每年的這個(gè)時(shí)候，總能看到許多為畢業(yè)設(shè)計(jì)而發(fā)愁的同學(xué)。大家手里握著熟悉的STM32，知道它性能強(qiáng)大、控制精準(zhǔn)，是完成畢設(shè)的可靠伙伴，但恰恰因?yàn)檫@份“可靠”，反而讓選題變得困難——能做的東西似乎都被人做過了，怎樣才能讓項(xiàng)目既有技術(shù)含量，又有些新意，足以讓人眼前一亮呢？

我們意識(shí)到，問題的關(guān)鍵或許不在于STM32本身，而在于如何為它加點(diǎn)“料”——如何讓它與更前沿的技術(shù)結(jié)合起來。如今，“萬物互聯(lián)”與“人工智能”已不再是遙遠(yuǎn)的概念，它們正越來越多地出現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中。那么，何不讓我們的STM32項(xiàng)目，也嘗試具備聯(lián)網(wǎng)、上云，甚至一點(diǎn)簡單的“思考”能力？

這個(gè)想法，正是我們籌劃這一系列分享的初衷。我們希望能為你們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，提供一些不同的思路和具體的參考，增加一些創(chuàng)新點(diǎn)。在接下來的時(shí)間里，我們會(huì)陸續(xù)帶來從易上手的AI趣味小應(yīng)用，到綜合性項(xiàng)目的講解，包括13個(gè)AI入門應(yīng)用項(xiàng)目、2個(gè)小智AI項(xiàng)目、3個(gè)LVGL綜合項(xiàng)目、一個(gè)AI桌寵機(jī)器狗，以及那個(gè)經(jīng)典的、國民級(jí)嵌入式項(xiàng)目——AI智能小車。

本篇就讓我們從這個(gè)系列開始，先從13個(gè)AI入門應(yīng)用講起。項(xiàng)目本身不復(fù)雜，但它能讓你直觀地感受到，當(dāng)STM32和AI技術(shù)結(jié)合起來后，能實(shí)現(xiàn)哪些不一樣的功能。

《AI智能桌面伙伴》

01 項(xiàng)目應(yīng)用場景

• 人機(jī)交互新方式
• 趣味智能桌面助手
• 姿態(tài)識(shí)別應(yīng)用場景

02 項(xiàng)目功能

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了基于姿態(tài)識(shí)別的擬人化語音交互系統(tǒng)。用戶通過語音指令（"你現(xiàn)在什么狀態(tài)啊"、"你現(xiàn)在在干嘛啊"）查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)，STM32通過QMI8658六軸姿態(tài)傳感器采集加速度/角速度數(shù)據(jù)，計(jì)算歐拉角，根據(jù)角度閾值判斷設(shè)備姿態(tài)（躺著/站著/倒立/左倒/右倒）。ESP32接收姿態(tài)編碼，映射為擬人化狀態(tài)，生成趣味語音反饋。系統(tǒng)采用雙芯架構(gòu)：ESP32負(fù)責(zé)語音交互，STM32負(fù)責(zé)姿態(tài)識(shí)別和編碼。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從姿態(tài)感知、狀態(tài)判斷到擬人化反饋的完整交互流程，賦予設(shè)備擬人化性格，增強(qiáng)用戶交互體驗(yàn)。

03 項(xiàng)目硬件平臺(tái)

主硬件平臺(tái)：華清遠(yuǎn)見F103&ESP32-S3 AI開發(fā)板（板載麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、6軸姿態(tài)傳感器）+2.8寸顯示屏。

關(guān)于華清遠(yuǎn)見F103&ESP32-S3 AI開發(fā)板：

這是一款能讓你的STM32項(xiàng)目瞬間擁有聯(lián)網(wǎng)和AI能力的雙核開發(fā)板，集成了STM32F103和ESP32-S3。兩個(gè)核心都可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以協(xié)同工作。對(duì)于初學(xué)者來說，你可以把它當(dāng)成兩塊板子來分別學(xué)習(xí)（STM32F103開發(fā)板+ESP32-S3開發(fā)板）。對(duì)于項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)來說，可以讓它們分工合作——ESP32作為“AI大腦”，STM32作為“控制雙手”，低成本實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、更穩(wěn)定的高級(jí)應(yīng)用。

04 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)

1.姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集 ：通過I2C接口（PB6/SCL，PB7/SDA）讀取QMI8658的3軸加速度和角速度

2.歐拉角計(jì)算 ：使用IMU算法將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Yaw/Pitch/Roll歐拉角（單位：度）

3.姿態(tài)判斷閾值 ：

- 躺平：俯仰角和橫滾角絕對(duì)值<30度

- 倒立：俯仰角與88度差值<20度

- 站立：俯仰角與-88度差值<20度

- 左倒：橫滾角與-80度差值<50度

- 右倒：橫滾角與80度差值<50度

4.雙芯通信協(xié)議 ：9字節(jié)固定幀格式，支持姿態(tài)查詢指令(0x17)，數(shù)據(jù)域4=姿態(tài)編碼

5.擬人化反饋生成 ：根據(jù)姿態(tài)生成趣味語音，如：

- 站立→"我現(xiàn)在正站著呢，精神抖擻～隨時(shí)聽你吩咐"

- 左倒→"我現(xiàn)在向左倒啦，有點(diǎn)暈乎乎的，扶我一下？"

- 倒立→"我在倒立哦，腦袋充血啦，快讓我正過來～"

05 涉及學(xué)習(xí)技術(shù)點(diǎn)

- 6軸傳感器數(shù)據(jù)采集

- 歐拉角計(jì)算

- 姿態(tài)識(shí)別算法

- 數(shù)據(jù)映射與轉(zhuǎn)換

- 雙芯架構(gòu)任務(wù)分工

- 串口通信協(xié)議設(shè)計(jì)

- 語音交互與擬人化反饋

06 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)原理

1. 硬件原理

首先打開【華清遠(yuǎn)見_F103&ESP32-S3 AI開發(fā)板資料V1.0\05_硬件圖紙\ 1.F103&ESP32-S3 AI開發(fā)板原理圖V4.3】，根據(jù)原理圖查看六軸傳感器電路。

上圖可以看出連接傳感器的I2C引腳為PB7和PB6，引腳定義如下表：

2. 雙芯通信原理（ESP32 為主機(jī)，STM32 為從機(jī)）

采用9 字節(jié)固定幀格式，幀結(jié)構(gòu)與解析邏輯如下：

3. STM32 端姿態(tài)識(shí)別與編碼

傳感器數(shù)據(jù)解析：通過I2C讀取 QMI8658A 的橫滾角和俯仰角對(duì)當(dāng)前設(shè)備姿態(tài)進(jìn)行判斷。

姿態(tài)判斷閾值：

定義不同姿態(tài)的角度閾值（躺平30 度倒立 20 度、站立 20 度、側(cè)倒 50 度），依據(jù) 俯仰角 和 橫滾角度值判斷物體當(dāng)前姿態(tài)：

• 當(dāng)俯仰角和橫滾角的絕對(duì)值均小于躺平閾值時(shí)，判定為躺平狀態(tài)；
• 當(dāng)俯仰角與88 度的差值小于倒立閾值時(shí)，判定為倒立狀態(tài)；
• 當(dāng)俯仰角與- 88 度的差值小于站立閾值時(shí)，判定為站立狀態(tài)；
• 當(dāng)橫滾角與- 80 度的差值小于側(cè)倒閾值時(shí)，判定為左側(cè)倒?fàn)顟B(tài)；
• 當(dāng)橫滾角與80 度的差值小于側(cè)倒閾值時(shí)，判定為右側(cè)倒?fàn)顟B(tài)。

4. ESP32 端姿態(tài)映射與反饋

編碼到狀態(tài)映射：建立字典{1:"躺著",2:"站立",3:"倒立",4:"左倒",5:"右倒"}，將 STM32 返回的編碼轉(zhuǎn)換為文字描述；

擬人化反饋生成：根據(jù)狀態(tài)隨機(jī)生成趣味文案，

示例：

• 站立→“我現(xiàn)在正站著呢，精神抖擻～隨時(shí)聽你吩咐” 或 “目前是站立狀態(tài)，腰桿挺得筆直哦”；
• 左倒→“我現(xiàn)在向左倒啦，有點(diǎn)暈乎乎的，扶我一下？” 或 “正往左傾斜呢，感覺要摔倒啦～”；
• 倒立→“我在倒立哦，腦袋充血啦，快讓我正過來～” 或 “現(xiàn)在是倒立狀態(tài)，世界都是倒著的哈哈”。

07 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)步驟

完整的實(shí)驗(yàn)步驟目錄如下圖。

后臺(tái)私信備注：AI智能桌面伙伴，免費(fèi)領(lǐng)取項(xiàng)目完整文檔、源碼。

08 硬件平臺(tái)詳細(xì)介紹

《AI智能桌面伙伴》項(xiàng)目硬件平臺(tái)是華清遠(yuǎn)見STM32F103&ESP32-S3 AIoT開發(fā)板。

開發(fā)板簡介

F103&ESP32-S3 AI 開發(fā)板是華清遠(yuǎn)見針對(duì)嵌入式與 AI 開發(fā)市場需求，打造的高性能、低成本AIoT實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)。該開發(fā)板采用雙核心設(shè)計(jì)，整合了STM32F103與ESP32-S3兩款芯片：以ESP32-S3作為AI中樞，承擔(dān)視覺識(shí)別、語音交互及 WiFi/BLE 無線通信任務(wù)；以STM32F103作為控制核心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制與多傳感器數(shù)據(jù)融合，二者通過 UART 總線無縫協(xié)同，形成 “AI 決策 + 實(shí)時(shí)執(zhí)行” 的高效工作模式。

相較于僅使用STM32F103的方案，這一架構(gòu)提升了系統(tǒng)整體性能，同時(shí)擴(kuò)展了板載資源與外設(shè)接口，為更多AI及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展提供了便利。為了方便實(shí)戰(zhàn)練手，我們?yōu)樵撈脚_(tái)配套了多種硬件模塊及20個(gè)實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，涵蓋13個(gè)AI基礎(chǔ)應(yīng)用項(xiàng)目、2個(gè)小智AI項(xiàng)目、3個(gè)LVGL物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，以及AI桌寵機(jī)器狗和AI智能車各1個(gè)。所有項(xiàng)目均基于STM32F103與ESP32-S3協(xié)同開發(fā)，“學(xué)完就能用”，助你快速打造硬核作品，輕松開發(fā)智能AIoT應(yīng)用。相關(guān)資料持續(xù)更新中，后臺(tái)私信領(lǐng)取。

STM32 與 ESP32 是單片機(jī)入門經(jīng)典 MCU，技術(shù)普及度、生態(tài)完整性和商業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。STM32 擅長精準(zhǔn)控制，是工業(yè)與教育首選；ESP32 及升級(jí)版 S3 主打物聯(lián)網(wǎng)，集成聯(lián)網(wǎng)與 AI 能力，廣泛應(yīng)用于 AIoT 終端。二者高度互補(bǔ)，所以我們提倡“雙核學(xué)習(xí)路徑”，從入門到綜合項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn) ，建議先通過 STM32 夯實(shí)通用 MCU 開發(fā)基礎(chǔ)，再用 ESP32 拓展物聯(lián)網(wǎng)等開發(fā)能力，掌握后可提升技術(shù)廣度與就業(yè)競爭力，實(shí)現(xiàn) 1+1>2，這也是雙核心開發(fā)板的教學(xué)設(shè)計(jì)初衷。

對(duì)于STM32/ESP32開發(fā)感興趣的朋友，歡迎關(guān)注~！本開發(fā)板也非常適用于高校嵌入式與AI教學(xué)、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)、競賽項(xiàng)目、個(gè)人學(xué)習(xí)及項(xiàng)目開發(fā)。

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