四博 AI 智能音箱 4G S3 版本工程方案：三模联网、远场唤醒、AI 会话与打断架构设计

1. 方案概述

四博 AI 智能音箱 4G S3 版本是一套面向家庭、厨房、户外、门店、展厅及 B 端定制场景的 AI 语音终端方案。产品基于 ESP32-S3 架构 ，支持 Wi-Fi、BLE、4G 三模联网，搭配 VB6824 语音芯片实现远距离唤醒、离线命令、AEC 回声消除和高噪声环境下的语音打断。

四博模组选型资料中，ESP32-S3 系列定位于音视频 / AI 市场，ESPS3-32、ESPS3-32E 系列兼容官方 ESP32-S3-WROOM 系列模组，适合 AI 音箱、AI 相机、多模态终端等产品开发。四博 AI 硬件资料也明确提到，ESP32-C2/C3/S3 + VB6824 方案已经成熟应用于 S3 双目、S3 拍学机、地球仪、拍拍灯等产品，VB6824 可完成音频编解码、AEC、语音唤醒和唤醒词修改，让主控专注通信和 UI。

需要注意：ESP32-S3 原生支持 Wi-Fi + BLE，不支持经典蓝牙 A2DP 音频。因此，如果产品要实现"手机蓝牙音乐播放"的完整蓝牙音箱能力，建议增加外置经典蓝牙音频芯片或 7014 类蓝牙音频方案；如果只是用于配网、绑定、控制和小程序通信，ESP32-S3 BLE 即可满足。

2. 系统目标

本方案目标不是做一个简单蓝牙音箱，而是做一个具备 AI 能力的三模联网语音终端：

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Wi-Fi：家庭、办公室、固定场景主联网
4G：户外、展厅、门店、无 Wi-Fi 场景备用联网
BLE：小程序配网、设备绑定、近场控制
VB6824：远场唤醒、离线命令、AEC、语音打断
ESP32-S3：网络管理、AI 协议、状态机、UI、OTA
云端 AI：ASR、LLM、TTS、知识库、声音克隆、MCP 工具

四博资料中，AI 智能音响方案已经覆盖 AI 大模型、蓝牙音响、闹钟、声音克隆、声纹识别、APP、小程序和改唤醒词等功能，适合品牌 B 端客户或成品电商客户。

3. 推荐硬件架构

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┌──────────────────────────────────────┐

│ 四博 AI 智能音箱 4G S3 版 │

├──────────────────────────────────────┤

│ 主控：ESP32-S3 / ESPS3-32 N16R8 │

│ 语音：VB6824 │

│ 联网：Wi-Fi + BLE + 4G Cat.1 │

│ 音频：MIC + Speaker + 功放 │

│ 显示：小屏 / LED 点阵 / RGB 灯效 │

│ 存储：16MB Flash + 8MB PSRAM │

│ 电源：Type-C / 锂电池 / DC 供电 │

│ 扩展：TF Card / 蓝牙音频芯片 / 按键 │

└──────────────────────────────────────┘

推荐配置：

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主控：ESPS3-32 N16R8

语音：VB6824

4G：Cat.1 模块，UART / USB 接入

蓝牙：ESP32-S3 BLE 用于配网；经典蓝牙音频需外置芯片

音频：I2S DAC / Codec + 功放

麦克风：单 MIC / 双 MIC / 阵列 MIC 可选

屏幕：0.96 / 1.28 / 2.0 寸 LCD 可选

电源：5V Type-C + 锂电池

四博 AI 开发宝典中，AI-C5 类硬件已经包含 Wi-Fi 与 4G 模组接入、喇叭、咪头、电池和 2 寸屏等配置，可作为三模联网 AI 终端设计的参考。

4. 软件工程目录

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sibo_ai_speaker_4g_s3/

├── main/

│ ├── app_main.c

│ ├── board_config.h

│ ├── app_event.h

│ ├── app_event.c

│ ├── app_state.c

│ ├── app_state.h

│ ├── net_policy.c

│ ├── net_policy.h

│ ├── wifi_port.c

│ ├── wifi_port.h

│ ├── ble_config.c

│ ├── ble_config.h

│ ├── modem_4g.c

│ ├── modem_4g.h

│ ├── vb6824_port.c

│ ├── vb6824_port.h

│ ├── ai_session.c

│ ├── ai_session.h

│ ├── audio_route.c

│ ├── audio_route.h

│ ├── speaker_ui.c

│ ├── speaker_ui.h

│ ├── ota_service.c

│ └── ota_service.h

├── components/

│ ├── audio_player/

│ ├── json_helper/

│ ├── lcd_driver/

│ └── storage/

├── partitions.csv

├── sdkconfig.defaults

└── CMakeLists.txt

5. board_config.h

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#pragma once

#include "driver/uart.h"

#include "driver/gpio.h"

/* Device */

#define DEVICE_NAME "SIBO_AI_SPEAKER_4G_S3"

#define DEVICE_ID "SIBO_S3_4G_001122334455"

/* AI Server */

#define AI_WS_URL "wss://ai.example.com/sibo/speaker/ws"

/* VB6824 */

#define VB6824_UART_NUM UART_NUM_1

#define VB6824_UART_TX GPIO_NUM_17

#define VB6824_UART_RX GPIO_NUM_18

#define VB6824_UART_BAUD 115200

/* 4G Module */

#define MODEM_UART_NUM UART_NUM_2

#define MODEM_UART_TX GPIO_NUM_40

#define MODEM_UART_RX GPIO_NUM_41

#define MODEM_PWR_GPIO GPIO_NUM_42

#define MODEM_UART_BAUD 115200

/* I2S Audio */

#define I2S_BCLK_GPIO GPIO_NUM_5

#define I2S_WS_GPIO GPIO_NUM_6

#define I2S_DOUT_GPIO GPIO_NUM_7

#define I2S_DIN_GPIO GPIO_NUM_8

#define AMP_EN_GPIO GPIO_NUM_9

/* Keys */

#define KEY_WAKE_GPIO GPIO_NUM_0

#define KEY_VOL_UP_GPIO GPIO_NUM_10

#define KEY_VOL_DOWN_GPIO GPIO_NUM_11

/* Network */

#define WIFI_CONNECT_TIMEOUT_MS 10000

#define MODEM_CONNECT_TIMEOUT_MS 15000

/* OTA */

#define OTA_MANIFEST_URL "https://cdn.example.com/sibo_speaker/manifest.json"

6. 事件总线设计

AI 音箱是典型异步系统，不能把 Wi-Fi、4G、语音、播放、AI 返回全部写进一个大循环。推荐统一走事件总线。

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#pragma once

#include <stdint.h>

#include <stddef.h>

typedef enum {

APP_EVT_NONE = 0,

APP_EVT_WIFI_READY,

APP_EVT_WIFI_LOST,

APP_EVT_4G_READY,

APP_EVT_4G_LOST,

APP_EVT_BLE_CONFIG_DONE,

APP_EVT_NET_READY,

APP_EVT_NET_LOST,

APP_EVT_WAKEUP,

APP_EVT_BARGE_IN,

APP_EVT_CMD_CHAT,

APP_EVT_CMD_STOP,

APP_EVT_CMD_VOL_UP,

APP_EVT_CMD_VOL_DOWN,

APP_EVT_CMD_MUSIC,

APP_EVT_CMD_ALARM,

APP_EVT_AI_CONNECTED,

APP_EVT_AI_DISCONNECTED,

APP_EVT_AI_RESULT,

APP_EVT_AI_TTS_URL,

APP_EVT_AUDIO_PLAY_START,

APP_EVT_AUDIO_PLAY_DONE,

APP_EVT_AUDIO_STOPPED,

APP_EVT_OTA_NOTIFY,

APP_EVT_OTA_START,

APP_EVT_OTA_SUCCESS,

APP_EVT_OTA_FAIL,

} app_evt_id_t;

typedef struct {

app_evt_id_t id;

void *data;

size_t len;

} app_evt_t;

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#include "freertos/FreeRTOS.h"

#include "freertos/queue.h"

#include "app_event.h"

static QueueHandle_t s_app_queue;

void app_event_init(void)

{

s_app_queue = xQueueCreate(32, sizeof(app_evt_t));

}

void app_event_send(app_evt_id_t id, void *data, size_t len)

{

if (!s_app_queue) {

return;

}

app_evt_t evt = {

.id = id,

.data = data,

.len = len,

};

xQueueSend(s_app_queue, &evt, pdMS_TO_TICKS(20));

}

QueueHandle_t app_event_queue(void)

{

return s_app_queue;

}

7. 网络策略：Wi-Fi 优先，4G 兜底，BLE 配网

三模联网不是简单"都打开"，而是要有优先级策略。

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typedef enum {

NET_LINK_NONE = 0,

NET_LINK_WIFI,

NET_LINK_4G,

} net_link_t;

typedef struct {

bool wifi_ready;

bool g4_ready;

bool ble_configured;

net_link_t active_link;

} net_policy_t;

static net_policy_t s_net;

static void net_policy_select(void)

{

net_link_t old = s_net.active_link;

if (s_net.wifi_ready) {

s_net.active_link = NET_LINK_WIFI;

} else if (s_net.g4_ready) {

s_net.active_link = NET_LINK_4G;

} else {

s_net.active_link = NET_LINK_NONE;

}

if (old != s_net.active_link) {

if (s_net.active_link == NET_LINK_NONE) {

app_event_send(APP_EVT_NET_LOST, NULL, 0);

} else {

app_event_send(APP_EVT_NET_READY, NULL, 0);

}

void net_policy_on_event(app_evt_id_t evt)

{

switch (evt) {

case APP_EVT_WIFI_READY:

s_net.wifi_ready = true;

break;

case APP_EVT_WIFI_LOST:

s_net.wifi_ready = false;

modem_4g_connect_async();

break;

case APP_EVT_4G_READY:

s_net.g4_ready = true;

break;

case APP_EVT_4G_LOST:

s_net.g4_ready = false;

break;

case APP_EVT_BLE_CONFIG_DONE:

s_net.ble_configured = true;

wifi_port_connect_saved();

break;

default:

break;

}

net_policy_select();

}

const char *net_policy_active_name(void)

{

switch (s_net.active_link) {

case NET_LINK_WIFI:

return "wifi";

case NET_LINK_4G:

return "4g";

default:

return "none";

}

8. 4G 模块 AT 初始化

4G 模块建议先完成 AT 检测、SIM 卡检测、信号检测和注册状态检测，再进入 PPP 或透传联网。

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#include "driver/uart.h"

#include "esp_log.h"

#include "board_config.h"

static const char *TAG = "MODEM_4G";

void modem_4g_init(void)

{

uart_config_t cfg = {

.baud_rate = MODEM_UART_BAUD,

.data_bits = UART_DATA_8_BITS,

.parity = UART_PARITY_DISABLE,

.stop_bits = UART_STOP_BITS_1,

.flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,

.source_clk = UART_SCLK_DEFAULT,

};

uart_driver_install(MODEM_UART_NUM, 4096, 4096, 0, NULL, 0);

uart_param_config(MODEM_UART_NUM, &cfg);

uart_set_pin(MODEM_UART_NUM, MODEM_UART_TX, MODEM_UART_RX,

UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE);

ESP_LOGI(TAG, "4G modem uart ready");

}

static void modem_send_cmd(const char *cmd)

{

uart_write_bytes(MODEM_UART_NUM, cmd, strlen(cmd));

uart_write_bytes(MODEM_UART_NUM, "\r\n", 2);

}

void modem_4g_probe(void)

{

modem_send_cmd("AT");