STM32F103智能风扇DIY：HC-SR501人体感应+PWM调速实战

简介：这是一套面向嵌入式初学者与电子设计竞赛选手的STM32智能风扇完整工程资料，以STM32F103为核心，结合PWM调速、HCSR501人体红外感应与DHT11温湿度采集，实现有人自动开启、无人自动关闭及按环境温湿度智能调节转速的风扇控制系统，适合课程设计、毕业设计与DIY项目参考。压缩包共315个文件，约16.96MB，包含50个c源文件与52个h头文件构成的主程序框架、55个crf与56个o等编译中间文件、2个hex可执行文件及uvprojx、uvoptx等Keil工程配置，另附2份doc说明、2份pdf资料与2张jpg实物图，便于直接编译下载与对照理解。目前已有8891人学习下载，热度较高。资料完整呈现了从传感器数据采集、PWM占空比调节到人机交互的软硬件实现思路，读者可据此快速搭建实验环境、复现功能并在此基础上扩展改进。

1. 从一把“会自己转头”的风扇说起：STM32F103 智能风扇到底在做什么

夏天最烦的不是热，是半夜被冻醒还得摸黑找遥控器。我去年给卧室装了一台自己攒的 STM32 智能风扇，核心就三块：STM32F103 最小系统板、HC-SR501 人体红外模块、PWM 驱动的直流风扇。它干的事很朴素——检测到人进屋就转，人走十分钟自动停，温度高了自动加档，全程不用动手。这套方案在宿舍、工位、小仓库都跑得通，成本不到五十块，比买成品风扇多了“感知”和“联动”两个能力。

标题里几个词其实是一条完整链路：STM32F103 是主控，STM32PWM风扇 是执行方式，hcsr501 是感知入口，stm32风扇模块 是把这三者拼起来的硬件形态。热搜里 stm32f103最小系统、stm32f103 cubemx 定时器3、stm32f103 系列参考手册(rm0008) 这些词，恰好对应了从选型到写代码的必经环节。这篇笔记就按我实际调试的顺序，把选型、接线、PWM 配置、HC-SR501 触发逻辑、避坑和进阶调参讲透，新手能照着复现，熟手能直接拿去改参数。

2. 硬件选型与接线：STM32F103、HC-SR501 和风扇怎么接才不翻车

2.1 为什么是 STM32F103 而不是别的

选 STM32F103C8T6 最小系统板，理由很实际：72MHz 主频跑风扇控制绰绰有余，4 个通用定时器里 TIM3 能出 4 路 PWM，价格便宜到十块钱以内，资料多到搜“stm32f103最小系统”能翻出几百篇。热搜里 stm32f103 pack包下载、stm32芯片包安装 这些词说明很多人卡在环境搭建，我建议直接用 Keil MDK 加 ST-Link，别一上来折腾 VSCode 配置 stm32 开发环境，先把灯点亮再说。

风扇这边分两种：两线直流风扇只能调电压，三线或四线 PWM 风扇才能直接吃 PWM 信号。我手上是四线风扇，红线 12V、黑线 GND、黄线测速、蓝线 PWM。如果你只有两线风扇，就得加一个 MOS 管模块，用 PWM 控制栅极，本质还是 STM32PWM风扇 的思路。

HC-SR501 是经典的人体红外模块，工作电压 4.5V 到 20V，输出 3.3V 高电平，和 STM32 的 IO 直连没问题。它有两个可调电位器：一个调延时（0.3 秒到 5 分钟），一个调灵敏度（3 米到 7 米）。注意它上电后有 30 到 60 秒初始化时间，这段时间输出会乱跳，代码里必须加延时等待。

2.2 接线表与供电注意

供电是第一个大坑。STM32 的 5V 引脚从 USB 取电，带不动风扇，必须外接 12V 电源，而且 12V 和 3.3V 要共地。热搜里 stm32f103 5v转3.3v电路 这个词很热，但这里不需要你转，最小系统板自带 AMS1117，你只要保证外部 12V 不灌进 3.3V 就行。

提示：HC-SR501 输出高电平是 3.3V，但如果你买到的模块是 5V 供电输出 5V 电平，直接接 PA0 会烧引脚。用万用表量一下 OUT 对地电压，超过 3.6V 就加一个分压电阻。

2.3 最小系统板的启动模式

STM32F103 的 BOOT0 和 BOOT1 决定启动方式。正常跑程序时 BOOT0 接 GND，BOOT1 任意。如果你用 ST-Link 下载后程序不跑，先查这两个跳线帽。热搜里 stm32芯片第一脚怎么确认 这种问题，在最小系统板上看圆点或者丝印缺口就行，别接反 VCC 和 GND，反接必烧。

3. 用 CubeMX 配 TIM3 PWM：从 0 到风扇转起来的最小工程

3.1 时钟树和 TIM3 参数怎么算

打开 CubeMX，选 STM32F103C8T6，先配 RCC 为外部晶振，时钟树里 HSE 选 8MHz，PLL 倍频到 72MHz。TIM3 挂在 APB1 上，APB1 预分频系数为 2 时，定时器时钟是 72MHz。

PWM 频率计算公式：Fpwm = 72MHz / ((Prescaler + 1) * (Period + 1))。四线风扇的 PWM 推荐频率是 25kHz，人耳听不到啸叫。我取 Prescaler = 71，Period = 39，算下来 72MHz / (72 * 40) = 25kHz。占空比用Pulse = Period * duty来设，duty 从 0 到 1。

// tim.c 中 CubeMX 生成的配置片段 htim3.Instance = TIM3; htim3.Init.Prescaler = 71; // 72分频，定时器时钟 1MHz htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim3.Init.Period = 39; // 自动重装载值，配合预分频得到 25kHz htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE; HAL_TIM_PWM_Init(&htim3); // 配置通道1 TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC; sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.Pulse = 20; // 初始占空比 50% sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

这段代码里 Prescaler 和 Period 是核心参数，改频率就动这两个。Pulse 决定占空比，20 对应 50%，因为 Period 是 39，20/40 正好一半。注意 AutoReloadPreload 要开，否则改占空比时会出现毛刺。

3.2 主循环里怎么调占空比

// 设置风扇转速，duty 范围 0.0 ~ 1.0 void Fan_SetSpeed(float duty) { if (duty < 0.0f) duty = 0.0f; if (duty > 1.0f) duty = 1.0f; uint32_t pulse = (uint32_t)(duty * (htim3.Init.Period + 1)); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pulse); }

__HAL_TIM_SET_COMPARE是 HAL 库的宏，直接改 CCR1 寄存器，比重新调用 ConfigChannel 快得多。duty 为 0 时风扇停，1 时全速。四线风扇在 duty 低于 20% 时可能不转，这是正常现象，不是代码问题。

3.3 验证 PWM 输出的两种方法

第一种，用示波器看 PA6 波形，频率 25kHz，占空比随 duty 变化。第二种，没有示波器就接 LED 加电阻，看亮度变化。热搜里 keilc stm32查看io输出波形 这个词，其实 Keil 的仿真模式也能看，但需要配 Debug 里的 Logic Analyzer，不如直接量来得快。

注意：如果你用的是两线风扇加 MOS 管，PWM 频率要降到 1kHz 以下，否则 MOS 管开关损耗大，发热严重。四线风扇才适合 25kHz。

4. HC-SR501 触发逻辑与状态机：让人来灯亮、人走风停

4.1 HC-SR501 的输出特性与去抖

HC-SR501 检测到人体移动时输出高电平，人不动了它还会保持一段时间，这个时间由延时电位器决定。我一般调到最小，大概 3 秒，然后在代码里做软件延时。模块上电后有 30 到 60 秒初始化，输出会随机跳，所以main函数开头必须加HAL_Delay(60000)或者至少 30 秒。

// 读取 HC-SR501 状态，带简单去抖 uint8_t PIR_Read(void) { static uint8_t last_state = 0; static uint32_t last_time = 0; uint8_t current = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0); uint32_t now = HAL_GetTick(); if (current != last_state && (now - last_time) > 200) { last_time = now; last_state = current; } return last_state; }

去抖时间设 200ms，因为 HC-SR501 输出变化不会太快，但电源波动可能引起毛刺。HAL_GetTick()返回毫秒数，依赖 SysTick 中断，别在中断里关掉 SysTick。

4.2 状态机设计：待机、运行、延时关闭

我一般用三个状态：IDLE、RUNNING、COOLDOWN。IDLE 时风扇停，检测到人进 RUNNING，风扇按温度或固定档位转。人走后进 COOLDOWN，风扇继续转 10 分钟，期间如果又检测到人，直接回 RUNNING。

typedef enum { IDLE, RUNNING, COOLDOWN } FanState; FanState state = IDLE; uint32_t cooldown_start = 0; void Fan_Update(void) { uint8_t pir = PIR_Read(); switch (state) { case IDLE: if (pir) { Fan_SetSpeed(0.6f); state = RUNNING; } break; case RUNNING: if (!pir) { cooldown_start = HAL_GetTick(); state = COOLDOWN; } break; case COOLDOWN: if (pir) { state = RUNNING; } else if (HAL_GetTick() - cooldown_start > 600000) { Fan_SetSpeed(0.0f); state = IDLE; } break; } }

600000 是 10 分钟，单位毫秒。这个值根据场景改，卧室可以短一点，仓库可以长一点。状态机放在主循环里，每 50ms 调一次，别放中断里，否则 HAL_Delay 会卡死。

4.3 和温度联动的扩展

如果想更智能，加一个 DS18B20 或 NTC 热敏电阻，在 RUNNING 状态里根据温度调 duty。比如 26 度以下 40%，26 到 30 度 60%，30 度以上 100%。热搜里 stm32 adc切换通道 这个词，用 NTC 时就需要 ADC 多通道采样，注意采样时间要够长，否则读数跳。

5. 避坑与排查：HC-SR501 乱触发、PWM 不转、程序跑飞

5.1 现象：HC-SR501 一直输出高电平，风扇停不下来

原因：模块上电初始化没等够，或者灵敏度电位器拧到最大，检测范围覆盖了窗外或走廊。解决：上电后等 60 秒再读，灵敏度调到中间位置，必要时在模块前面加一个遮光罩，只留正前方探测窗口。

5.2 现象：PWM 输出正常但风扇不转

原因：四线风扇的 PWM 线电平不兼容，或者 12V 电源没共地。解决：用万用表量风扇 PWM 线对地电压，STM32 输出 3.3V 方波，如果风扇要求 5V 电平，加一个电平转换模块。共地问题最常见，12V 电源的 GND 必须和 STM32 的 GND 接在一起。

5.3 现象：程序下载后不跑，或者跑一会儿卡死

原因：BOOT0 没接地，或者中断优先级冲突导致 HardFault。解决：检查 BOOT0 跳线，用 ST-Link 调试模式看卡在哪。热搜里 stm32延时函数delay卡死 这个词，多半是因为在中断里调用了 HAL_Delay，而 HAL_Delay 依赖 SysTick 中断，优先级低于当前中断就会死等。

5.4 现象：风扇转速忽高忽低，有啸叫

原因：PWM 频率落在人耳敏感区间，或者占空比更新时没有开 AutoReloadPreload。解决：把频率提到 25kHz 以上，CubeMX 里确认AutoReloadPreload设为 ENABLE。如果还有啸叫，在风扇电源两端并一个 100uF 电解电容。

5.5 现象：HC-SR501 触发距离忽远忽近

原因：环境温度接近人体温度，或者模块供电不稳。解决：HC-SR501 在夏天高温环境灵敏度会下降，这是物理限制。供电用独立的 5V LDO，别和风扇共用一路，风扇启动瞬间压降会让模块复位。

6. 进阶调参：用定时器捕获测转速和串口调 PID

6.1 用 TIM2 捕获风扇测速线

四线风扇的测速线输出方波，频率和转速成正比。一般风扇规格是每转两个脉冲，所以RPM = 频率 * 60 / 2。用 TIM2 的通道 1 做输入捕获，PA1 接测速线。

// TIM2 输入捕获配置，测频率 void TIM2_Capture_Init(void) { TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC; htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 71; // 1MHz 计数 htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim2.Init.Period = 0xFFFF; HAL_TIM_IC_Init(&htim2); sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING; sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; sConfigIC.ICFilter = 0; HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); } // 捕获中断回调 void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { static uint32_t last_capture = 0; static float rpm = 0; uint32_t capture = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); if (last_capture != 0) { uint32_t diff = capture - last_capture; if (diff > 0) { float freq = 1000000.0f / diff; // 1MHz 计数 rpm = freq * 60.0f / 2.0f; // 每转2脉冲 } } last_capture = capture; }

这段代码里 Prescaler 设 71 让计数频率为 1MHz，diff 是两个上升沿之间的计数差，倒数就是频率。rpm 算出来可以通过串口打印，或者用来做闭环。注意捕获中断里不要做浮点运算太久，我一般只存值，主循环再算。

6.2 串口调 PID 让转速更稳

如果风扇负载变化大，转速会掉，可以用 PID 调。热搜里 stm32串口调试pid 这个词，核心是把 PID 参数做成串口可改的变量。我用一个简单的结构体：

串口收到P=0.8就改 Kp，收到T=1500就改目标。PID 输出限幅到 0 到 1，再喂给Fan_SetSpeed。调的时候先只加 P，看到转速接近目标但有静差，再加 I，最后加 D 抑制超调。别一上来三个参数一起调，那是玄学。

6.3 一个我踩过的坑：测速线电压

风扇测速线是开漏输出，需要上拉电阻到 3.3V，否则 STM32 读不到高电平。我一开始没加上拉，捕获中断死活不进，查了半天以为是定时器配置错了。后来在 PA1 和 3.3V 之间焊了一个 10k 电阻，立刻正常。这个坑在风扇手册里通常不写，但血泪经验告诉我，四线风扇的测速线必须上拉。

6.4 验证方法：用串口画曲线

没有上位机就用串口助手，每 100ms 打印一次rpm和duty，复制到 Excel 画曲线。看转速能不能稳定在目标值上下 5% 以内。如果振荡，先把 Kd 降到 0，把 Ki 减半。我一般会留一个后悔药：在 Flash 里存一组默认 PID 参数，调崩了长按按键恢复。

这套东西跑通之后，你会发现 STM32F103 加 HC-SR501 加 PWM 风扇的组合，能复用到鱼缸散热、机柜通风、宠物窝降温很多场景。我现在的习惯是每做一个新板子，先把 PWM 和串口调通，再往上叠传感器，这样出问题能快速定位是硬件还是代码。希望帮到你。

本文还有配套的精品资源，点击获取