产品结构设计指南¶

定位与适用场景¶

• 定位：产品结构与声学设计规范
• 适用对象：结构工程师、声学工程师、整机方案负责人
• 关键点：声学性能、散热、电磁兼容、环境适应性

官方资料下载¶

MIC 结构设计¶

麦克风（MIC）结构设计是语音产品的核心环节，直接影响语音识别效果。

设计要点¶

声学结构设计¶

• 导声管：保持短、直且密封，避免串音
• 喇叭声腔：根据低频指标匹配容积，避开共振频段
• 开孔设计：直径、数量与位置需参考声学规范文档

智能音箱开发指南¶

问题描述：

需要了解智能音箱的开发经验和技术要点，包括硬件选型、结构设计和软件开发。

解决方案：

开发架构设计：

1. 硬件架构：

   • 主控芯片：ESP32、ESP32-S3或专用音频芯片
   • 语音模块：CI-03T、SU-03T或JX-A7T等
   • 音频器件：麦克风阵列、扬声器单元
   • 网络模块：WiFi、蓝牙（可选）

2. 功能模块划分：

   语音输入 → 语音识别 → 主控处理 → 功能执行
                   ↓
   大模型对话 ← 网络连接 ← WiFi/蓝牙模块
                   ↓
   TTS播放 ← 音频解码 ← 扬声器输出
   

硬件选型建议：

1. 语音处理方案

   • 离线方案：CI-03T、SU-32T等本地识别模块
   • 在线方案：ESP32+云端ASR服务
   • 混合方案：JX-A7T等离在线结合模块

2. 主控芯片选择

   芯片型号	优势	适用场景
   ESP32	成本低、生态好、WiFi/蓝牙集成	简单智能音箱
   ESP32-S3	性能更强、支持AI加速	带屏幕智能音箱
   专用SoC	性能优化、集成度高	量产产品

结构设计要点：

1. 声学结构：

   • 麦克风阵列布局：线性或圆形阵列
   • 声学隔离：播放和拾音区域分离
   • 腔体设计：避免共振和驻波
   • 防尘设计：60-80目防尘网

2. 散热设计：

   • 自然散热：优化外壳通风孔设计
   • 主动散热：小功率风扇或散热片
   • 热源隔离：将发热元件集中布局

3. EMC设计：

   • 屏蔽设计：敏感电路增加屏蔽罩
   • 滤波电路：电源和接口增加滤波
   • 接地设计：良好的接地平面布局

软件开发要点：

1. 系统架构：

   • 实时操作系统：FreeRTOS、Linux等
   • 中间件：音频处理框架、网络协议栈
   • 应用层：语音交互、设备控制

2. 关键功能实现：

   • 语音唤醒：低功耗监听+快速唤醒
   • 语音识别：本地ASR或云端服务
   • 对话管理：多轮对话上下文管理
   • 音频播放：TTS合成+音频输出

开发流程建议：

1. 原型开发阶段

   • 使用开发板快速验证功能
   • 集成现有模块降低开发难度
   • 关注核心功能实现

2. 产品化阶段

   • PCB设计：优化成本和生产工艺
   • 结构设计：考虑量产和装配
   • 认证准备：CCC、SRRC等

常见问题与解决：

1. 识别距离短

   • 优化麦克风阵列算法
   • 调整识别阈值参数
   • 改善声学结构设计

2. 播放音质差

   • 选择合适的扬声器单元
   • 优化音频功放电路
   • 调整EQ参数

3. 网络连接不稳定

   • 优化天线设计
   • 增加网络重连机制
   • 选择合适WiFi芯片

参考设计案例：

1. 基础智能音箱

   • 方案：ESP32 + CI-03T + 扬声器
   • 成本：低，适合入门级产品
   • 功能：语音控制、简单问答

2. 屏显智能音箱

   • 方案：ESP32-S3 + 屏幕 + JX-A7T
   • 成本：中等，适合中高端产品
   • 功能：可视交互、大模型对话

3. 专业智能音箱

   • 方案：专用SoC + 多麦克风阵列
   • 成本：高，适合旗舰产品
   • 功能：远场识别、声源定位

开发资源推荐：

1. 开源项目

   • ESP32-AudioKit：ESP32音频开发框架
   • M5Stack Atom Echo：智能音箱参考设计
   • 自制智能音箱教程：各种DIY方案

2. 开发工具

   • ESP-IDF：乐鑫官方SDK
   • Arduino IDE：快速原型开发
   • 智能公元平台：语音模块配置

注意事项：

• 音频设计是智能音箱的核心，需要重点关注
• 功耗控制直接影响用户体验，特别是电池供电产品
• 认证要求需要早期考虑，避免后期整改
• 保留调试接口，方便后期维护和升级

总体设计原则¶

1. 系统指标倒推：以声学、散热指标倒推空间布局
2. 模块化设计：语音模组、功放、电池模块化，便于维护与调试
3. 可靠性设计：跌落、防尘防水，在设计初期设定可量化目标

振动与噪声控制¶

• 缓冲设计：结构件之间加入缓冲垫减少共振
• 动平衡：旋转部件进行动平衡，降低噪声
• 隔振设计：PCB 与外壳之间增加橡胶垫减小敲击声

环境适应性设计¶

典型参考案例¶

PCB设计与外壳配合¶

设计同步原则¶

1. 结构先行：

   • 先完成外壳工业设计
   • 根据外壳布局规划PCB尺寸
   • 预留足够的装配空间

2. 接口布局：

   • USB、网线等接口位置与外壳开孔对应
   • 考虑插拔空间和操作便利性
   • 避免线缆与内部器件干涉

3. 固定方式：

   • 合理设计螺丝柱位置
   • 确保PCB强度，避免变形
   • 考虑装配公差和热胀冷缩

主板设计导致外壳配合问题¶

问题描述：

现有主板设计导致外壳难以制作，需要重新设计主板以适配外壳。

原因分析：

1. PCB外形不规则：

   • 主板形状复杂，存在异形缺口或凸起
   • 导致外壳模具结构复杂，成本增加
   • 装配时定位困难，影响生产效率

2. 元器件布局不合理：

   • 高个子器件分布分散，外壳需要多处避让
   • 连接器位置不佳，线缆走线困难
   • 发热元件位置与外壳散热设计不匹配

3. 接口位置设计缺陷：

   • USB、网口等接口未对齐
   • 外壳开孔需要额外加强结构
   • 用户使用体验不佳

解决方案：

1. 重新规划PCB外形：

   • 简化PCB形状，尽量使用矩形或规则多边形
   • 减少不必要的凹凸设计
   • 统一圆角半径，便于模具加工

2. 优化元器件布局：

   • 将高个子器件集中到同一区域
   • 靠近边缘放置连接器，方便引出
   • 发热元件集中布局，便于散热设计

3. 接口标准化设计：

   • 所有接口保持在同一平面
   • 预留足够的插拔空间
   • 考虑线缆弯曲半径

设计建议：

• 在设计初期就进行3D装配验证
• 使用标准化的接口和连接器
• 考虑量产工艺和装配效率
• 预留后期改版的空间

常见问题与解决¶

1. 外壳难以装配：

   • PCB尺寸过大或形状不规则
   • 元器件高度与外壳内部空间冲突
   • 解决：根据外壳限制调整PCB外形

2. 散热设计不当：

   • 外壳散热孔与发热器件位置不匹配
   • 未考虑空气对流路径
   • 解决：重新布局热敏感器件

3. 音腔结构问题：

   • 喇叭腔体体积不合适
   • 麦克风拾音孔位置偏差
   • 解决：参考声学设计规范优化

优化建议¶

• 使用3D建模验证装配关系
• 制作手板进行实物装配测试
• 留有适当的调整余量
• 考虑量产工艺的公差范围

焊接工艺与质量控制¶

焊锡材料选择¶

问题描述：

在使用焊锡时发现不同品牌焊锡质量存在差异，部分焊锡在弯曲后容易断裂，影响焊接质量。

选型要点：

1. 焊锡成分选择：

   • 无铅焊锡：Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5（SAC305）

     • 熔点：217-221℃
     • 优点：环保、符合RoHS标准
     • 缺点：熔点较高，需要更高的焊接温度

   • 有铅焊锡：Sn63/Pb37

     • 熔点：183℃
     • 优点：熔点低、润湿性好
     • 缺点：含铅，不环保

2. 焊锡直径选择：

   应用场景	推荐直径	说明
   SMD贴片焊接	0.6-0.8mm	适合精密焊接
   通孔插件焊接	0.8-1.0mm	上锡速度快
   细间距IC焊接	0.5-0.6mm	容易控制上锡量

质量识别方法：

1. 外观检查：

   • 优质焊锡：光泽明亮、表面光滑
   • 劣质焊锡：暗淡无光、表面粗糙

2. 机械性能测试：

   • 弯曲测试：180°弯曲不应断裂
   • 拉伸测试：应有一定的延展性
   • 硬度测试：适中硬度，不易脆断

3. 焊接效果验证：

   • 润湿性：焊锡应快速铺展
   • 流动性：熔化后流动均匀
   • 可靠性：焊点牢固，无虚焊

焊接工艺控制¶

1. 温度控制：

   • 电烙铁温度：

     • 无铅焊锡：350-380℃
     • 有铅焊锡：300-320℃
       • 预热温度：100-150℃（防止热冲击）

2. 时间控制：

   • 焊接时间：每个焊点2-3秒
   • 冷却时间：自然冷却，避免强制降温

3. 焊接技巧：

   • 先预热后焊接：防止热冲击
   • 适量上锡：避免过多或过少
   • 均匀加热：烙铁头同时接触引脚和焊盘

常见焊接问题及解决¶

1. 虚焊问题：

   • 原因：温度不够、时间过短、焊锡量不足
   • 解决：提高温度、延长焊接时间、增加焊锡量

2. 连焊问题：

   • 原因：焊锡过多、焊接时间过长
   • 解决：减少焊锡量、控制焊接时间、使用吸锡带

3. 焊点发黑：

   • 原因：温度过高、氧化严重
   • 解决：降低温度、清洁焊盘、使用助焊剂

4. IC损坏：

   • 原因：静电、温度过高
   • 解决：使用防静电设备、控制焊接温度

质量控制建议¶

1. 材料采购：

   • 选择知名品牌焊锡
   • 要求提供MSDS和SGS报告
   • 批量使用前进行样品测试

2. 工艺标准化：

   • 制定SOP（标准作业程序）
   • 培训操作人员
   • 定期检查设备状态

3. 检验方法：

   • 外观检查：放大镜或显微镜检查
   • 电气测试：导通性测试
   • 可靠性测试：振动、温度循环测试

4. 设备维护：

   • 定期清洁烙铁头
   • 检查温度准确性
   • 更换磨损的配件

注意事项：

• 不同品牌的焊锡性能差异较大，建议固定使用经过验证的品牌
• 焊接工作环境要保持清洁、干燥
• 长期不使用的焊锡可能会氧化，影响焊接效果
• 批量生产前必须进行焊接工艺验证

3D打印外壳线缆管理¶

问题描述：

3D打印外壳时，麦克风线缆从外壳顶部伸出，显得杂乱，影响整体美观。

问题分析：

1. 线缆外露问题：

   • 麦克风线缆从外壳开孔直接引出
   • 线缆颜色与外壳不协调
   • 缺乏线缆固定和整理设计

2. 美观性影响：

   • 破坏了产品的整体美观性
   • 给人一种未完成的感觉
   • 影响产品的商业化价值

解决方案：

1. 结构设计优化：

   • 内部走线设计：

     • 在外壳内部设计线缆槽
     • 预留线缆固定孔位
     • 使用卡扣或束线管固定

   • 线缆引出位置：

     • 将线缆引出位置移到背面或底部
     • 使用隐藏式设计
     • 考虑使用无线麦克风方案

2. 3D打印模型优化：

   设计要点：
   
   1. 在外壳内部设计线缆通道
   2. 预留2-3mm的线缆弯曲空间
   3. 设计卡扣固定线缆
   4. 在底部或背面设置出线孔
   5. 出线孔边缘做圆角处理
   

3. 线缆处理技巧：

   • 颜色匹配：

     • 选择与外壳颜色相近的线缆
     • 或使用透明/白色线缆

   • 线缆整理：

     • 使用热缩管整理线缆
     • 采用蛇皮管保护
     • 定制合适长度的线材

4. 商业化方案参考：

   • 购买成品外壳：

     • 咸鱼等平台有现成的3D打印外壳
     • MakerWorld等3D打印平台提供设计模型
     • 选择已考虑线缆管理的成熟设计

   • 专业定制：

     • 联系专业3D打印服务
     • 根据产品需求定制外壳
     • 考虑小批量生产的成本

实施建议：

1. 设计阶段：

   • 使用CAD软件设计内部线缆通道
   • 进行3D装配模拟
   • 打印样品验证设计

2. 材料选择：

   • 使用PLA或PETG材料打印
   • 考虑使用柔性材料便于装配
   • 选择与产品定位匹配的颜色

3. 装配流程：

   • 先焊接和测试电子部分
   • 然后整理线缆并固定
   • 最后组装外壳

注意事项：

• 麦克风线缆应避免过度弯曲
• 保持线缆与PCB连接的可靠性
• 考虑后期维护和检修的便利性
• 外壳设计应预留散热孔
• 避免线缆与活动部件干涉

参考链接¶

技术支持与资料获取¶

如何获取官方技术支持？¶

问题描述：

在使用产品过程中遇到技术问题时，需要了解如何联系官方技术人员获取支持。

解决方案：

官方支持渠道：

1. 智能公元文档中心

   • 网址：https://smartpi.cn
   • 包含所有模块/芯片资料
   • 提供图文指导和开发包

2. B站官方账号

   • 搜索：机芯智能
   • 内容：指导视频、案例、教学
   • 平台入口：https://space.bilibili.com/1903518159

3. 技术支持联系方式

   • 在官方群中@技术人员
   • 通过客服渠道提交问题
   • 参与官方举办的培训活动

支持内容：

• 产品选型建议
• 技术问题解答
• 开发指导
• 故障排查协助

注意事项：

• 提供详细的问题描述
• 保留产品型号和批次信息
• 附上问题现象的照片或视频

如何获取产品资料和教程？¶

问题描述：

需要获取产品的配套资料、开发指导和视频教程，以便更好地使用产品。

获取途径：

1. 文档中心

   • 访问：智能公元文档中心
   • 内容：原理图、开发包、规格书
   • 分类：按产品型号整理

2. 视频教程

   • B站搜索：机芯智能
   • 发现栏：平台入门视频
   • 内容：模块烧录、使用案例

3. 模块资料下载

   • 购买模块后获取配套资料
   • 烧录工具和固件下载
   • 开发SDK和例程

资料类型：

• 产品规格书
• 硬件原理图
• 引脚定义文档
• 烧录指导手册
• SDK开发包
• 应用案例代码

学习建议：

• 先看入门视频了解基本操作
• 阅读文档掌握技术细节
• 参考案例进行开发
• 遇到问题查看FAQ