目录

概述

一、系统接线部分

1.1 硬件清单

1.2 接线方案表

1.3 连接示意图

1.4 具体接线图

二、安装与使用教程

2.1 开源平台-搜索"测速"-代码下载自动打开

2.3 连接 - 验证 - 上传

三、代码讲解部分

3.1 参数与全局变量

3.2 中断采集脉冲

3.3 风扇开关封装

3.4 初始化 setup()

3.5 主循环：取脉冲与临界区

3.6 速度计算与滤波

3.7 风扇联动逻辑

四、项目结果演示

五、各模块技术原理讲解

六、常见问题解答（FAQ）

---

概述

本文基于 ESP32-S3，使用红外测速传感器（GPIO4）采集脉冲，经过 EMA 滤波与二次平滑得到速度值，再驱动 GPIO20 上的风扇实现「检测到转动→开风扇，受阻停止→关风扇」的联动逻辑。代码不依赖电机/Web/摄像头等模块，可作为独立测试程序，也可直接移植进整车工程。

---

一、系统接线部分

1.1 硬件清单

序号	名称	型号/规格	数量	说明
1	主控板	零知派ESP32-S3	1	注意避开 PSRAM 占用的 GPIO33~37
2	测速传感器	红外对射/反射式光电测速模块（带比较器输出 DO）	1	输出数字脉冲信号
3	编码盘	槽型/黑白条纹码盘	1	与电机/轮子同轴
4	L9110 风扇模块	L9110 风扇模块	1	GPIO 直接控制，无需另搭驱动电路
5	杜邦线	公对母/公对公	若干	—
6	电源	5V/2A	1	模块电源与主控共地

1.2 接线方案表

L9110 风扇模块通常引出 4 个脚：VCC、GND，以及两个控制输入（常见标注 INA/INB，也有标 IA/IB 或 A-1A/A-1B）。风扇单向运转，只用一个输入做开关：一个输入脚接 GPIO20 控制，另一个输入脚接 GND。

模块	模块引脚	接到	说明
测速传感器	VCC	ESP32 3V3	部分模块需 5V，看模块标注
测速传感器	GND	ESP32 GND	共地
测速传感器	DO（数字输出）	ESP32 GPIO4	上升沿中断采集脉冲
L9110 风扇模块	VCC	5V	按模块说明，多数 2.5~12V
L9110 风扇模块	GND	ESP32 GND	必须与主控共地
L9110 风扇模块	INA（输入 A）	ESP32 GPIO20	HIGH 转，LOW 停
L9110 风扇模块	INB（输入 B）	ESP32 GND	接地→固定单向运转

GPIO20 在 ESP32-S3 上默认复用为 USB D+，烧录代码时改引脚会拉高，在此期间风扇会持续转动。若上电时该脚未被显式拉低，模块输入悬空可能导致风扇「无故常转」。本文代码已在 setup() 中先 digitalWrite(FAN_PIN, LOW) 接管该脚。

1.3 连接示意图

1.4 具体接线图

二、安装与使用教程

2.1 开源平台-搜索"测速"-代码下载自动打开

2.3 连接 - 验证 - 上传

---

三、代码讲解部分

本节按功能模块分段讲解，每段代码紧跟说明，便于逐块理解。

3.1 参数与全局变量

// ===== 测速参数 =====
#define PIN_SPEED_SENSOR      4
#define CM_PER_PULSE          0.4045
#define EMA_ALPHA             0.3
#define SPEED_CALC_INTERVAL   100      // 速度计算周期(ms)
#define MIN_PULSE_FOR_SPEED   2        // 最小脉冲数阈值

// ===== 风扇参数 =====
#define FAN_PIN               20
#define SPEED_STOP_THRESHOLD  1.0      // 平滑速度低于此值(cm/s)视为停止
#define FAN_OFF_DELAY_MS      500      // 连续停止多久后才关风扇(防抖)

// ===== 中断相关 =====
volatile unsigned long pulseCount = 0;
volatile unsigned long lastIsrTime = 0;

// ===== 速度计算变量 =====
float currentSpeed  = 0;
float smoothedSpeed = 0;
float filteredPulse = 0;
unsigned long lastCalcTime = 0;

// ===== 风扇状态 =====
bool fanState = false;
unsigned long lastMovingTime = 0;   // 上次检测到"在转"的时间

参数集中用 #define 管理，方便标定时统一调整。其中 CM_PER_PULSE 是每脉冲对应的距离系数，SPEED_STOP_THRESHOLD 和 FAN_OFF_DELAY_MS 是风扇联动的两个关键阈值。

pulseCount 和 lastIsrTime 用 volatile 修饰，因为它们在中断与主循环之间共享，告诉编译器每次都从内存读取、不要优化进寄存器，否则主循环可能读到过期的旧值。

3.2 中断采集脉冲

void IRAM_ATTR isrHandler() {
    unsigned long now = micros();
    if (now - lastIsrTime > 1000) {   // 1ms 软件去抖
        pulseCount++;
        lastIsrTime = now;
    }
}

测速传感器每产生一个上升沿就进一次中断。micros() 配合 lastIsrTime 做 1ms 软件去抖，避免单个脉冲因机械/电气抖动被重复计数。

IRAM_ATTR 让中断函数常驻 IRAM（片上 RAM），避免运行时还要从 Flash 取指令而出错——这是 ESP32 写中断的标准做法。中断函数要尽量短，所以这里只做计数，速度计算全部放到主循环里。

3.3 风扇开关封装

void setFan(bool on) {
    if (fanState == on) return;       // 状态没变就不重复操作
    fanState = on;
    digitalWrite(FAN_PIN, on ? HIGH : LOW);
    Serial.println(on ? "  >> [风扇] 开启" : "  >> [风扇] 关闭");
}

把风扇控制封装成一个函数，统一管理状态。开头的 if (fanState == on) return; 是个小技巧：状态没变就直接返回，既不重复写 GPIO，也不重复打印，串口输出更干净，只在「真正切换」时才提示一次。

3.4 初始化 setup()

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    delay(500);
    // ... 省略串口提示打印 ...

    pinMode(FAN_PIN, OUTPUT);
    digitalWrite(FAN_PIN, LOW);       // 上电先确保风扇关闭
    fanState = false;

    pinMode(PIN_SPEED_SENSOR, INPUT);
    // ... 各变量清零 ...
    lastCalcTime   = millis();
    lastMovingTime = millis();

    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PIN_SPEED_SENSOR), isrHandler, RISING);
}

这里有个关键点：一定要先 pinMode(FAN_PIN, OUTPUT) 并 digitalWrite(FAN_PIN, LOW) 接管 GPIO20。GPIO20 在 ESP32-S3 上默认复用为 USB D+，不初始化时电平不确定，会导致风扇上电常转（这正是单独跑测速代码时风扇乱转的原因）。

attachInterrupt 注册上升沿中断，RISING 表示只在电平由低到高的瞬间触发。

3.5 主循环：取脉冲与临界区

void loop() {
    unsigned long now = millis();

    if (now - lastCalcTime >= SPEED_CALC_INTERVAL) {
        noInterrupts();
        unsigned long raw = pulseCount;
        pulseCount = 0;
        interrupts();
        // ... 后续计算 ...
    }
}

主循环用 millis() 非阻塞计时，每 SPEED_CALC_INTERVAL（100ms）处理一次，不用 delay 卡死程序。

noInterrupts()/interrupts() 包住「取出 + 清零」pulseCount 这两步，构成临界区，保证它们原子完成——否则可能在取值和清零之间又来一个中断，导致这个脉冲被漏计。

3.6 速度计算与滤波

        if (raw >= MIN_PULSE_FOR_SPEED) {
            // EMA 滤波
            filteredPulse = (EMA_ALPHA * raw) + ((1.0 - EMA_ALPHA) * filteredPulse);
            // 换算成 cm/s
            float newSpeed = (filteredPulse * (1000.0 / SPEED_CALC_INTERVAL)) * CM_PER_PULSE;
            // 二次平滑
            smoothedSpeed = (0.7 * newSpeed) + (0.3 * smoothedSpeed);
            currentSpeed = newSpeed;
        } else {
            // 脉冲太少，逐渐衰减（视为接近停止）
            filteredPulse *= 0.5;
            currentSpeed   = filteredPulse * (1000.0 / SPEED_CALC_INTERVAL) * CM_PER_PULSE;
            smoothedSpeed *= 0.7;
        }

这是核心算法，分两级滤波：

• EMA（指数移动平均）滤波：filteredPulse = α·raw + (1-α)·旧值，α=0.3 偏向历史值，平滑掉单个周期里的脉冲跳变。

• 速度换算：脉冲数 ×（1000/周期）得到「脉冲/秒」频率，再 × CM_PER_PULSE 得到 cm/s。

• 二次平滑 smoothedSpeed：在 EMA 之上再做一层加权（0.7 新 + 0.3 旧），专门用于显示和风扇判定，数值更稳。

当脉冲数低于阈值时，走 else 分支让数值乘系数逐渐衰减，平滑地趋近于「停止」，而不是骤降为 0。

3.7 风扇联动逻辑

        if (smoothedSpeed >= SPEED_STOP_THRESHOLD) {
            lastMovingTime = now;     // 在转：刷新时间戳
            setFan(true);
        } else {
            // 连续停止超过延时阈值才关风扇（防抖动误关）
            if (now - lastMovingTime >= FAN_OFF_DELAY_MS) {
                setFan(false);
            }
        }

这是联动的关键。判断依据用平滑速度而非原始脉冲，避免偶尔丢一两个脉冲就让风扇抖动。

• 检测到转动（平滑速度 ≥ 阈值）：立即开风扇，并刷新 lastMovingTime。

• 速度低于阈值：不立刻关，要连续低速持续超过 FAN_OFF_DELAY_MS（500ms）才真正关闭。这个「关闭防抖」避免脉冲间断时风扇一闪一闪。

---

四、项目结果演示

---

烧录后打开串口监视器，典型输出如下：

========================================
  ESP32-S3 测速+风扇联动测试
  GPIO4=测速  GPIO20=风扇
========================================
初始化完成：检测到转动->开风扇，受阻停止->关风扇

脉冲=0  瞬时=0.00 cm/s  平滑=0.00 cm/s  风扇=关
脉冲=8  瞬时=9.71 cm/s  平滑=6.80 cm/s  风扇=关
  >> [风扇] 开启
脉冲=12  瞬时=13.84 cm/s  平滑=11.30 cm/s  风扇=开
脉冲=11  瞬时=13.10 cm/s  平滑=12.62 cm/s  风扇=开
脉冲=0   瞬时=6.55 cm/s   平滑=8.83 cm/s   风扇=开
脉冲=0   瞬时=3.27 cm/s   平滑=6.18 cm/s   风扇=开
  >> [风扇] 关闭
脉冲=0   瞬时=0.41 cm/s   平滑=0.43 cm/s   风扇=关

可以看到：转动编码盘后速度上升并触发风扇开启；卡住码盘后速度逐级衰减，延时一小段后风扇关闭，整个过程无抖动反复。

---

五、各模块技术原理讲解

红外测速原理：编码盘随轴转动，对射/反射光电模块在码盘缝隙处通断，比较器在通断瞬间输出方波。转得越快，单位时间脉冲越多，频率正比于转速。

外部中断脉冲计数：相比轮询 digitalRead，中断在脉冲到来时立即响应、不丢边沿，CPU 也无需空转等待，是高频脉冲采集的标准做法。RISING 表示只在上升沿触发。

EMA（指数移动平均）滤波：y = α·x + (1-α)·y_prev。α 越小越平滑但响应越慢，α 越大越灵敏但越抖。本项目两级滤波兼顾稳定与响应。

软件去抖：机械/电气抖动会在一次真实脉冲附近产生多个杂边沿，用「两次中断时间间隔须大于 1ms」过滤，等效于一个低通门限。

L9110 风扇模块：模块内部含 H 桥功率管，能直接带动风扇。对外引出两个逻辑输入（INA/INB），输入的高低组合决定风扇的通断与转向。本项目风扇单向运转，固定一路输入接地、另一路（INA）接 GPIO20 当开关：GPIO20 给高电平→风扇转，给低电平→风扇停。MCU 只提供逻辑电平，功率驱动和续流保护都在模块内部，所以不用再外搭三极管/MOS 和续流二极管。

GPIO20 默认电平问题：ESP32-S3 的 GPIO19/20 默认复用为 USB 功能，未初始化时电平不确定，可能让风扇上电常转。务必在 setup() 中 pinMode 为输出并先拉低接管该脚。

---

六、常见问题解答（FAQ）

Q1：只跑测速代码时，GPIO20 的风扇为什么会无故转？ A：测速代码里没有初始化 GPIO20。该脚在 ESP32-S3 上默认复用为 USB D+，未被显式拉低时电平不确定，使 L9110 风扇模块的输入悬空，被误触发导致风扇常转。本文代码在 setup() 里先 pinMode(FAN_PIN, OUTPUT) 并 digitalWrite(FAN_PIN, LOW) 接管，问题即解决。

Q2：风扇频繁开/关、抖个不停？ A：可能是判定阈值或防抖没设好。适当调大 FAN_OFF_DELAY_MS（如 800~1000ms），并根据实测转速合理设置 SPEED_STOP_THRESHOLD，让正常转速明显高于阈值。

Q3：转动码盘但脉冲一直是 0？ A：检查测速模块 DO 是否接到 GPIO4、模块供电是否正确、码盘是否真正遮挡到光路；用万用表/示波器确认转动时 DO 有电平跳变；确认 attachInterrupt 用的是 RISING，若模块输出极性相反可改 FALLING。

Q4：风扇接上 L9110 风扇模块后 ESP32-S3 复位或烧录失败？ A：多半是风扇启动电流拉垮供电或干扰。确认模块的电源与 ESP32 共地；模块电源尽量独立供电、不要全靠主控的 5V 硬扛；电源处加退耦电容。另外烧录时 GPIO20 复用 USB，若发现下载异常，可在烧录时先断开模块的 INA 接线。

Q5：能不能改成「单次遮挡」而不是「持续转动」来控制？ A：可以。把判定改成直接 digitalRead(PIN_SPEED_SENSOR) 读电平，高/低对应通/阻，而不走速度计算这套逻辑——适用于物体经过即触发的场景。

Q6：为什么用 smoothedSpeed 判断而不是直接用 raw 脉冲？ A：原始脉冲偶尔丢一两个就会跳变，直接用会让风扇闪烁。平滑速度滤掉了瞬时波动，判定更稳定。

Q7：CM_PER_PULSE 这个系数怎么定？ A：等于「轮子周长 ÷ 码盘每圈脉冲数」。先量轮径算周长，数清码盘缝隙数，相除即得；本文 0.4045 为示例值，需按你的实际机械结构标定。