原標題：基于霍爾效應傳感器的Fidget Spinner RPM 計數器（示意圖+代碼）

基于霍爾效應傳感器的Fidget Spinner RPM計數器設計方案

一、前言

Fidget Spinner作為一種流行的手指陀螺，其轉速的測量成為一些用戶和愛好者關注的焦點。通過高精度的RPM（轉速）計數器，可以實時跟蹤Fidget Spinner的旋轉速度，并以此為依據進行比較或分析。基于霍爾效應傳感器的RPM計數器是一種簡單且高效的方案，本設計將結合霍爾效應傳感器、微控制器（MCU）、顯示模塊等器件，設計一個可以精確測量Fidget Spinner轉速的計數器。

二、設計思路與方案概述

1. 工作原理：霍爾效應傳感器是基于霍爾效應的原理工作，能夠感應到磁場變化，并輸出相應的電壓信號。Fidget Spinner在旋轉時，磁鐵會隨著陀螺的旋轉而經過霍爾效應傳感器，從而產生一定的脈沖信號。通過計數這些脈沖信號，可以計算出Fidget Spinner的轉速（RPM）。

2. 核心元器件選擇：選擇合適的霍爾效應傳感器、微控制器、顯示模塊等器件，對于方案的穩定性和準確性至關重要。

三、優選元器件型號

1. 霍爾效應傳感器：

• 型號：A3144

• 作用：該霍爾傳感器能夠檢測磁場的變化，適合用于RPM計數的應用。它的工作電壓范圍為4.5V至24V，輸出為數字信號（開關信號）。

• 為何選擇：A3144是市面上常見的霍爾傳感器，具有高靈敏度、低功耗等特點，適合用于高頻次的脈沖檢測。

2. 微控制器（MCU）：

• 型號：STM32F103C8T6

• 作用：STM32系列的微控制器，采用ARM Cortex-M3核心，具有較強的運算能力、豐富的外設接口及較高的性能，適合用于信號的處理和轉速計算。

• 為何選擇：STM32F103C8T6支持高速定時器和脈沖計數器，能夠快速響應霍爾傳感器的脈沖信號，并進行精確的轉速計算。

3. 顯示模塊：

• 型號：1602 LCD（16x2字符液晶顯示）

• 作用：顯示Fidget Spinner的當前轉速（RPM）。

• 為何選擇：1602 LCD顯示模塊是低成本且易于操作的顯示模塊，適用于顯示轉速數值，且與微控制器的接口兼容。

4. 電源模塊：

• 型號：AMS1117-5.0

• 作用：提供5V的穩定電源，供給霍爾傳感器、MCU及顯示模塊。

• 為何選擇：AMS1117具有較低的壓差和較好的穩定性，適合為整個電路提供所需的穩定電壓。

四、元器件功能與工作原理

1. 霍爾效應傳感器A3144：

• 功能：檢測旋轉的Fidget Spinner上的磁鐵經過時產生的磁場變化，輸出脈沖信號。每次霍爾傳感器檢測到磁鐵經過時，它會產生一個脈沖信號，MCU通過捕獲這些脈沖信號來計算Fidget Spinner的轉速。

• 工作原理：霍爾效應傳感器利用霍爾效應原理，當傳感器靠近磁場時，會在其兩端產生電壓變化。該電壓信號被轉化為數字信號，作為MCU輸入。

2. 微控制器STM32F103C8T6：

• 功能：作為整個系統的控制核心，負責讀取霍爾傳感器的脈沖信號，進行轉速計算，并將結果輸出到顯示模塊上。

• 工作原理：MCU通過定時器中斷或外部中斷模式，捕捉到霍爾傳感器的脈沖信號，并通過計算脈沖的頻率來確定Fidget Spinner的轉速。

3. 顯示模塊1602 LCD：

• 功能：顯示實時的轉速信息，以RPM為單位，方便用戶查看。

• 工作原理：1602 LCD模塊通過I2C或并行接口與MCU連接，接收轉速數據并顯示在屏幕上。

4. 電源模塊AMS1117：

• 功能：為整個電路提供穩定的5V電壓。

• 工作原理：AMS1117是低壓差線性穩壓器，它將輸入電壓（例如12V或9V）轉換為5V穩定電壓，供給MCU和其他組件。

五、電路設計

1. 電路框圖

 +------------------+     +---------------------+     +------------------+
 |     Power        |---->|      STM32F103      |---->| 1602 LCD Display |
 |   Supply (5V)    |     |       MCU           |     |  (RPM Output)    |
 +------------------+     +---------------------+     +------------------+
         |                        |                        |
         v                        v                        v
   +--------------------+   +-------------------+   +-------------------+
   |   A3144 Hall       |   |    RPM Counting   |   |  RPM Calculation  |
   |   Effect Sensor    |<--|    and Processing |<--|   and Display     |
   +--------------------+   +-------------------+   +-------------------+

2. 電路詳細說明：

• 霍爾效應傳感器與MCU連接：霍爾效應傳感器的輸出端連接到MCU的外部中斷引腳（例如PA0）。每當霍爾傳感器檢測到磁鐵經過時，會觸發中斷，MCU開始計數。

• MCU內部定時器：MCU的定時器會用于計算霍爾傳感器輸出的脈沖頻率。通過定時器定期計算脈沖的數量，從而得出轉速（RPM）。

• 顯示模塊：在轉速計算完成后，MCU通過I2C或并行接口向1602 LCD顯示模塊發送數據，并在LCD屏幕上顯示實時的轉速信息。

六、軟件設計與代碼實現

以下是基于STM32F103C8T6的簡單代碼實現，展示如何通過外部中斷讀取霍爾傳感器信號并計算RPM。

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "lcd.h"  // 假設使用LCD庫進行顯示

volatile uint32_t pulse_count = 0;
uint32_t rpm = 0;
uint32_t last_time = 0;

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) {  // 假設霍爾傳感器連接在PA0引腳
        pulse_count++;  // 每次傳感器輸出脈沖，計數增加
    }
}

void calculate_rpm(void) {
    uint32_t current_time = HAL_GetTick();
    uint32_t time_diff = current_time - last_time;
    rpm = (pulse_count * 60000) / time_diff;  // 計算轉速，單位RPM
    pulse_count = 0;  // 重置脈沖計數器
    last_time = current_time;  // 更新最后時間
}

int main(void) {
    HAL_Init();  // 初始化HAL庫
    SystemClock_Config();  // 配置系統時鐘
    MX_GPIO_Init();  // 初始化GPIO
    MX_LCD_Init();  // 初始化LCD顯示
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);  // 啟動定時器中斷
    
    while (1) {
        calculate_rpm();  // 計算轉速
        LCD_Clear();
        LCD_SetCursor(0, 0);
        LCD_Printf("RPM: %d", rpm);  // 顯示轉速
        HAL_Delay(1000);  // 延時1秒更新一次轉速
    }
}

七、總結

本設計方案通過霍爾效應傳感器實現Fidget Spinner的RPM計數。霍爾傳感器的選擇、微控制器的處理能力、顯示模塊的使用都決定了方案的準確性與實時性。通過定時器中斷計算脈沖頻率，并將結果顯示在LCD屏幕上，用戶能夠實時查看Fidget Spinner的轉速。