为你的STM32毕设项目加点“料”："AI能耗监测仪"实时功率分析与语音交互系统

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为你的STM32毕设项目加点“料”："AI能耗监测仪"实时功率分析与语音交互系统

华清远见在线实验室

2025-11-13

导读：每年的这个时候，总能看到许多为毕业设计而发愁的同学。

每年的这个时候，总能看到许多为毕业设计而发愁的同学。大家手里握着熟悉的STM32，知道它性能强大、控制精准，是完成毕设的可靠伙伴，但恰恰因为这份“可靠”，反而让选题变得困难——能做的东西似乎都被人做过了，怎样才能让项目既有技术含量，又有些新意，足以让人眼前一亮呢？

我们意识到，问题的关键或许不在于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。

本篇就让我们从这个系列开始，先从13个AI入门应用讲起。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能耗监测仪》

01 项目应用场景

电器功耗监测与管理
节能控制系统
电学教学实验

02 项目功能

本项目实现了基于语音交互的电功率检测系统。STM32通过ADC通道（PB0/PB1）采集电压/电流原始数据，转换为实际值（电压mV、电流mA）；ESP32-S3接收数据后计算功率（P=U×I），并生成语音反馈。用户通过生活化指令（如"你费电吗"、"你功率多少"）触发系统工作，ESP32统一处理为0x0E查询帧，无需区分指令类型。电位器调节输入电压，ADC采集电路将模拟信号转换为数字值，系统实现了从电学参数采集、计算到语音反馈的完整流程，直观展示设备能耗状态。

03 项目硬件平台

主硬件平台：华清远见F103&ESP32-S3 AI开发板（板载麦克风、扬声器）+2.8寸显示屏。

扩展模块：可直接用我们的资源扩展板（扩展板上非常多的传感器执行器，包括ADC电流电压检测电路等，非常方便多项目实战）

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.ADC配置与采集：STM32配置ADC1_IN8/IN9通道，采集12位精度数据（0~4095）

2.数据换算公式：

- 电压(mV) = (ADC值/4095) × 3300

- 电流(mA) = ADC值 × 100 × 3300 / 4095

3.双芯通信协议：9字节固定帧格式，支持电流电压查询指令(0x0E)

4.功率计算：ESP32接收mV/mA数据后，转换为V/A计算功率(W)

5.电路原理应用：电压跟随器实现阻抗隔离，同相比例放大器（101倍）放大电流信号

05 涉及学习技术点

- ADC数据采集与配置

- 模拟信号处理

- 电学参数计算

- 双芯架构任务分工

- 串口通信协议设计

- 传感器数据处理

- 电路原理应用

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 , 3.FS-MP1资源扩展板原理图V3.3】，根据资源扩展板原理图查看到电流检测电路和电压检测电路。然后再打开【华清远见_F103&ESP32-S3 AI开发板资料V1.0\04_器件手册\1.STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）】可以查看ADC通道对应的引脚。

扩展板原理图

原理图：

通过参考手册分析，PB0和PB1使用的是ADC1_IN8和ADC1_IN9通道：

上图可以看出电流检测引脚使用的是PB0，电流检测引脚使用的是PB1，上图可以看出PB0和PB1使用的是ADC1_IN8和ADC1_IN9通道，引脚定义如下表：

关于电压采集：

U12BLMV358是一个电压跟随器，主要功能是实现前后级的阻抗隔离，当电位器改变时，ANA1的电压发生改变。此时通过串口将数据打印出来。

关于电流采集：

U12ALMV358是一个同相比例放大器，主要功能是将小的电压信号按照固定倍数进行放大，可以根据公式算出放大倍数 Af=R49/R50+1,放大倍数根据原理图得知101倍。

2. 双芯通信原理（ESP32 为主机，STM32 为从机）

采用9 字节固定帧格式，帧结构与解析逻辑如下：

3. 核心逻辑

ADC采集与换算：STM32 配置 ADC 通道（如 PA0 采集电压、PA1 采集电流），将 12 位 ADC 原始值（0~4095）按公式换算：

电压（mV）= (ADC 值 / 4095)×3300；

电流（mA）= ADC 值 x 100 x 3300 / 4095；

指令统一处理：ESP32 识别 A~D 指令（如 “你费电吗”“你功率多少”），均统一下发 0x0E 查询帧，无需区分指令类型；

功率运算与反馈：ESP32 接收电流 / 电压数据后，按 P=U×I（单位换算：mV→V，mA→A）计算功率，生成差异化语音反馈。

07 项目实现步骤

完整的实验步骤目录如下图。

扫下方二维码添加雯雯老师（备注：AI能耗监测仪），免费领取项目完整文档、源码。👇👇👇

08 硬件平台详细介绍

《AI能耗监测仪》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。