【启明智显方案分享】ESP32-S3与GPT AI融合的智能问答嵌入式设备应用解决方案

一、引言

随着物联网（IoT）和人工智能（AI）技术的飞速发展，嵌入式设备正逐渐变得智能化。本解决方案是启明智显通过结合ESP32-S3的低功耗、高性能特性和GPT（Generative Pre-trained Transformer）AI模型，实现一款具备智能问答功能的嵌入式设备。

二、硬件选型与配置

主控制器：ESP32-S3，提供高性能双核处理器、Wi-Fi和蓝牙连接能力，满足智能设备的通信需求。

显示屏：3.5寸彩屏，分辨率480x320，用于显示用户问题和AI回复。

输入设备：触摸屏或外接麦克风（可选），用于接收用户输入的问题（本方案以外接麦克风为主）。

三、软件设计与实现

1. 系统架构

• 操作系统：基于FreeRTOS和ESP-IDF（Espressif IoT Development Framework）进行开发。
• 网络通信：使用ESP32-S3的Wi-Fi模块，实现与AI后台的通信。
• GUI界面：使用LVGL（Light and Versatile Graphics Library）工具开发用户友好的图形界面。

2. AI后台集成

• SDK对接：ESP32-S3与GPT AI模型的SDK进行对接。（目前启明智显已对接完成百度、chatgpt等大模型SDK）

3. 功能实现

• 问题输入：用户通过触摸屏或外接麦克风输入问题。
• 问题处理：ESP32-S3将问题通过WIFI发送到AI后台（大模型），并等待回答。（输入的语音调用 stt接口进行语音转文字）
• 结果展示：AI后台返回回答后，利用文本到语音（TTS,
  Text-to-Speech）转换技术将文本转换为语音输出。ESP32-S3将负责处理与AI后台的通信、TTS和STT的接口调用，以及通过Wi-Fi将结果显示在3.5寸彩屏上。

4、用户体验优化

• 语音转文本：对于外接麦克风输入，应用百度STT语音转文字，使用语音识别技术将语音转换为文本。
• 文本转语音：可选功能，应用百度TTS文字转语音将AI回复的文本转换为语音输出，提升用户体验。

四、项目亮点

• 低功耗高性能：ESP32-S3的低功耗特性保证了设备的长时间稳定运行，高性能处理器保证了AI问答的实时性。
• 智能问答：结合GPT AI模型，实现自然、准确的问题回答。
• 良好的用户体验：友好的GUI界面和可选的语音输入输出功能，提升了用户体验。

五、应用场景

• 老人陪伴产品：老人可以通过智能问答设备咨询健康相关问题及设备可以提供新闻、天气、音乐、电影等娱乐资讯，丰富老年人的日常生活、紧急求助语音指令等联系家人或紧急救援服务。
• 法律服务机器人等客服场景：为用户提供法律法规、合同条款等知识的咨询，帮助用户了解法律知识，解答法律疑问。
• 教育领域：在教育领域，智能问答设备可以为学生提供个性化的学习辅导。学生可以通过提问的方式获取知识点的解释、例题的讲解等，设备根据学生的学习情况和特点，推荐适合的学习资源，帮助学生提高学习成绩。
• 智能家居：在智能家居环境中，智能问答设备可以作为家庭控制中心，通过语音指令控制家电设备的开关、调节等功能，实现智能化的家居生活。
• 金融服务等客服场景：智能问答机器人可以为客户提供投资、理财等方面的咨询服务，同进普及金融知识，通过智能问答设备，用户可以方便地获取金融知识、市场动态等信息，提高金融素养和风险防范能力。
• 旅游与交通服务机器人等客服场景：智能问答设备可以为游客提供旅游景点的介绍、交通路线、酒店预订等信息查询服务，帮助游客更好地规划行程和享受旅游。在交通出行领域，智能问答设备可以提供实时交通信息、导航服务、车辆调度等功能，帮助用户更便捷地出行。
• 智能问答功能的儿童玩具：可以作为儿童的学习伙伴，回答儿童关于科学、数学、语言、历史等学科的问题，帮助他们扩展知识面，培养好奇心和求知欲。同时通过互动问答，可以激发儿童对学习的兴趣；智能问答玩具可以陪伴儿童度过愉快的时光，与他们进行有趣的对话和交流，让儿童感受到关爱和陪伴。