手把手教你玩转测速模块（原理+驱动）

测速是现代化测控系统中不可或缺的一部分，它通过精确测量物体或现象的速度，为众多应用领域提供了关键的数据支持。无论是车辆行驶的速度监测，还是工业自动化中的生产线控制，甚至是科学实验中的粒子速度测量，测速模块都发挥着至关重要的作用。

测速模块的工作原理基于多种物理效应和先进技术，如多普勒效应、光电传感、光耦传感等，这些技术使得测速模块能够快速、准确地捕捉到速度信息。此外，测速模块还具有响应速度快、精度高等特点，使其在各种复杂环境下都能可靠工作。

本文将深入探讨测速模块之一的电机测速模块工作原理、技术实现和应用案例，帮助您更好地了解这一模块。

1. 源码下载及前置阅读

STM32F103C8T6模板工程

链接：https://pan.baidu.com/s/1gJigWypYfwLo2cn2nP2DGg?pwd=yqya 提取码：yqya

本文的源码

链接：https://pan.baidu.com/s/1Hm47Z_UF6zwBj5fc3IT8DQ?pwd=v1su 提取码：v1su

如果你是嵌入式开发小白，那么建议你先读读下面几篇文章。

从零开始轻松掌握STM32开发的必备指南：零基础快速上手STM32开发（手把手保姆级教程）
通俗易懂的 GPIO 介绍与实践：如何快速成为点灯大师？
手把手让你掌握MDK的使用方式和技巧，助你更高效地进行开发：一文教你使用MDK开发工具

往期教程，有兴趣的小伙伴可以看看。

继电器模块的原理、功能和应用：继电器模块详解
如果想知道自己对嵌入式知识掌握程度：嵌入式自测题
蓝牙模块详解，轻松掌握一种无线通信技术：手把手教你玩转蓝牙模块（原理+驱动）

2. 测速模块介绍

2.1 测速模块型号介绍

测速模块常见用途：

电机转速检测
脉冲计数
位置限位
工件计数

常见的测速模块有以下三款，大同小异，都是接三个引脚（四引脚的那款 AO 引脚不起作用），除了正负极就是数字输出（OUT）。小差别已经写在图上啦。

大家在学习和工作中可以自行选择合适的型号，这里我使用的是宽槽，光耦传感器的这个型号。

2.2 测速模块参数及引脚介绍

测速模块参数：

使用进口槽型光耦传感器，槽宽度 10mm
有遮挡，输出高电平；无遮挡，输出低电平
有输出状态指示灯，输出高电平灯灭，输出低电平灯亮
使用宽电压 LM393 比较器
比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过 15mA
工作电压：3.3V ~ 5V
输出形式：数字开关量输出（0 和 1）
设有固定螺栓孔，方便安装
小板 PCB 尺寸：2.3cm x 2cm

参考接线如下：

测速模块	STM32	备注
VCC	3.3/5V	电源正极
OUT	任意 GPIO 口	数字输出
GND	GND	电源负极

OUT 连接：

与单片机 IO 口直接相连，检测传感器是否有遮档，如用电机码盘则可检测电机的转速。
与继电器相连，组成限位开关等功能。
与有源蜂鸣器模块相连，组成报警器。

3. 使用逻辑

接下来让我介绍一下利用测速模块测距离和测速度的逻辑。

我们知道：

测速模块槽中无遮挡时，输出低电平；遮挡时，输出高电平
圆周长，C = 2×3.14×r = 3.14×d

拿我的 TT 马达和配套的轮胎（直径6.5cm）、码盘（20个格子）举例。

码盘每经过一个格子，会遮挡（高电平）和不遮挡（低电平）。

20格的码盘转一圈就会经历20个下降沿中断，一个下降沿中断就是走了 3.14×6.5/20 = 1.0205cm，约等于一个中断走1cm。

测距离：计算中断次数，即距离。

测速度：利用定时器，1 秒内接收多少个外部中断，即每秒速度。

其他轮胎或码盘可套用公式：

测距离 = 3.14×直径/码盘格子×中断次数。

测速度 = 定时器每秒输出 3.14×直径/码盘格子×中断次数，记得重置中断次数。

4. 编程实战

实战目标：串口输出电机旋转距离（cm）和速度（cm/s）。

4.1 硬件接线

本教程使用的硬件如下：

单片机：STM32F103C8T6
测速模块：宽槽，光耦传感器
电机：TT马达（和配套码盘）
串口：USB 转 TTL
烧录器：ST-LINK V2

测速模块	STM32	USB 转 TTL
VCC	3.3/5V
OUT	A4
GND	G
	A10	TX
	A9	RX
	G	GND

烧录的时候接线如下表，如果不会烧录的话可以看我之前的文章【STM32下载程序的五种方法】。

ST-Link V2	STM32
SWCLK	SWCLK
SWDIO	SWDIO
GND	GND
3.3V	3V3

接好如下图，大家可以不用接轮胎。

4.2 初始化引脚

初始化一下测速模块的 OUT 引脚。

我们采用中断的方式计数，需要初始化和使能一下 EXTI。

void GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
    SP_CLK();                                               //IO口时钟使能

    gpio_initstruct.Pin = SP_PIN;                           //OUT引脚
    gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;            //下降沿触发
    gpio_initstruct.Pull = GPIO_NOPULL;                     //无电阻
    HAL_GPIO_Init(SP_GPIO, &gpio_initstruct);               //初始化OUT引脚

    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn,2,0);                   //抢占优先级2，响应优先级0
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);                         //使能EXTI4
}

4.3 设计中断

我们每次检测到测速模块的下降沿，速度和距离都加1。

因为 TT 马达的轮胎搭配上码盘，刚好每格大约1cm，所以我们直接加1，大家根据硬件不同自行调整。

void EXTI4_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(SP_PIN);         //调用中断处理公用函数 清除中断线 的中断标志位
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(SP_PIN);         //HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == SP_PIN)
        if (HAL_GPIO_ReadPin(SP_GPIO, SP_PIN) == GPIO_PIN_RESET){
            speedCnt++;
            distant++;
        }
}

4.4 设计定时器

我们使用通用定时器2，设计初始化和中断。根据实战目标，我们希望定时器每秒溢出。

当定时器溢出，输出当前速度和行驶距离，并把当前速度归零。

定时器溢出时间计算方法：

公式：Tout = ((ARR + 1) * (PSC + 1)) / Ft （单位：us）。

已知 Tout = 1s；Ft，定时器工作频率，是 72Mhz。

那么公式里还剩下两个未知数，我们一般设定 PSC，求 ARR。

为了计算方便，Ft = 72M，所以我们 PSC 取7199（可取范围1~65535）。

于是，1 = ((ARR + 1) * (7199 + 1)) / 72000000。

计算可得，ARR = 9999。

void TIM2_Init(void)
{
    htim2.Instance = TIM2;                          //通用定时器2
    htim2.Init.Prescaler = 7199;                    //设置预分频系数（PSC）
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;    //递增计数模式
    htim2.Init.Period = 9999;                       //自动装载值（ARR）
    HAL_TIM_Base_Init(&htim2);                      //初始化定时器2
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);                  //使能定时器2及其更新中断
}

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{
    if(tim_baseHandle->Instance==TIM2)
    {
        __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();                //定时器2时钟使能

        HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0, 0);      //抢占0，响应0
        HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);              //开启TIM2中断
    }
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);                     //定时器中断公共处理函数
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    printf("当前速度: %d cm/s \r\n", speedCnt);
    printf("行驶距离: %d cm \r\n\r\n", distant);
    speedCnt = 0;
}

4.5 主函数

主函数如下，用的是定时器溢出和中断，所以主函数里没写什么。

int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    uart1_init(115200);                 /* 波特率设为115200 */
    speed_init();                       /* 定时器2初始化 */

    printf("测速模块...\r\n");
    TIM2_Init();                        /* 定时器2初始化 */
    while(1)
    {

    }
}

4.6 最终效果

串口输出如下，TT 马达的工作电压在 3~6V，这是我接单片机 3.3V 的速度，大概是 40 cm/s。

这是我接单片机 5V 的速度，大概是 55 cm/s。电压越大转速越大，测速模块工作正常。

5. 小结

测速模块作为现代科技中不可或缺的一部分，为我们提供了精确、实时的速度测量。随着技术的不断进步和创新，我们可以期待测速模块在未来的发展中发挥更重要的作用。它将继续为我们提供准确、可靠的速度测量解决方案，并为各行各业的发展做出贡献。

本文通过介绍测速模块的原理、工作方式以及应用场景，希望能够帮助大家对测速模块有更全面的了解，并激发对该技术的兴趣。感谢各位看官，peace and love！

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2.1 测速模块型号介绍 ​

2.2 测速模块参数及引脚介绍 ​

3. 使用逻辑 ​

4. 编程实战 ​

4.1 硬件接线 ​

4.2 初始化引脚 ​

4.3 设计中断 ​

4.4 设计定时器 ​

4.5 主函数 ​

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