Arduino 高速转速计 - 单次检测算法实测 6.5MHz 级响应，红外 + 红激光方案

元器件清单

核心原理：单次检测算法

传统转速计测量一个周期或多个周期取平均，**本项目创新采用“单次阻断检测”**：

• 红激光照射 IR 传感器，基线读数高 (~1023)
• 风扇叶片旋转遮挡激光 → 传感器读数骤降 (~0)
• 每次遮挡对应 1/n 圈 (n=叶片数)
• 测量相邻两次遮挡的时间差 Δt → 角速度 ω = (2π/n) / Δt → RPM = 60 / (n × Δt)

优势：

• **极高灵敏度**：每 1/n 圈输出一次 RPM，实时捕捉微小波动
• **响应快**：< 40ms 完成一次计算，适合高速电机
• **分辨率高**：RPM 显示两位小数

串口每秒输出 ~2 次 RPM 值，精度达 0.01 RPM，清晰显示转速微小变化

硬件接线

机械对齐：激光束对准 IR 传感器接收面，风扇叶片旋转平面穿过光路。叶片宽度、检测半径需实测填入代码常量。

核心代码

// 高速 RPM 计数器 - 单次阻断检测算法
// 作者: YASH36

const int sensorPin = A0;
const float bladeWidth = 0.012;   // 叶片宽度 (米)，实测填入
const float detectRadius = 0.045; // 检测点半径 (米)，实测填入
const float twoPI = 6.283185307;  // 2π

unsigned long t1, t2;
float dt, velocity, period, rpm;

void setup() {
  Serial.begin(115200);  // 高波特率减少传输延迟
  pinMode(sensorPin, INPUT);
  Serial.println(F("启动电机，稳定 3 秒后开始测量..."));
  delay(3000);
}

void loop() {
  // 等待遮挡开始 (信号降低)
  if (analogRead(sensorPin) < 950) {
    t1 = millis();
    delay(30);  // 消抖/避免重复触发
  }
  
  // 等待遮挡结束 (信号恢复)
  if (analogRead(sensorPin) > 950) {
    t2 = millis();
    dt = t2 - t1;                    // 遮挡持续时间 (ms)
    velocity = bladeWidth / dt;      // 线速度 (m/ms)
    period = (twoPI * detectRadius) / velocity;  // 周期 (ms)
    rpm = 60000.0 / period;          // RPM = 60秒 / 周期(秒)
  }
  
  Serial.print(F("\n RPM = "));
  Serial.println(rpm, 2);  // 显示两位小数
}

关键参数标定

1. 叶片宽度：卡尺测量叶片在检测半径处的弧长宽度
2. 检测半径：从电机轴中心到激光束击中叶片的距离
3. 阈值 950：根据环境光调整，确保无遮挡时 >950，遮挡时 <100
4. 叶片数 n：代码中隐含 n=1 (单叶片)；多叶片需将 RPM 结果除以 n，或修改公式 `period = (twoPI * detectRadius) / (velocity * n)`

为什么必须用红色激光？

硅基 IR 传感器对 650-700nm 红光有较强响应，绿光 (532nm) 和蓝光 (450nm) 的 IR 分量极弱，导致基线读数低、信噪比差、无法可靠检测遮挡。实测红光激光指示器即可完美工作。

局限与改进

• 仅适用于有周期性遮挡的旋转体 (风扇、齿轮、带槽转盘)
• 高转速下 `millis()` 精度不足，可改用 `micros()` 或 Timer1 输入捕获
• 环境光干扰：加装遮光罩、调节阈值、或用调制光源+锁相检测
• 多叶片支持：在代码中加入叶片数参数自动换算

作者联系

项目主页：YASH36 项目中心，欢迎交流改进建议。