为你STM32毕设项目加点料：AI智能方向指针语音交互方位感知系统

的关键或许不在于STM32本身，而在于如何为它加点“料”——如何让它与更前沿的技术结合起来。如今，“万物互联”与“人工智能”已不再是遥远的概念，它们正越来越多地出现在实际应用中。那么，何不让我们的STM32项目，也尝试具备联网、上云，甚至一点简单的“思考”能力？

这个想法，正是我们筹划这一系列分享的初衷。我们希望能为你们的毕业设计，提供一些不同的思路和具体的参考，增加一些创新点。在接下来的时间里，我们会陆续带来从易上手的AI趣味小应用，到综合性项目的讲解，包括13个AI入门应用项目、2个小智AI项目、3个LVGL综合项目、一个AI桌宠机器狗，以及那个经典的、国民级嵌入式项目——AI智能小车。

今天，就让我们从这个系列开始，先从13个AI入门应用中的第一个项目讲起。这个项目本身不复杂，但它能让你直观地感受到，当STM32和AI技术结合起来后，能实现哪些不一样的功能。

《AI 智能方向指针》

01 项目应用场景

• 户外探险与导航辅助
• 室内定位与方向指引
• 智能设备的空间方位感知

02 项目功能

本项目实现了一个语音交互式的智能方向指针系统。用户通过语音唤醒设备后（"你好，小元"），可以询问当前方向信息。系统采用双芯协作架构：STM32作为控制端，负责采集板载地磁传感器（QMC6309）数据；ESP32-S3作为AI端，负责语音唤醒、指令识别和语音反馈。当接收到查询指令时，ESP32-S3向STM32发送查询帧，STM32将计算出的方位角（0°~359°）返回给ESP32，后者生成自然语言反馈（如"方位角352°，正北偏西"）并通过扬声器播放。

03 项目硬件平台

主硬件平台：华清远见F103&ESP32-S3 AI开发板（板载三轴地磁传感器、麦克风、扬声器）+2.8寸显示屏。

关于华清远见F103&ESP32-S3 AI开发板：

这是一款能让你的STM32项目瞬间拥有联网和AI能力的双核开发板，集成了STM32F103和ESP32-S3。两个核心都可以独立运行，也可以协同工作。对于初学者来说，你可以把它当成两块板子来分别学习（STM32F103开发板+ESP32-S3开发板）。对于项目实战来说，可以让它们分工合作——ESP32作为“AI大脑”，STM32作为“控制双手”，低成本实现更复杂、更稳定的高级应用。

04 项目实现关键点

1. 双芯通信协议：9字节固定帧格式（0xAA 0x00 0x01 ...），包含帧头、命令地址、命令类型、数据域和校验和

2. 方位角计算：将融合后的地磁数据转换为0°~359°方位角（0°=正北，90°=正东）

3. 语音交互流程：唤醒词模型加载→实时监听→指令识别→数据交互→语音反馈

4. 帧校验机制：校验和=(帧头+命令地址+命令类型+数据域)&0xFF，确保数据传输正确性

05 涉及学习技术点

- 双芯架构分工协作原理

- I2C通信协议与传感器驱动

- 传感器数据融合算法

- 串口通信协议设计与实现

- 语音唤醒与识别技术

- 语音合成与播放技术

- 嵌入式系统中断处理

06 项目实现原理

1. 硬件原理

首先打开【华清远见_F103&ESP32-S3 AI开发板资料V1.0\05_硬件图纸\ 1.F103&ESP32-S3 AI开发板原理图V4.3】，根据原理图查看地磁传感器电路。

上图可以看出连接传感器的I2C引脚为PB7和PB6，引脚定义如下表：

传感器引脚功能如下图所示：

2. 双芯通信原理（ESP32-S3 为主机，STM32 为从机）

通信角色分工：ESP32-S3（AI 端）作为主机，负责发起 “地磁传感器数据查询” 指令；STM32（控制端）作为从机，负责采集地磁传感器数据，并响应主机查询。

通信帧结构：采用固定9 字节帧格式，具体定义如下：

校验机制：校验和= （帧头+命令地址+命令类型+数据域 0+数据域1+数据域2+数据域3+数据域4）& 0xFF，确保数据传输正确性（如查询帧校验和计算:0xAA+0x00+0x01+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00=0xAB,校验和为0xAB）。

3.语音交互原理

语音唤醒：ESP32-S3加载 “你好，小元” 唤醒词模型，实时监听麦克风输入音频，通过语音识别算法匹配唤醒词，匹配成功后触发 “指令接收” 状态（屏幕提示 + 硬件指示灯亮）。

指令识别：指令接收窗口期内，ESP32-S3 采集用户语音指令，通过本地指令模型（覆盖对话 A~E）进行语义匹配，区分 “房间内辨向”“指定方向查找” 等指令类型。

语音反馈：ESP32-S3 将方向计算结果（如 “方位角 352°，正北偏西”）通过语音合成库转换为音频信号，驱动扬声器播放，完成 “交互闭环”。

4. 方向计算原理

传感器数据融合：STM32 采集板载地磁传感器（检测地磁场方向）与加速度传感器（校正姿态，排除倾斜干扰）的原始数据，通过 “姿态解算算法”（如卡尔曼滤波）消除噪声干扰。

方位角换算：将融合后的地磁数据转换为“方位角”（0°~359°），其中 0° 对应正北、90°对应正东、180°对应正南、270°对应正西；例如方位角 352°=360°-8°，对应 “正北偏西”。

数据交互逻辑：ESP32-S3发送 “0xAA 0x00 0x01 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0xAB” 查询帧后，STM32将计算出的方位角（如 352°=0x0160）填入数据域3~4，生成返回帧（0xAA 0x00 0x01 0x00 0x00 0x00 0x01 0x60 0x0C），反馈给 ESP32-S3。

07 项目实现步骤

完整的实验步骤目录如下图。

后台私信（备注：AI 智能方向指针项目），免费领取项目完整文档、源码。

08 硬件平台详细介绍

《AI 智能方向指针》项目硬件平台是华清远见STM32F103&ESP32-S3 AIoT开发板。

开发板简介

F103&ESP32-S3 AI 开发板是华清远见针对嵌入式与 AI 开发市场需求，打造的高性能、低成本AIoT实战平台。该开发板采用双核心设计，整合了STM32F103与ESP32-S3两款芯片：以ESP32-S3作为AI中枢，承担视觉识别、语音交互及 WiFi/BLE 无线通信任务；以STM32F103作为控制核心，实现实时运动控制与多传感器数据融合，二者通过 UART 总线无缝协同，形成 “AI 决策 + 实时执行” 的高效工作模式。

相较于仅使用STM32F103的方案，这一架构提升了系统整体性能，同时扩展了板载资源与外设接口，为更多AI及物联网应用的拓展提供了便利。为了方便实战练手，我们为该平台配套了多种硬件模块及20个实战项目，涵盖13个AI基础应用项目、2个小智AI项目、3个LVGL物联网应用，以及AI桌宠机器狗和AI智能车各1个。所有项目均基于STM32F103与ESP32-S3协同开发，“学完就能用”，助你快速打造硬核作品，轻松开发智能AIoT应用。相关资料持续更新中，可以在文章末尾扫码领取。

STM32 与 ESP32 是单片机入门经典 MCU，技术普及度、生态完整性和商业应用优势显著。STM32 擅长精准控制，是工业与教育首选；ESP32 及升级版 S3 主打物联网，集成联网与 AI 能力，广泛应用于 AIoT 终端。二者高度互补，所以我们提倡“双核学习路径”，从入门到综合项目实战 ，建议先通过 STM32 夯实通用 MCU 开发基础，再用 ESP32 拓展物联网等开发能力，掌握后可提升技术广度与就业竞争力，实现 1+1>2，这也是双核心开发板的教学设计初衷。

对于STM32/ESP32开发感兴趣的朋友，欢迎关注~！本开发板也非常适用于高校嵌入式与AI教学、学生毕业设计、竞赛项目、个人学习及项目开发。

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