基于WT2003H4语音芯片在电动牙刷的应用设计方案

概述

电动牙刷是一种较为新式的清洁牙齿的工具，它是在许多发达国家广泛使用的牙齿护理工具。电动牙刷作为一种新式刷牙工具，其使用日渐广泛。电动牙刷的刷头通过快速旋转，产生高频振动，将牙膏迅速分解为细小的泡沫，能够更加深入牙间隙中。它比手动牙刷能更加彻底的清除38%的牙菌斑，能够更有效的减少由于饮茶、喝咖啡和其他原因造成的外源性牙齿着色。口腔健康重在预防，刷牙和漱口是预防口腔疾病主要和重要的方法。 电动牙刷行业在口腔清洁用品行业中占据举足轻重的地位。

虽然我国目前牙刷市场主要为手动牙刷主导，但是随着人们生活水平，健康意识的提高，电动牙刷的市场份额也在逐渐增长。唯创知音一直致力于为客户服务，让复杂变简单，因此形成了一套完整的电动牙刷解决方案。该方案主要基于唯创知音强大的语音芯片WT2003H4。

WT2003HX是一款功能强大的高品质语音芯片，采用高性能32位处理器，最高频率可达120MHz，具有低成本、低功耗、高可靠性、通用性能强等特点。该芯片性能和特点如下所示：

1. 内置FLASH可存放300秒语音。
2. 音频输出支持SPK和DAC输出。（DAC输出占用一个IO口）
3. 支持语音高品质音频格式，音频码率支持8kbps~320kbps。
4. 一个红外遥控解码器。
5. 16bit高精度ADC和DAC。
6. 大功率IO驱动能力，最高可直接驱动64ma。
7. 四通道PWM输出。
8. 工作电压在2.0V-5.5V
9. 休眠功耗：静态电流小于10微安。
10. 低电压检测：低于设定电压发出提示（该提示可根据客户需要定制）
11. 标准uart通讯：波特率9600。

1.方案概述：

WT2003H4电动牙刷方案，客户MCU通过标准uart指令，对WT2003H4调节声波马达工作需要的PWM脉冲，其PWM频率和占空比皆可通过指令设置。其次档位指示灯和充电指示灯，可根据需要调节呼吸效果和闪烁效果，呼吸时间和闪缩时间皆可通过指令控制。语音播报功能，开机提示语音，关机提示音，以及工作时的背景音都可根据指令设置。

2.设计框图

本方案根据WT2003H4-16SS封装的芯片，主要通过uart通讯控制，由无线充电电路，马达电路与LED灯电路组成，电路简单，但是能够实现电动牙刷的基本需求。设计框图如图2.1所示。

 

图2.1电动牙刷设计框图

3.设计原理图

无线充电电路如下图3.1所示。

 

图3.1无线充电电路原理图

马达电路如下图3.2所示。

 

图3.2马达电路原理图

LED灯电路原理图如下图3.3所示。

 

图3.3LED灯电路原理图

功放电路原理图如下图3.4所示。

 

图3.4功放电路原理图

MCU电路如下图3.5所示。

 

4.设计思路

1. PWM调控马达的工作频率，实现电动牙刷多种工作模式，其中只需发送客户所需要的频率和PWM的间隔时间，MCU即可输出相应PWM调控声波马达进行工作。指令如下表4.1所示。

起始码	长度	扩展	代表	命令	标志	频率		时间		校验码	结束码
7E	XX	FF	04	A0	XX	XX	XX	XX	XX	XX	EF

表4.1 PWM配置表

其中标志1为启动，0为关闭。频率取值在1-3000Hz，时间间隔取值0us-600000us。

1. LED灯珠的控制，有亮，灭，呼吸和闪烁四种方式。具体指令如下表4.2所示。

起始码	长度	扩展	代表	命令	灯位	数据	校验码	结束码
7E	XX	FF	04	AA	00	00	XX	EF

表4.2 LED亮灭控制

其中灯位为第几个LED灯，数据为1点亮，0关闭。

呼吸灯指令如下表4.3所示。

起始码	长度	扩展	代表	命令	灯位	呼吸时间		频率		校验码	结束码
7E	XX	FF	04	AB	00	00	00	00	00	XX	EF

表4.3 LED呼吸控制

其中灯位为第几个LED灯，呼吸时间单位为毫秒，频率为PWM频率，单位Hz。

LED灯闪烁如下表4.4所示。

起始码	长度	扩展	代表	命令	灯位	闪烁频率		校验码	结束码
7E	XX	FF	04	AC	00	00	00	XX	EF

表4.4 LED闪烁控制

其中闪烁频率单位为毫秒。

1. 低电检测和充电

客户可发送指令设置低电电压，在电压降到设定电压时，mcu会主动播报低电提醒。

起始码	长度	扩展	代表	命令	电压值		校验码	结束码
7E	XX	FF	04	AD	00	00	XX	EF

其中电压值例如3.4v为3400.

充满电时MCU会主动发码告知主控充电完成。

起始码	长度	扩展	代表	命令	数据	校验码	结束码
7E	XX	FF	04	AE	00	XX	EF

1. 功放输出

可根据标准uart指令选择pwm输出音频和DAC输出音频。

唯创知音作为一家专注于语音技术研究的高新技术企业，始终坚持以“服务好工程师”为目标，以行业语音交互器件标准化为方向，致力于让复杂变简单，提供快捷的语音、智能物联网应用解决方案。