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CI-E1XGS02J 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、低功耗高性能的带BLE功能语音识别模块。

图1 模块框图

该模块具有以下特点：

模块体积小巧，长宽为 37mm×40mm，工作电压为 3.6V-5.5V，带一路麦克风、一路喇叭和一路 5V 电源及 UART 的接口，此 UART 接口也为 5V 电平。模块插入麦克风和喇叭直接供电即可使用，也可以直接通过接插件将 UART 连接到产品主控板，由产品主控板的 5V 电源进行供电，UART 通信或 GPIO 控制，无需焊接。模块包含 2 个 3.5mm 螺丝孔，方便固定及安装。

• 模块主芯片支持BLE，支持离线神经网络计算，支持单麦克风降噪增强，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。
• 模块可以应用于有能耗等级要求的产品和电池供电类产品中，运行功耗 ≤0.5W。
• 模块支持BLE协议。用户可以通过手机微信小程序发送控制协议。
• 高可靠性，模块选材均选用工业级器件，通过了多项可靠性实验，可应用在对可靠性要求极高的家电产品中。

表1 模块选型表

模块选型	本地命令词 100 条以内	本地命令词 300 条以内
带插口单麦离线语音BLE模块	CI-E11GS02J	CI-E12GS02J

模块主芯片介绍

CI231X 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。CI231X 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 CI231X 芯片更多的详细信息，请点击以下链接:

☞CI2311 芯片数据手册 ☞CI2312 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。应用时需外接麦克风和喇叭，并通过外部接入的 5V 电源进行供电。

图2 模块作为语音识别前端应用示意图

CI-E1XGS02J 模块系列根据芯片不同支持 100-300 条离线语音识别命令词，可应用于智能电风扇、取暖桌、晾衣机、小家电、玩具、照明等多种终端产品。

图3 模块可应用的产品

模块规格

模块实物图

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 、音频功放等。语音指令从麦克风输入，经语音识别 IC 进行语音识别、指令处理后，将反馈播报音发送至音频功放，驱动喇叭播放声音。音频功放最大驱动功率为 1.5W@8Ω 和 2W@4Ω。

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 37±0.3mm×40±0.15mm，PCB 板厚为 1.6±0.2mm，模块高度为 7.6±0.4mm，用户可根据此尺寸设计结构。

模块硬件接口定义

图6 模块引脚图

本模块有以下功能接口：

1. 双线单麦克风接口，采用 2.0mm 间距母口，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，采用 2.5mm 间距母口，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. 四线供电和 UART 接口，采用 2.5mm 间距母口，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	GND	P	-	-	地信号
3	UART_TX	IO，T+U	4mA	IN，T+U	1.UART0_TX 2.PB5
4	UART_RX	IO，T+U	4mA	IN，T+U	1.UART0_RX 2.PB6
5	MICL-	-	-	-	麦克风负极
6	MICL+	-	-	-	麦克风正极
7	SKPL-	-	-	-	喇叭输出
8	SKPL+	-	-	-	喇叭输出

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	/	3.6	5	5.5	V	NOTE1
模块播音状态电流（正常音量）	4 欧 3W 喇叭	/	100	/	mA	NOTE2
模块工作电流	/	/	55	/	mA	NOTE3
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 为模组典型供电电压，输入超过 5.5V 电压有概率会损坏模组。

NOTE2：模组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组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。最大值测试时为识别并播音状态。

蓝牙电气特性参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位	备注
频率范围	/	2.4	/	2.4835	GHz	/
Current in TX 0dBm	/	/	15	/	mA	/
Current in RX 2Mbps	/	/	17	/	mA
Current in power down	/	/	2	/	uA	/
Freq deviation@1Mbps	/	/	250	/	KHz	/
Freq deviation@2Mbps	/	/	320	/	KHz	/
1Mbps Sensitivity	<0.1�R	/	-91	/	dBm	/
2Mbps Sensitivity	<0.1�R	/	-87	/	dBm	/
Max Output Power	50ohm	/	+8	/	dBm	/
Min Output Power	50ohm	/	-34	/	dBm	/

模块温湿度参数

CI-E1XGS02J 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	-40	25	85	°C	/
模块存储环境温度	-40	25	100	°C	/
模块存储湿度	0%	/	5%	RH	/

模块应用

模块上电及启动

使用该模块时，接上喇叭和麦克风，应将 5V 电源通过电源座子输入到模块，模块通电后会启动，上电正常喇叭会播报提示音频，此时 UART 口会有打印信息出现，用户可以将该 UART 口用 USB 串口调试助手等工具接到电脑上，在电脑中的串口调试软件中看到打印信息后表明模块启动成功，如图 7 所示。注意模块的 UART 接口为 5V 电平高速串口，与 5V 电平的系统对接不再需要进行电平转换。

模块上的语音芯片和音频功放芯片采用 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 300mV 以内。

图7 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，其部分命令词如下图8所示：

图8 模块默认命令词

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 ☞CI231X系列芯片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

图11 固件烧录需准备的物品

硬件连接并烧录

• 语音固件烧录：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。模块烧录的接线图、以及模块背面的丝印图如下图所示。

图12 模块和USB转串口工具连接及模块背面丝印图

打开固件烧录工具（该工具可以在 SDK 开发包中 CI231X_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，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。

图13 固件烧录工具示意图

烧录后功能测试

• 语音功能测试：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。

• 蓝牙功能测试：

1. 微信，搜索 “启英物联” 或者”AI语音智控” 小程序

2. 打开蓝牙权限(部分手机需要开启位置权限)

3. 开启手机蓝牙

4. 添加设备，通过点击“＋”号，或者“添加设备”按键，进行添加设备

5. 进入扫描设备界面，点击扫描到的设备** (目前该小程序支持的设备有：茶吧机，空调，灯，风扇…)

6. 确定连接设备

7. 设备命名

8. 连接成功，返回首页

9. 点击添加的设备即可进入设备操作界面

图14 小程序使用指南

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. 注意要先把TX,RX,GND接上，然后烧录工具再勾选对应串口号（图13）,再供电5V； 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、1.1V 是否正确。各个硬件测量点参考下图。如果发现有电压出问题，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。

图17 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音频功放期间是否焊接出现异常，如果音频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。

图18 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。

图19 模块麦克风信号测试点

其它应用注意事项

因为 CI231X 芯片 ESD 等级较高并且模块设计为方便用户扩展，所以模块上没有增加ESD器件，对于 ESD 要求很高的产品可以再添加 ESD 器件。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。在对应底板连接器位置请预留 ESD 防护器件，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。

注意本模块串口是 5V 供电，请使用 5V 电平的串口进行通讯。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。

生产指南、存储和包装订购信息

生产指南

该模块因采用带端子一体接口，生产简单方便，将麦克风、喇叭、电源通讯端子三个配件插入各自对应端子即可使用。板子设计为防呆接口，三个端子之间不存在误插可能。插入操作过程请佩戴静电手套和静电手环，用合适力度确保连接器插入到位。在开工组装之前在打开真空静电包装袋。

存储条件

模块有真空包装，因此对存储条件要求不高，可储存在 < 40℃/90%RH 的非冷凝大气环境中。模块的潮湿敏感度等级 MSL 为 3 级，真空袋开封或者漏气后，请按照 3 级潮湿敏感度等级管控。

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-E11GS02J	托盘+静电袋+纸箱	40pcs	10 个托盘共 400pcs	3 袋共 1200pcs
CI-E12GS02J	托盘+静电袋+纸箱	40pcs	10 个托盘共 400pcs	3 袋共 1200pcs

采购和技术支持

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