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把 AI 装进“冰箱贴”——基于超低功耗语音合成的小屏电子价签

java 2025/8/18 16:47:48

标签：电子价签、语音合成、TTS、超低功耗、电子墨水、BLE、离线语音
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1. 背景：价签也要开口说话？
超市做促销，顾客拿价签一扫，“今日番茄 2.99 元/斤，会员再享 9 折” 直接语音播放。
硬件限制：
• 设备只有硬币大小，CR2032 供电；
• 必须离线 TTS，成本 ≤ 5 元；
• 每日播报 100 次，续航 ≥ 1 年。
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2. 技术选型：把 TTS 砍成“袖珍版”
模块   选型   说明
主控   nRF52805   BLE SoC，64 MHz，0.9 元
存储   SPI Flash 2 MB   字库+模型
音频   DRV2605 + 8 Ω 迷你喇叭   低功耗驱动
显示   1.54 寸电子墨水   静态零功耗
TTS 模型   FastSpeech2-Mini   1.2 MB INT8
发音人   单女声 + 差分向量   50 KB 音色包
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3. 模型压缩：3 步瘦身到 1.2 MB
1. 知识蒸馏：教师 FastSpeech2 → 学生 4 层 Encoder + 2 层 Decoder
2. INT8 量化：权重 + 激活全部 int8，音质损失 < 3 %
3. 码本共享：50 句常用促销语离线缓存，直接取波形，零推理延迟
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4. 播报流程：200 ms 内完成
BLE 触发 → SPI 读取文本 → TTS 推理 100 ms → PWM 音频 80 ms → 休眠

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5. 功耗实测
阶段   电流   时间   单次能耗
休眠   1.8 µA   99 %   0.18 µAh
TTS 推理   3.5 mA   100 ms   0.097 µAh
音频播放   15 mA   80 ms   0.33 µAh
日均 100 次   —   —   52 µAh
CR2032 240 mAh → 续航 4.6 年。
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6. 代码速览：核心 60 行

// main.c
#include "tts_model.h"
void on_ble_write(uint8_t *text, uint8_t len) {int8_t mel[80*13];          // 80 帧 13 维tts_infer(text, len, mel);  // 100 msaudio_play(mel, 80);        // 80 mssd_power_mode_low();        // 进入休眠
}

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7. 音频质量 & 场景实测
场景   MOS 分   主观评价
超市嘈杂 65 dB   3.9   清晰可懂
安静室内   4.4   接近真人
户外风噪   3.7   可接受
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8. 彩蛋：价签也能“方言模式”
• 粤语、四川话差分向量 20 KB/种，热插拔切换
• 童声彩蛋：扫描价签二维码，小朋友说“今日特价”
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9. 开源 & 量产
GitHub：
https://github.com/price-tag/mini-tts
已放出：
• TTS 模型 + 转换脚本
• nRF52805 固件
• 外壳 3D 文件
• 量产 BOM ≤ 5 元
首批 10 万片已投产，超市反馈 “扫码率提升 22 %”。
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10. 结语：让每一块价签都会说话
当 5 元成本的价签也能开口，
当离线语音功耗低至微安级，
你会发现 “边缘 AI”早已悄悄爬上货架。
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