小智AIハードウェア構築ガイド
小智AIチャットロボットハードウェア構築ガイド
本文は小智AIチャットロボット構築に必要なハードウェアリスト、組立手順、配線方案を詳しく紹介し、一定の電子基礎があるDIY愛好者の参考に適しています。自分で小智AIを構築したい場合、このガイドが詳細な指導を提供します。
一、DIY必要ハードウェアリスト
1.1 コア部品
- 開発ボード：ESP32-S3-DevKitC-1（WROOM N16R8モジュール推奨）
- デジタルマイク：INMP441
- アンプ：MAX98357A
- キャビネットスピーカー：8Ω 2
3W または 4Ω 23W - 配線：ジャンパー線1箱、デュポン線数本
- 400穴ブレッドボード 2枚
- 128x32 I2C(IIC)液晶ディスプレイ、SSD1306ドライバー（推奨）
- ML307R Cat.1 4Gモジュール、ATファームウェア版（オプション）
- 6*6mm立式軽触スイッチ（オプション）
1.2 補助ツール
コア部品以外に、以下のツールが必要になる場合があります：
- マルチメーター
- はんだごてセット
- ペンチ3点セット
- Type-Cデータケーブル
- ファームウェア書き込み用PC
二、ハードウェア詳細説明
2.1 開発ボード（ESP32-S3-DevKitC-1）
できる限りN16R8構成を選択してください。つまり16MB Flashと8MB PSRAM構成です。N8R2構成には追加設定が必要です：
- PSRAMの動作モードをOCTALからQUADに変更
- Flashサイズを8MBに変更
- カスタムパーティションテーブルをpartitions_8M.csvに変更
- ファームウェアを再コンパイル
注意：一部の開発ボードのRGBライトは接続されていないため、ライト座近くの2つの小さなはんだ点をはんだ付けする必要があります。購入時にRGBライトが接続されたバージョンを選択することをお勧めします。
2.2 MEMSデジタルマイク（INMP441）
これは最小の電子部品で、はんだ付け難易度が高いです。初心者には完成品の購入をお勧めします。自分ではんだ付けする際の注意点：
- ピンと半環状金属線を接続してはいけません
- デュポン線接続時、VDDとGNDを逆接続してはいけません。そうでないと故障しやすいです（予備を多く購入することをお勧めします）
2.3 デジタルアンプ（MAX98357A）
すでにはんだ付けされたピンの完成品購入をお勧めし、ブレッドボードで接続します。
2.4 キャビネットスピーカー（8Ω 3W または 4Ω 3W）
端子は自由選択または不要です。
2.5 配線
デュポン線接続（ブレッドボード不使用）の場合、マイクとデジタルアンプのショート接続用に1分2分岐線（メスライン）を数本追加購入してください。開発ボードの電源3V3と接地GNDピンインターフェースが不足する問題を解決します。
2.6 ブレッドボード（推奨）
ブレッドボードでの組立を強くお勧めします。そうでないと電子部品が多くなったときに混乱しやすいです。2枚の400穴ブレッドボードを接続し、開発ボードを中央に設置してブレッドボードスペースを最大活用することをお勧めします。
ブレッドボード基本知識：
- ブレッドボードはブロック分けされ、中央の2つのブロックは同じ数字の横行が連通（中央隔断除く）
- 正負赤青線は縦列ごとに連通（隔断がある場合除く）
2.7 OLEDディスプレイ（オプション）
購入時にSSD1306ドライバー使用を確認し、GNDで始まる新版OLEDスクリーンを選択することをお勧めします。
2.8 Cat.1 4Gモジュール（ML307R、オプション）
ML307Rは中国移動物聯が発売したCat.1 IoTモジュールで、DC版はDL版よりOpenCPU SDK二次開発サポートが追加されています。購入時にATファームウェア版であることを確認してください。
使用説明：
- このモジュールは4Gモバイルデータネットワーク接続に使用し、AI接続対話を実現
- 屋外などWi-Fi環境のない場所での使用に適している
- 挿抜可能カードモジュールを選択することをお勧めします。頻繁に使用する場合は携帯電話副カードを使用可能（モジュール付属のデータカードは月間データ量が不足する可能性）
2.9 マイクロスイッチ/ボタン（オプション）
6*6MMマイクロスイッチ/軽触スイッチを使用。ブレッドボードでは横行をまたいで挿入してください。初心者には2ピンの直挿ボタンを使用し、ピンのショート接続を避けることをお勧めします。
三、購入ガイド
3.1 購入ルート
EC プラットフォームで選択する際の注意点：
- 一部の電子部品はピンがはんだ付けされていない場合があるため、商家とはんだ付けについて相談するか、はんだ付け済み商品を選択
- できる限り信頼性が高く、販売量が多く、評価の良い店舗を選択
- 購入相談とアフターサービスの品質問題は商家と直接協議
3.2 はんだごて入門
初心者の場合、はんだ付け済みバージョンの購入を選択するか、まずはんだごて入門チュートリアルを観察してからはんだ付けを行い、電子部品の損傷を避けてください。
推奨チュートリアル：初心者のはんだごて使用入門
四、配線方案
4.1 ESP32-S3-DevKitC-1標準版（44 IOピン）配線
この配線方案は小智AIチャットロボットファームウェアバージョン >=V0.3.0に適用します。
注意：ブレッドボードを使用しない場合、1分2分岐線を使用して電源3V3と接地GNDピンインターフェース不足問題を解決してください。
マイク配線（INMP441）
| ESP32-S3開発ボード | マイク(INMP441) |
|---|---|
| GPIO4 | WS (データ選択) |
| GPIO5 | SCK (データクロック) |
| GPIO6 | SD (データ出力) |
| 3V3 | VDD (電源正 3.3V) |
| GND | GND (接地) ショート接続 L/R (左/右チャンネル) |
アンプ配線（MAX98357A）
| ESP32-S3開発ボード | アンプ(MAX98357A) |
|---|---|
| GPIO7 | DIN (デジタル信号) |
| GPIO15 | BCLK (ビットクロック) |
| GPIO16 | LRC (左/右クロック) |
| 3V3 | Vin/VCC (電源) ショート接続 SD (シャットダウンチャンネル) |
| GND | GND (接地) ショート接続 GAIN (ゲインとチャンネル) |
スピーカー配線
- 音声+ スピーカー正極に接続（通常赤線）
- 音声- スピーカー負極に接続
OLEDディスプレイ配線（オプション）
| ESP32-S3開発ボード | OLEDディスプレイ |
|---|---|
| GPIO41 | SDA (データ線) |
| GPIO42 | SCK (クロック線) |
| 3V3 | VCC (電源正) |
| GND | GND (接地) |
4Gモジュール配線（ML307R、オプション）
| ESP32-S3開発ボード | 4Gモジュール(ML307R) |
|---|---|
| LDO正極(4.7V) | BAT(3.7~4.5V) ショート接続 EN使能 |
| GND | GND (接地) |
| GPIO11 | TXD (送信データ) |
| GPIO12 | RXD (受信データ) |
ボタン配線（0.4.1版以上）
| ESP32-S3開発ボード | ボタン |
|---|---|
| GPIO39 | 音量減-ボタン（もう一端をGNDに接続）、短押しで音量減、長押しでミュート |
| GPIO40 | 音量加+ボタン（もう一端をGNDに接続）、短押しで音量増 |
注意：
- MAX98357AのBGAパッケージ版（小型）を使用する場合、GAIN_GNDショート線を接続しなくても可能
- 表のピン対照を基準とし、プレビュー図は外観参考のみ
- マイクが逆にはんだ付けされた場合（音入口が下向き、ピンが上向き）、グループファイルの逆接続図を参照
4.2 ESP32-S3-DevKitC-1果雲版（42 IOピン）配線
果雲版と標準版の主な違い：
- 果雲版はピンが少なく、4つの固定開孔が追加
- バージョン1左上3V3供電口がバージョン2左下に調整
- バージョン2左側にGPIO19、GPIO20追加
- バージョン1左側のGPIO13、GPIO14、5VINがバージョン2右下に対応調整
- バージョン2は左右最下部の2つのGNDが削除
但し外部モジュールのピン配線は標準版と同じで、同じファームウェアを使用します。
五、高級配線知識
5.1 外部ボタン詳解
5.1.1 音量調節
- ファームウェアバージョン0.3.3で音量調節ボタン追加：GPIO40にボタン接続、もう一端を接地、押下で音量増加、長押しでミュート
- ファームウェアバージョン0.4.1で音量減ボタン追加：GPIO39にボタン接続、長押しでミュート、従来のボタン長押しは最大音量に変更
5.1.2 音声認識/中断
ファームウェアバージョン0.3.1以上でボタン音声認識と対話中断をサポート：
- 開発ボード上のBootボタンを使用可能
- またはGPIO0ピンに接続、もう一端を接地
- 対話時押下で中断、再度押下で音声認識復帰
注意事項：外部ボタン接続時、開発ボード上で4ピンスイッチを単行直接接続せず、2行にずらして挿接し、ピンショート接続を避けてください。
5.2 ジャンパー線カラー方案
推奨統一配色方案：
- VCC：赤色とブラウン
- GND：グレーと黒
- デジタル信号：コーヒー色とオレンジ
これにより正負極逆接続を避けられます。
5.3 異なる接続モード
小智AIは2つの接続モードをサポート：
5.3.1 Duplexモード
1つのI2Sコントローラーでマイクとアンプを接続、GPIO数が多くない開発ボードに適用。
| 開発ボード | INMP441 | MAX98357A |
|---|---|---|
| GND | GND, L/R | GND, GAIN |
| 3.3V | VDD | SD, VIN |
| GPIO4 | WS | LRC |
| GPIO5 | SCK | BCLK |
| GPIO6 | SD | |
| GPIO7 | DIN |
5.3.2 Simplexモード（デフォルト）
I2S 0でマイク接続、I2S 1でアンプ接続、DuplexモードよりGPIOを2つ多く使用。
| 開発ボード | INMP441 | MAX98357A |
|---|---|---|
| GND | GND, L/R | GND, GAIN |
| 3.3V | VDD | SD, VIN |
| GPIO4 | WS | |
| GPIO5 | SCK | |
| GPIO6 | SD | |
| GPIO7 | DIN | |
| GPIO15 | BCLK | |
| GPIO16 | LRC |
デフォルト設定はSimplexモード使用、GPIOと電子部品ピンが一対一関係で、配線が比較的容易。MAX98357AのVINピンは3.3Vまたは5V接続可能。
5.4 液晶スクリーン拡張
液晶スクリーン追加でWi-Fiまたは4G信号強度表示可能：
| 開発ボード | SSD1306 |
|---|---|
| GND | GND |
| 3.3V | VCC |
| GPIO41 | SDA |
| GPIO42 | SCK |
5.5 4Gモジュール拡張
注意：4Gアンテナはマイクから離す必要があります（距離<3cmで明確な干渉発生）。最も簡単な処理方案はアンテナをスピーカーのアナログ信号線に貼り付け、マイクから遠ざけることです。
4Gモジュールは5V電圧供電が必要。開発ボードは5V VIN入力ピンのみで5V出力ピンがないため、LDO安定化電源の約5Vピンから電源を引き出す必要があります。
六、トラブルシューティング
6.1 よくある問題
RGBライトが点灯しない RGBライト近くの2つのはんだ点が接続されているかチェック。はんだ付けされていない場合、まず配線で接続して再起動し、点灯するかを確認。
回路故障チェック方法
- 電源非接続時：マルチメーターで配線導通をテスト、距離の離れた2つのGNDピンや2つの3.3Vピンなど
- 電源接続後：GNDと他のピン電圧が正常値範囲内かチェック
配線完了後の安全チェック 配線完了後、マルチメーターで開発ボードと設置済み電子部品上のGNDとVCC(3.3V)間にショート状況がないかチェックすることをお勧めします。ショートなしを確認後、USB電源に接続。
6.2 隠れ配線ヒント
MAX98357とINMP441底部に隠れ配線があるため、特に注意してチェックしてください。
七、関連文書
- ESP32エコノミー版実現方案 - 低コスト方案
- ファームウェアダウンロードと書き込みチュートリアル - ファームウェア取得とインストール
- 小智AIよくある質問 - よくある質問解答
- ESP-IDF開発環境構築 - カスタムファームウェアコンパイル