,长宽为22±0.15mm×27±0.15mm,工作电压为4.5V-5.5V,板载一颗8MB NorFlash和功放,带一路麦克风、一路喇叭和一路5V电源和2路UART的接口、3路PWM接口。对外接口采用2排10PIN的邮票孔和插针孔,方便采用回流贴片使用和焊接插针使用。

  • 模块主芯片支持离线神经网络计算,支持单麦克风降噪增强,单麦克风回声消除,360度全方位拾音,可抑制环境噪音,保证嘈杂环境中语音识别的准确性。使用本模块进行离线语音识别不依赖网络,时延小,性能高,可实现97%以上的高识别率,10米超远距离识别,响应时间最快达到0.2S。
  • 模块可以应用到有能耗等级要求的产品和电池类产品中,运行功耗≤150mW。
  • 高可靠性,模块选材均选用工业级器件,通过了包括双85高温高湿测试在内的多项可靠性实验,可应用在对可靠性要求极高的家电产品中。

模块可以和配套的功能底板使用,更多功能底板的详细信息,请点击:☞CI-B02-MB开发板套件说明

表1 模块选型表

板载Flash容量 本地命令词200条以内 本地命令词300条/本地自学习
8MB Flash CI-B02GS01S CI-B03GS01S
4MB Flash CI-B02GS04S CI-B03GS04S

模块主芯片介绍

CI110X系列芯片(包含CI1102和CI1103)是一颗专用于语音处理的人工智能芯片,可广泛应用于家电、家居、照明、音箱、玩具、穿戴设备、汽车等产品领域,实现语音交互及控制。CI110X系列芯片内置自主研发的脑神经网络处理器BNPU,支持本地大词汇量语音识别和声纹识别,和内置的CPU核结合可以做各类智能语音方案应用。

想了解CI110X芯片更多的详细信息,请点击以下链接:

CI1102芯片数据手册

CI1103芯片数据手册

模块应用场景

该模块可用作语音识别前端+客户硬件主控板方案组合使用,也可以作为灯具、玩具等方案的单芯片主控模块。应用时需在模块底板上添加麦克风和喇叭插座或者焊点,并通过外部接入的5V电源进行供电。

模块作为语音识别前端应用示意图

图2 模块作为语音识别前端应用示意图

CI-B02GS0XS模块支持200条以内的离线语音识别命令词,可以用来做电风扇、取暖桌、晾衣机、小家电、玩具、照明等对命令词要求较少的产品。

CI-B03GS0XS模块支持300条以内的离线语音识别命令词,可以用来做空调、洗衣机、中控等要求较多命令词的产品,还可以通过CI1103的计算能力,支持本地命令词自学习等扩展功能,增强产品的体验感。

模块可应用的产品

图3 模块可应用的产品

模块规格

模块实物图

模块实物和芯片对应位置图

模块实物和芯片对应位置图

图4 模块实物和芯片对应位置图

模块实物如图4所示,语音识别模块为单面贴装,主要IC包括语音识别芯片CI1102或CI1103、8MB NorFlash、功放等。声音从单麦克风输入,经语音IC识别后送给功放驱动喇叭播放声音,功放最大驱动功率为1.1W@8Ω和2W@4Ω。模块内部通过一路Codec实现了回声消除,正常运行下回声有效抑制的信噪比最大范围为-10dB到-15dB。

模块尺寸图

模块尺寸图 模块尺寸图

图5 模块尺寸图

如图5所示,模块形状为长方形,尺寸为22±0.15mm×27±0.15mm,PCB板厚为1.0±0.1mm,模块高度为3.1±0.1mm,用户可根据此尺寸设计结构。

模块硬件接口定义

模块引脚图

图6 模块引脚图

CI-B0XGS0XS四个型号的模块的引脚完全一致,位置如上图所示。

本模块有以下功能接口:

  1. 双线单麦克风接口,请在底板设计麦克风插座或者焊点,考虑麦克风线路上增加ESD器件,为保障好的语音识别效果,建议采用灵敏度为-32±3dB,信噪比≥65dB的麦克风,请点击 ☞参考麦克风器件 了解更多信息;
  2. 双线单喇叭接口,请在底板设计喇叭插座或者焊点,为保障好的语音播报效果,建议采用带腔体的喇叭,请点击 ☞参考喇叭器件 了解更多信息;
  3. UART0接口可用于升级,底板请设计对应的插针方便后续升级,UART1接口与主控MCU通讯,PWM信号主要做灯控和红外功能,引脚顺序请参考图6。该接口中的UART引脚除了做串口通讯功能外,也可以配置为GPIO口。

模块全部对外引脚的功能描述如表2所示:

表2 模块引脚对照表

管脚号 管脚名称 I/O类型 IO驱动能力 IO上电默认状态 功能定义
1 5V P - - 5V电源
2 3.3V p - - 3.3V电源输出
3 TX0 IO,T+U 4mA IN,T+U 1.UART0_TX
2.GPIO[0]
4 RX0 IO,T+U 4mA IN,T+U 1.UART0_RX
2.GPIO[1]
5 GND P - - 地信号
6 PWM3 IO,T+D 4mA IN,T+D 1.PWM输出通道3
2.GPIO[18]
7 PWM4 IO,T+D 4mA IN,T+D 1.PWM输出通道
2.GPIO[19],note2
3.I2C1_SDA
8 PWM5 IO,T+D 4mA IN,T+D 1.PWM输出通道5
2.GPIO[20],note2
3.I2C1_SCL
9 Tx1 IO,T+U 4mA IN,T+U 1.UART1_TX
2.I2C1_SDA
3.GPIO[23]
10 Rx1 IO,T+U 4mA IN,T+U 1.UART1_RX
2.I2C1_SCL
3.GPIO[24]
11 PG_EN IO,T+D 4mA IN, T+D 1.FLASH_PG_EN引脚,与EN短接,进入UART升级模式
2.I2S1_MCLK
3.IIS_TEST
4.SPI1_CLK
12 AGND P - - 模拟地信号
13 MICL+ - - - 麦克风正极
14 AGND P - - 模拟地信号
15 GND P - - 地信号
16 GND P - - 地信号
17 SKPL- - - - 喇叭输出
18 SKPL+ - - - 喇叭输出
19 GND P - - 地信号
20 5V P - - 5V电源

上表中的标注符号释义如下:

I:input

O:output

IO:bidirectional

P:power or ground

T+D:tristate plus pull-down

T+U:tristate plus pull-up

OUT:power-on defaults to output mode

IN:power-on defaults to input mode

模块电气特性参数

表3 模块引脚对照表

参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 备注
模块供电电压 / 4.5 5 5.5 V NOTE1
模块播音状态电流(正常音量) 8欧2W喇叭 / 70 / mA NOTE2
模块工作电流 / / 40 / mA NOTE3
安静环境下监听状态电流 5V供电 / 29 / mA /
芯片IO接口电压 / 3 3.3 3.6 V /
模块UART接口电压 / 4.5 5 5.5 V /

NOTE1:5V为模块典型供电电压,输入超过5.5V电压会损坏模块。

NOTE2:模块播音状态下最大电流能达到250mA,按照两倍余量原则上需要为模块提供一组驱动能力为500mA的电源供电。

NOTE3:典型值测试时为静音状态。最大值为识别并播音状态。

模块温湿度参数

CI-B0XGS0XS四个型号的模块的温湿度参数一致,如表4所示。

表4 温湿度参数表

参数 最小值 典型值 最大值 单位 备注
模块工作环境温度 -20 25 85 °C /
模块存储环境温度 -20 25 100 °C /
模块存储湿度 0% / 5% RH /

模块应用

模块底板设计参考

使用该模块需要设计调试底板或上位机主板,调试底板的主要作用是用于承载本模块、给模块板提供电源、放置麦克风和喇叭插座、与主控通讯电路以及其它功能电路的转接。 模块供电输入端需放置一个100uF的电容和5V稳压管,喇叭和麦克风插座附近添加ESD器件,PG_EN管脚添加一个跳线和4.7K的上拉电阻,方便通过跳线进入升级模式。 底板上需要设计UART0外接的排针,以方便模块升级。参考设计如下图所示。 模块底板参考设计

模块底板参考设计

图7 模块底板参考设计

模块上电及启动

使用该模块时,将模块安装于底板或上位机主板上,接上喇叭和麦克风,模块的5V电源上电后模块即可启动,上电后若无异常喇叭会播报开机提示音,此时UART口会有打印信息输出,用户可将该UART口用USB串口调试助手等工具接到电脑上,在电脑的串口调试窗口查看打印信息,出现如图8所示的打印信息则表明模块启动正常。注意模块的UART接口为3.3V电平高速串口,若与5V电平的系统对接需要进行电平转换。

输入模块的5V电源会经过模块上的LDO和DCDC芯片降压为3.3V和1.2V,供主芯片使用。模块上的功放芯片采用5V电源供电。5V供电需保证500mA的额定供电电流,要求电源稳定,纹波在30mV以内。模块板1脚和20脚均需要接5V电源供电。

模块启动后的一个参考打印信息

图8 模块启动后的一个参考打印信息

模块默认命令词

如果为用户量产模块,一般出厂前会烧录用户指定的命令词条固件。如果客户未指定,模块会自带默认固件,该固件带默认命令词,供用户测试使用,其命令词如下图所示:

模块默认命令词

图9 模块默认命令词

模块默认串口通讯协议

本模块默认的固件中支持串口通讯协议,用于和上位机的通讯使用。该串口协议可扩展,有以下特点:

  • 完整传输包,包含:头尾,长度,校验,消息类型,消息序列号。
  • 支持变长命令,方便扩展。
  • 消息类型(命令,通知,回复)。
  • 命令消息,可配置,回复ACK。通知消息无ACK。
  • 消息格式将与bootloader升级的相同,通过header来与bootloader协议区分。
  • 默认波特率使用9600。
  • 注意:模块只预留UART0接口,UART0接口默认为打印输出接口。如需UART0作为上述串口协议接口,必须修改代码,修改方式可参照☞CI110X芯片SDK 的串口协议部分文档实现。
  • 支持的命令:查询协议版本号,查询系统版本号,设置音量(音量分级在user_config.h中定义),播放本地播报音,复位命令等,具体协议格式如下图所示:

串口协议格式

图10 串口协议格式

举例说明1:

A5 FC 07 00 A0 91 18 01 55 E0 01 00 00 1B 9B 02 FB解析如下,

A5 FC:head

07 00:有效数据为7byte

A0 :这是命令词信息

91 :命令号码为0x91(本次数据内容为命令词数据)

18 :包序号,本串口第0x08次外发数据,该数值不断累加

01 55 E0 01 00 00:当前命令词的唯一数据

1B :命令词阈值

9B 02:累加和

FB:结尾数据

备注:如果应用中仅关注命令词和阈值,则只关注蓝色部分的7个有效数据就可以了。

举例说明2:

A5 FC 02 00 A3 9A 17 00 B1 05 02 FB 解析如下:

A5 FC :head

02 00:有效数据2byte

A3 :当前为通知数据

9A :命令号码为0X9A(本次数据内容为语音模块内容改变)

17 :本串口第0x07次外发数据,该数值不断累加

00 B1:有效数据。(本数据表示进入唤醒状态)

05 02:累加和

FB:结尾数据

备注:改数据为通知数据,用户根据情况选择使用该信息。

更多的内容解析数据可以可参照☞CI110X芯片SDK 中的串口协议部分。下图为一个协议数据参考截图:

串口协议数据参考截图

图11 串口协议数据参考截图

软件开发

如果模块自带的默认固件无法满足用户需求,用户可以自行进行软件开发,修改该模块的命令词、播报音、串口通讯协议以及其他功能。

软件开发流程主要包含以下几个步骤:

  • SDK开发包资料下载
  • 模型制作(语言模型+声学模型)
  • 语音合成
  • 命令词信息表与音频文件关联
  • 固件打包

详细开发流程请点击☞CI110X芯片SDK 了解。

固件烧录

烧录前准备工作

用户要烧录模块前,需要准备以下物品:

  • 待烧录的模块
  • USB转串口工具
  • 固件烧录工具(pack_update_tool.exe)
  • 固件信息(*.bin格式的文件)
  • 2.0mm间距麦克风
  • 2.5mm间距喇叭
  • 杜邦线若干

固件烧录需准备的物品

图12 固件烧录需准备的物品

硬件连接并烧录

以上图的USB转串口工具为例,在烧录前需要先将USB转串口的电源、地、串口收发引脚分别和模块对应的引脚连接起来,(注意USB转串口的RXD和TXD分别对应模块的UART0_TX和UART0_RX),连接方式如下图所示,接着,短接模块的PG_EN和旁边的引脚(模块的背面有相关的丝印,可根据丝印提示查找相关的位置,采用启英泰伦标准底板烧录连接UART0口的排针)。模块烧录的接线图如下图所示。

模块和USB转串口工具连接图

图13 模块和USB转串口工具连接图

打开固件烧录工具(该工具可以在SDK开发包中CI110X_SDK\tools目录找到PACK_UPDATE_TOOL.exe),根据芯片选择对应的型号,点击固件升级按钮,选择已制作好的固件文件,并确认电脑分配给USB转串口工具的串口端口号。准备工作就绪后,将模块的PG_EN引脚的插针与USB工具上的3.3V短接(拉高PG_EN管脚电平),模块上电后即可进入固件升级模式,开始下载固件。若电脑无法识别USB转串口工具,请首先安装对应的驱动程序。

固件烧录工具示意图

图14 固件烧录工具示意图

烧录后功能测试

固件烧录结束后,建议对模块进行功能测试,以验证烧录固件是否成功。功能测试前待测模块需首先连接麦克风以、喇叭,通电确认是否能有上电播报音,并用唤醒词和命令词测试是否能正常唤醒和识别,如果均能正常工作,则模块功能正常,烧录成功;否则,烧录失败,需进一步探其原因。

使用中可能出现的问题和解决方法

本章节列举了一些模块使用中可能遇到的问题和对应的解决方法。

  • 模块不能烧录并更新固件。 出现上述问题后,请检查以下操作点:
    1. 模块上电前是否已拉高PG_EN管脚(按上文图13描述和旁边的管脚短接);
    2. 串口管脚是否接对,TX和RX是否有接反,电脑端USB转串口工具驱动是否正常,PC端烧录工具是否选择了正确的串口号;
    3. 如以上两点检查无误后,模块还不能烧录,需要使用万用表测量模块供电电压5V、3.3V、1.2V是否正确,用示波器测量晶体是否起振,频率是否为12.288Mhz。各个硬件测量点参考下图。如果发现有电压或晶体出问题,考虑为模块硬件故障,请更换模块或针对模块硬件进行维修。如上述检查均无问题,请联系我司技术支持人员获取帮助。

模块测试点分布图

图15 模块测试点分布图
  • 模块烧录完成,上电后无播报。 出现上述问题后,请检查以下操作点:
    1. 确认烧录固件是否与板子匹配;
    2. 确认喇叭正确接好,供电正常; 采用示波器测量主芯片的语音输出测试点。无输出需检查请固件是否正确,有输出需检查模块上的功放器件是否焊接出现异常,如果功放有异常可更换后再测试。测量点如下图。如上述检查均无问题,请联系我司技术支持人员获取帮助。

模块语音输出测量点

图16 模块语音输出测量点
  • 模块烧录完成,上电后有播报但是不识别命令词:
    1. 检查麦克风和插口的连接是否完好;
    2. 检查麦克风正负极方向是否与模块板上标示一致,没有插反;
    3. 使用万用表测量主芯片对应的MICBIAS管脚是否为2.8V左右电压,使用示波器测量麦克风输入管脚是否有输入语音波形(示波器每格电压调整为100mv档位),若信号正常需考虑固件是否正确,若信号异常需观察板子硬件是否有物理损伤。测量点如下图。如上述检查均无问题,请联系我司技术支持人员获取帮助。

模块麦克风信号测试点

图17 模块麦克风信号测试点

其它应用注意事项

  • 因为CI110X芯片ESD等级较高并且模块设计为方便用户扩展,所以模块没有设计ESD器件,对与ESD很高要求的产品可以在底板添加ESD器件,添加位置为麦克风、喇叭、电源插座位置。建议用户在检验、焊接生产过程中佩戴防静电手环或防静电手套、指套,保障产品的质量可靠性。

  • 使用时注意麦克风、喇叭、电源串口不能接错,注意防止背面测试点短路。

  • 用户可采用USB转串口工具对开发的软件进行调试,调试时需在SDK软件中相应位置加上串口打印命令,编译后生成固件并烧录,就可以进行调试验证。

  • 此模块板的所有IO均为3.3V电平,如果需要接 5V或2.5V逻辑电平,必须加转接电路。

  • BOOT_SEL为启动模式选择,FLASH_PG_EN为升级选择,调试使用时可焊接排针,使用跳线帽分别与中间排针短接使用。

  • 模块底板或上位机主板设计时,模块5V电源输入处需放置容值不小于100uF的电容和5V的稳压管,麦克风走线尽量短;麦克风走线要注意屏蔽,喇叭走线尽量短而粗,走线区域不得有其它走线跨跃。

  • 控制底板翘曲程度不大于0.5%,防止模块焊接不良。

生产指南、存储和包装订购信息

生产存储指南

  1. 启英泰伦邮票口封装模块必须采用SMT贴片机器贴片(采用插针方式除外),并且拆开包装后须于24小时内完成贴片,否则要重新抽真空包装。

  2. 启英泰伦邮票口封装模块存储条件如下:

  • 真空防潮袋必须储存在温度25±5℃,湿度65%±10%RH的恒温恒湿库房中。
  • 真空防潮袋内置有湿度指示卡如下图:

湿度指示卡

图18 湿度指示卡
  1. 启英泰伦出厂的模块需要烘烤,湿度指示卡及烘烤的几种情况如下所述:
  • 拆封时如果湿度指示卡读值30%、40%、50%色环均为蓝色,需要对模块进行持续烘烤2小时;
  • 拆封时如果湿度指示卡读取到30%色环变为粉色,需要对模块进行持续烘烤4小时;
  • 拆封时如果湿度指示卡读取到30%、40%色环变为粉色,需要对模块进行持续烘烤6小时;
  • 拆封时如果湿度指示卡读取到30%、40%、50%色环变为粉色,需要对模块进行持续烘烤12小时。
  1. 烘烤参数如下:
  • 烘烤温度:125±5℃;
  • 报警温度设定:130℃;
  • 自然条件下冷却<36℃后,即可进行SMT贴片;
  • 干燥次数:1次;
  • 若烘烤后超过12小时没有焊接,请再次进行烘烤。
  1. 如果拆封时间超过3个月,禁止使用SMT工艺焊接此批次模块,因为此PCB为沉金工艺,超过3个月后焊盘氧化严重,SMT贴片时极有可能导致虚焊、漏焊。
  2. SMT贴片前,请对模块进行ESD(静电放电、静电释放)保护。操作过程请佩戴静电手套和静电手环。
  3. 为了确保回流焊合格率,贴片请全部产品进行目测、AOI 检测,以确保炉温控制、器件吸附方式、摆放方式的正确性。

推荐炉温曲线

推荐炉温曲线

图19 推荐炉温曲线

包装订购信息

表5 模块批量订购及包装信息

产品型号 包装方式 每个托盘装模块数量 每包装模块数量 每箱装模块数量
CI-B02GS01S
CI-B03GS01S
CI-B02GS04S
CI-B03GS04S
托盘+静电袋+纸箱 66pcs 20个托盘共1320pcs 3袋共3960pcs

采购和技术支持

用户如果要采购我司产品样品,请点击 ☞样品购买 ,也可以点击 ☞样品和批量采购 获取更多信息。

如果您想获取技术支持,请登录☞启英泰伦语音AI平台 或☞开发者论坛