六麦阵列串口唤醒：机器人耳朵的第一课

01问题引入：机器人怎么知道"你在叫它"

你对着智能音箱喊一声"小飞小飞"，它灯带一转、应声而答；可要是两个人隔着房间聊天，它却不该随口插嘴。这个"该醒才醒"的问题，拆开是三连问：

02原理通俗讲解：六只耳朵怎么听声辨位

生活比喻：操场上的"听声辨位"。蒙上眼睛听人喊你，你先意识到"有人叫我"，还会下意识转头找方向 —— 单耳判断有无，双耳靠声音到达两耳的时间差判断方向。六麦阵列就是把这对"耳朵"扩成六只：

03关联知识点

04实验目标

• 能用 lsusb / arecord -l 确认阵列的 VID:PID 与声卡编号，找到 /dev/ttyACM0
• 能默画 AIUI 帧结构，手工算出一帧的校验和，并解释小端序的含义
• 用 pyserial 打开 115200-8-N-1 串口，边收边解析，实时打印波束号与角度
• 喊出"小飞小飞"触发 ivw 唤醒事件，程序打印 [WAKEUP] 日志
• 实现 3 秒防抖 + wakeup_lock，对连续触发的事件只响应第一次
• （进阶）跑通 xf_mic_array_gui.py，在 Tkinter 界面看到角度指针随声源转动

05实验环境与准备

# ① 硬件：讯飞 XFM 六麦阵列 → USB 接入工控主机
lsusb | grep -i 1a86
Bus 001 Device 005: ID 1a86:55d4 QinHeng CH340 serial converter

# ② 确认设备节点（可能是 ttyACM0 或 ttyUSB0）
ls -l /dev/ttyACM*
crw-rw---- 1 root dialout 188, 0 ... /dev/ttyACM0

# ③ 把当前用户加进 dialout 组（否则 Permission denied）
sudo usermod -aG dialout $USER   # 重新登录后生效

# ④ 依赖与素材
pip3 install pyserial
# 确认 xf_mic_array.py / uv_device.py / 讲义 resources/ 在实验目录就位

06动画讲解：声波 → 波束成形 → 唤醒事件

下图从左到右完整展示一个唤醒周期：声波抵达六个麦克风（时间差高亮）→ 波束定向算出角度 → ivw 唤醒帧经串口飞向工控主机 → 防抖计时期内忽略重复触发。

07互动讲解：唤醒词模拟与防抖实验台

选择事件类型点击发送，观察 3 秒防抖 + wakeup_lock 如何过滤"连环唤醒"：

08实操步骤：读通 XFM 阵列帧数据

# —— 核心：帧校验与小端解析（xf_mic_array.py 节选）——
def _checksum(data: bytes) -> int:
    return (~sum(data) + 1) & 0xFF      # 一元反码 +1，即二补码

HDR, BEAM_EVT, IVW_EVT = 0xA5, 0x09, 0x12
buf += ser.read(ser.in_waiting)            # 非阻塞灌入接收缓冲
if buf and buf[0] != HDR: buf = buf[1:]   # 丢弃错位字节，重新找帧头
ptype, plen = buf[1], buf[2]
frame, buf = buf[:7+plen+1], buf[7+plen+1:]  # 7 字节头 + N 载荷 + 1 校验
if _checksum(frame[:7+plen]) != frame[-1]:
    raise ValueError("checksum mismatch")
payload = frame[7:7+plen]
if ptype == BEAM_EVT:                    # 波束事件：小端取角度
    beam = payload[0]; angle = payload[1] | (payload[2] << 8)
    print(f"[BEAM] id={beam} angle={angle}°")
elif ptype == IVW_EVT:                   # 唤醒事件 → 防抖后上报
    now = time.time()
    if not wakeup_lock and now - system_ts > 3.0:
        system_ts, wakeup_lock = now, True
        print(f"[WAKEUP] beam={beam} {angle}°")

# —— 运行与自检 ——
python3 -m xfmicarray.uv_device            # 枚举并直读原始帧
# [BEAM] id=4 angle=315° ...（手指绕阵列走，看角度跟着转）
# [WAKEUP] beam=4 angle=300°（喊"小飞小飞"）
python3 xf_mic_array_gui.py                # Tkinter 界面：指针 + 事件日志

09重点与易错点

• lsusb 可见 1a86:55d4，且能稳定读到 A5 开头的完整帧
• 手工演算任取 8 字节的校验和，与程序输出一致
• 绕阵列走动，[BEAM] 角度随方位连续变化（0~360° 回绕正常）
• 喊唤醒词出现 [WAKEUP]；1 秒内连喊两次只出一条日志
• 能用自己的话向同伴讲清"防抖期 = 挂门挡"的类比

10总结与思考