行空板 K10 + 小智 AI——打造“能听懂话”的两轮 AI小车
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。
【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
【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）。
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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。
esp_io_expander_new_i2c_tca95xx_16bit(i2c_bus_, ESP_IO_EXPANDER_I2C_TCA9555_ADDRESS_000, &io_expander);
【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。
【关键代码片段】
1. 初始化 XL9535esp_io_expander_new_i2c_tca95xx_16bit(i2c_bus_, ESP_IO_EXPANDER_I2C_TCA9555_ADDRESS_000, &io_expander);
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。
ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, output_pins,IO_EXPANDER_OUTPUT);
2. 语音控制回调
void InitializeIot() {
stop_timer_ = xTimerCreate("StopMotorTimer",pdMS_TO_TICKS(1000),pdFALSE,this,StopMotorCallbackStatic);
auto& mcp_server = McpServer::GetInstance();
motor_.init();
mcp_server.AddTool("self.car.action",
"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）",
PropertyList({Property("action", kPropertyTypeString),Property("speed", kPropertyTypeInteger, 200, 0, 255),Property("run_time", kPropertyTypeInteger, 2, 0, 60)}),
(const PropertyList& properties) -> ReturnValue {
std::string action=properties["action"].value<std::string>().c_str();
int speed = properties["speed"].value<int>();
int run_time = properties["run_time"].value<int>();
if (action=="前进"){
motor_.forward(speed);
SetPnumLevel(8,0);
SetPnumLevel(9,1);
if (stop_timer_) {
xTimerStop(stop_timer_, 0);
xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);
xTimerStart(stop_timer_, 0);
}
}else if(action=="停止"){
motor_.stop();
}else if(action=="后退"){
motor_.backward(speed);
SetPnumLevel(8,1);//P8引脚
SetPnumLevel(9,0);//P9引脚
if (stop_timer_) {
xTimerStop(stop_timer_, 0);
xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);
xTimerStart(stop_timer_, 0);
}
}else if(action=="左转"){
motor_.turnLeft(speed);
SetPnumLevel(8,0);
SetPnumLevel(9,0);
if (stop_timer_) {
xTimerStop(stop_timer_, 0);
xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);
xTimerStart(stop_timer_, 0);
}
}else if(action=="右转"){
motor_.turnRight(speed);
SetPnumLevel(8,1);
SetPnumLevel(9,1);
if (stop_timer_) {
xTimerStop(stop_timer_, 0);
xTimerChangePeriod(stop_timer_, pdMS_TO_TICKS(run_time * 1000), 0);
xTimerStart(stop_timer_, 0);
}
}
return ReturnValue(action);
});
}
3. 自动停车回调函数
static void StopMotorCallbackStatic(TimerHandle_t xTimer)
{
auto* self = static_cast<Df_K10Board*>(pvTimerGetTimerID(xTimer));
self->StopMotorCallback();
}
void StopMotorCallback()
{
motor_.stop();
}
4.引脚P0、P1产生PWM——motor.cc文件
#include "motor.h"
#define PWM_FREQ_HZ 1000
#define PWM_RESOLUTIONLEDC_TIMER_8_BIT
MotorDriver::MotorDriver(int ain1, int ain2)
: _ain1(ain1), _ain2(ain2),
_ch_ain1(LEDC_CHANNEL_1), _ch_ain2(LEDC_CHANNEL_2)
{}
void MotorDriver::init()
{
// 设置 PWM 定时器
ledc_timer_config_t timer_conf = {};
timer_conf.speed_mode = LEDC_MODE;
timer_conf.timer_num = LEDC_TIMER_1;
timer_conf.duty_resolution= PWM_RESOLUTION;
timer_conf.freq_hz = PWM_FREQ_HZ;
timer_conf.clk_cfg = LEDC_AUTO_CLK;
timer_conf.deconfigure = false;// ESP-IDF 5.0+ 新字段，必须赋值
ledc_timer_config(&timer_conf);
// 配置每个通道
auto config_channel = (int gpio, ledc_channel_t ch) {
ledc_channel_config_t channel = {};
channel.gpio_num = gpio;
channel.speed_mode = LEDC_MODE;
channel.channel = ch;
channel.timer_sel = LEDC_TIMER_1;
channel.duty = 0;
channel.hpoint = 0;
channel.intr_type = LEDC_INTR_DISABLE;
ledc_channel_config(&channel);
};
config_channel(_ain1, _ch_ain1);
config_channel(_ain2, _ch_ain2);
}
void MotorDriver::setMotor(ledc_channel_t ch1, uint8_t duty1,
ledc_channel_t ch2, uint8_t duty2)
{
ledc_set_duty(LEDC_MODE, ch1, duty1);
ledc_update_duty(LEDC_MODE, ch1);
ledc_set_duty(LEDC_MODE, ch2, duty2);
ledc_update_duty(LEDC_MODE, ch2);
}
void MotorDriver::stop()
{
setMotor(_ch_ain1, 0, _ch_ain2, 0);
}
void MotorDriver::forward(uint8_t speed)
{
setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);
}
void MotorDriver::backward(uint8_t speed)
{
setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);
}
void MotorDriver::turnLeft(uint8_t speed)
{
setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);
}
void MotorDriver::turnRight(uint8_t speed)
{
setMotor(_ch_ain1, speed, _ch_ain2, speed);
}
【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”。
【视频演示】
https://www.bilibili.com/video/BV1gDxXzJE49/?share_source=copy_web【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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