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ASSEMBLY MANUAL

🧭 ESP32-S3 聲源定位聲場羅盤 — 圖文組裝說明書

8 步驟 | 總工時約 2.5 小時(不含列印)| 工具:烙鐵、萬用表、焊台或杜邦跳線、雙面膠、吸音棉

🧰 零件清單 Checklist

  • ESP32-S3 DevKitC-1 N16R8 ×1
  • INMP441 I2S 麥克風 ×4(同批號最佳)
  • WS2812B 16 燈環、SSD1306 OLED
  • AMS1117-3.3 ×2、100nF ×4、330Ω、蜂鳴器
  • 5V 1.5A 線性電源
  • 列印件 6 種+PETG 隔板+吸音棉圈
  • 26AWG 雙絞線 1m、壁掛螺絲×2

🔧 工具與耗材

  • 烙鐵+焊錫、助焊劑、吸錫線
  • 萬用表( continuity/電壓檔)
  • 精密十字起子、尖嘴鉗、鑷子
  • 熱融膠、雙面網布膠帶、束帶
  • 3M 無痕掛勾(壁掛試位置用)
1

列印件後處理+隔板貼棉

⏱ 20 分 | 難度 ★☆☆
外殼(麥孔×4) T 形隔板(PETG) +吸音棉兩面 棉緣內縮 3mm:棉齊平隔板邊=聲波繞射路徑變短=ILD 打折
▲ 隔板是「可換零件」:120mm 版先用,之後試 150mm 版看 ILD 變化
  1. 麥孔去毛邊:刀頭入孔旋一圈,孔徑實測 ≥ 麥架外徑−0.1mm
  2. 隔板兩面貼吸音棉、邊緣內縮 3mm,兩面齊整
  3. 隔板插入殼內滑槽:能抽換、不晃動
  4. 後蓋走線槽清淨:槽脊完整(它是唯一的地線分離屏障)
2

麥克風分選+LR 標記

⏱ 25 分 | 難度 ★★☆
MIC 拍掌 ×20 峰值 RMS 記錄 FL −1.4dB … 差距 ≤3dB → 同側 >3dB → 改後對 同側一致性 > 絕對靈敏度:前後對靠 ILD 判向,各 2 支先要「耳朵一樣聾」
▲ i2s_probe 韌體附分選模式:逐支拍掌 20 下,自動列表排氣
  1. 4 支 MIC 輪流上機,韌體分選模式各拍掌 20 下、記錄 RMS
  2. 差距 ≤3dB 的兩支配一側(前對);其餘兩支=後對
  3. 每支背貼膠帶寫代號(FL/FR/RL/RR),焊前再核對一次 LR 腳
⚠️ INMP441 的 L/R 腳決定聲道、焊上就定性:分派表(左=GND/右=3V3)先拍照存手機,焊錯一支、羅盤鏡像半圈。
3

麥架組合+防塵罩密封

⏱ 25 分 | 難度 ★★☆
殼壁 MIC 聲孔朝外 泡棉圈密封(壓實 50%) 漏氣=高頻 −8dB 防塵罩(外側吸音棉圈)
▲ 聲孔離殼面 5mm:太深=喇叭口效應染音,太淺=防塵罩壓到聲孔
  1. MIC 壓入麥架(聲孔朝外、離殼面 5mm),泡棉圈壓實 50% 密封
  2. 麥架連同模組自內側鎖入殼壁;防塵罩旋入外側
  3. 四支完成後做「密封測試」:嘴距 1cm 吹氣,四支底噪不應出現氣流感應(有=漏氣重貼)
4

供電星形+分壓測

⏱ 25 分 | 難度 ★★☆
星形點(後蓋銅柱螺絲) 5V 線性電源 AMS1117 #1 前對 MIC +100nF AMS1117 #2 後對 MIC +100nF S3 板(邏輯) 板載 3V3 WS2812 燈環 5V 粗線獨立回電源 MIC 地:從星形點直達 AMS1117, 中途不借道燈環/邏輯地
▲ 電源樹是這台機器的勝負手:VAD 誤觸與 50Hz 哼聲的帳,八成記在電源
  1. 後蓋銅柱鎖星形點;所有地線獨立回這一点(不手拉手)
  2. 雙 AMS1117 焊於洞洞板、輸出各掛 100nF 貼腳
  3. 分壓測:不接 MIC 量兩路 3.3±0.05V;接 MIC 後複量(負載調整率)
  4. 燈環 5V 用 22AWG 以上粗線獨立回電源端
5

主線束組裝

⏱ 30 分 | 難度 ★★☆
  1. 每條 I2S:SCK/WS/SD 以雙絞線纏繞、全長 ≤15cm(超長上 74AHCT125)
  2. 兩組 I2S 線分走後蓋線槽兩側,中間隔著槽脊;5V 動力線走線槽外側
  3. 燈環 330Ω 直接焊在燈環端(把突波關在燈珠家門口)
  4. 線束拍照+貼標籤(I2S-A 紅/I2S-B 橘/燈環黃),合蓋前拉曳測試不脫
⚠️ BCLK 1MHz 在杜邦線裡是條小電波:線長、平行走線、繞開 MIC 區域——三件事全違反的後果是 FFT 高頻區長出一根「自己會呼吸」的雜訊尖峰。
6

燒錄+聲道探測

⏱ 20 分 | 難度 ★★☆
  1. Arduino IDE:ESP32S3 Dev Module、PSRAM = OPI,燒錄 sound-compass.ino
  2. 跑 i2s-probe.ino:朝四支麥各拍一下,序列機確認「哪支先響、符號方向」與接線表一致
  3. 不符 → 調通道映射(韌體 #define),不調線
  4. 正式韌體上電:燈環跑色彩測試、螢幕顯示 8 方位掃描模式
7

快拍校準(必做)

⏱ 10 分 | 難度 ★☆☆
羅盤 你站在這 ① N 拍×3 ② NE ③ E ④ SE ⑤ S ⑥ SW ⑦ W ⑧ NW
▲ 距 1m、拍手掌(宽带脉冲=天然校準源);螢幕顯示每方向收妥的 τ 偏移
  1. 羅盤掛上最終位置(或試掛點水平放穩)後才校準——校準吸收的是「這個位置的最終誤差」
  2. 序列機輸入 c 進校準模式,依提示 8 方向各拍 3 下
  3. 完成長嗶、自動重啟;重進校準查看殘差應 <1.5 取樣
8

壁掛定位+上線

⏱ 15 分 | 難度 ★☆☆
  1. 掛 1.7m 高、傾角背板「北」對準玄關;先用 3M 無痕掛勾試位一週再打螺絲
  2. 連 NAS:設定的 NAS_URL/DEV_TOKEN,測試事件送達與 Telegram 推播
  3. 跑 24 小時收底噪(螢幕夜間顯示底噪曲線),確認 0 誤報後開啟推播規則
  4. 收尾:走線整理、後蓋鎖緊、記錄校準日期(每季重拍一次)
💡 試位期把事件全部記进 NAS 但不推播——熱圖會告訴你電視右後方那台抽油煙機有多健壯。