? ?零知開源（零知IDE）是一個專為電子初學者/電子興趣愛好者設計的開源軟硬件平臺，在硬件上提供超高性價比STM32系列開發板、物聯網控制板。取消了Bootloader程序燒錄，讓開發重心從“配置環境”轉移到“創意實現”，極大降低了技術門檻。零知IDE編程軟件，內置上千個覆蓋多場景的示例代碼，支持項目源碼一鍵下載，項目文章在線瀏覽。零知開源(零知IDE)平臺通過軟硬件協同創新，讓你的創意快速轉化為實物，來動手試試吧！

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項目概述

本項目使用零知標準板（主控芯片：STM32F103RBT6）作為核心控制器，結合PAJ7620U2手勢傳感器實現對L9110風扇模塊和SG90舵機的智能控制。系統通過識別9種不同的手勢動作（上下、左右、順時針/逆時針、揮手、前推、后拉）分別控制風扇的啟停、正反轉、調速以及舵機的精確角度定位，實現了無接觸式智能交互體驗

項目難點及解決方案

問題描述：零知標準板的analogWrite()函數導致系統卡死

解決方案：放棄analogWrite()函數,手動配置STM32硬件定時器，直接操作定時器寄存器

一、系統接線部分

1.1 硬件清單

1.2 接線方案表

注意：請嚴格按照以下代碼定義的引腳進行連接，否則程序無法正常工作。

PS：本項目采用擴展板直插零知標準板，請注意I2C接口線序，與開發板定義的內容不一致，需要將外接的帶鎖扣端子轉杜邦線調整為VIN、GND、SCL和SDA；舵機直插D12 PWM接口，舵機黃色信號線靠近''D12''絲印一端

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1.3 具體接線圖

請注意：如果風扇使用外部電源，務必將外部電源的負極（-）連接到零知標準板的 GND，否則控制信號無法形成回路

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1.4 接線實物圖

二、安裝與使用部分

2.1 開源平臺-輸入"PAJ7620U2"并搜索-代碼下載自動打開

2.2 連接-驗證-上傳

2.3 調試-串口監視器

三、代碼講解部分

本項目的代碼結構清晰，采用了模塊化設計，代碼從初始化、手勢處理邏輯和硬件控制部分展開

3.1 軟件I2C配置

//1. I2C寫寄存器
uint8_t RevEng_PAJ7620::writeRegister(uint8_t i2cAddress, uint8_t dataByte) {
  wireHandle->beginTransmission(PAJ7620_I2C_BUS_ADDR);  // 0x73
  wireHandle->write(i2cAddress);   // 寄存器地址
  wireHandle->write(dataByte);     // 數據
  return wireHandle->endTransmission();
}

//2. I2C讀寄存器
uint8_t RevEng_PAJ7620::readRegister(uint8_t i2cAddress, uint8_t byteCount, uint8_t data[]) {
  wireHandle->beginTransmission(PAJ7620_I2C_BUS_ADDR);
  wireHandle->write(i2cAddress);
  uint8_t result = wireHandle->endTransmission();
  if (result) return result;  // 通信錯誤
  
  wireHandle->requestFrom((int)PAJ7620_I2C_BUS_ADDR, (int)byteCount);
  while (wireHandle->available()) {
    *data = wireHandle->read();
    data++;
  }
  return 0;
}

軟件I2C通過GPIO模擬I2C時序,雖然速度略慢,但穩定性更高

3.2平滑移動算法

// 平滑移動舵機（防止舵機快速轉動時抖動或損壞）
void moveServoSmoothly() {
  int step = 2;  // 默認每次移動2度

  // 根據目標位置調整移動步長
  // 如果是移動到0度或180度（左右手勢），使用較大步長實現快速響應
  if (targetServoPos == 0 || targetServoPos == 180) {
    step = 5;  // 大步長，快速移動
  }

  // 根據當前位置和目標位置的關系，逐步移動
  if (currentServoPos < targetServoPos) {
    // 當前位置小于目標位置，向右轉
    currentServoPos = min(currentServoPos + step, targetServoPos);
  } 
  else if (currentServoPos > targetServoPos) {
    // 當前位置大于目標位置，向左轉
    currentServoPos = max(currentServoPos - step, targetServoPos);
  }

  myServo.write(currentServoPos);  // 寫入新位置
  delay(15);  // 給舵機一點時間響應
}

一種非阻塞式的控制思路，利用 loop() 的快速刷新特性實現了類似PID控制的緩啟緩停效果

3.3風扇控制算法

void controlFan(int speed, int direction) {
  // 限制速度在有效范圍 [0, 255]
  speed = constrain(speed, 0, FAN_MAX_SPEED);
  
  if (direction == 1) {
    // 反轉: IA=0, IB=PWM
    setPWM(FAN_IA_PIN, 0);
    setPWM(FAN_IB_PIN, speed);
    fanDirection = 1;
  } 
  else if (direction == -1) {
    // 正轉: IA=PWM, IB=0
    setPWM(FAN_IA_PIN, speed);
    setPWM(FAN_IB_PIN, 0);
    fanDirection = -1;
  } 
  else {
    // 停止: IA=0, IB=0
    setPWM(FAN_IA_PIN, 0);
    setPWM(FAN_IB_PIN, 0);
    fanDirection = 0;
  }
  
  fanSpeed = speed;
}

H橋驅動原理

L9110內部包含一個H橋電路,通過控制4個開關管實現電機正反轉

IA=HIGH, IB=LOW → 正轉IA=LOW, IB=HIGH → 反轉
IA=LOW, IB=LOW → 停止IA=HIGH, IB=HIGH → 剎車(不常用)

3.4 PWM定時器手動配置

定時器工作原理

PWM頻率 = 時鐘頻率 / (預分頻系數 × 重裝載值)
= 72MHz / (1 × 65535) ≈ 1098Hz

占空比 = 比較值 / 重裝載值 × 100%

// ============ PWM初始化 ============
void initPWMTimer() {
  Serial.println("[PWM] 初始化定時器...");
  
  // 配置引腳為PWM模式
  pinMode(FAN_IA_PIN, PWM);  // 引腳9 (PB7)
  pinMode(FAN_IB_PIN, PWM);  // 引腳5 (PB6)
  
  // 暫停定時器進行配置
  Timer4.pause();
  
  // 設置PWM參數
  Timer4.setPrescaleFactor(1);     // 預分頻=1(不分頻)
  Timer4.setOverflow(65535);       // ARR=65535(16位最大)
  
  // 初始化比較值(占空比0%)
  Timer4.setCompare(TIMER_CH1, 0);  // CCR1=0 (引腳5)
  Timer4.setCompare(TIMER_CH2, 0);  // CCR2=0 (引腳9)
  
  // 刷新寄存器并啟動定時器
  Timer4.refresh();
  Timer4.resume();
  
  Serial.println("[PWM] 定時器初始化完成");
}

// ============ PWM占空比設置 ============
void setPWM(int pin, uint8_t dutyCycle) {
  // 將0-255映射到0-65535
  uint16_t compareValue = (uint32_t)dutyCycle * 65535 / 255;
  
  if (pin == FAN_IA_PIN) {
    Timer4.setCompare(TIMER_CH2, compareValue);  // 引腳9
  } else if (pin == FAN_IB_PIN) {
    Timer4.setCompare(TIMER_CH1, compareValue);  // 引腳5
  }
}

參數說明

3.5 完整代碼

/**************************************************************************************
 * 文件: /Gesture_Control_Servo_Fan/Gesture_Control_Servo_Fan.ino
 * 作者：零知實驗室（深圳市在芯間科技有限公司）
 * -^^- 零知實驗室，讓電子制作變得更簡單！ -^^-
 * 時間: 2025-12-30
 * 說明：零知標準板(STM32F103RBT6) + PAJ7620U2 + L9110 手勢控制系統
 * 功能：手勢控制舵機(12號引腳)和風扇(5,9號引腳)
 *       向上-風扇正轉，向下-舵機90°，向左-舵機0°，向右-舵機180°
 *       順時針-風扇正轉，逆時針-風扇反轉，揮手-風扇停止
 *       向前-風扇加速，向后-風扇減速
 ***************************************************************************************/

#include 
#include 
#include "RevEng_PAJ7620.h"

// 對象創建
RevEng_PAJ7620 sensor;
Servo myServo;

// 引腳定義
const int SERVO_PIN = 12;

// 風扇引腳 - PB6(引腳5)和PB7(引腳9)對應Timer4
const int FAN_IB_PIN = 5;     // PB6 - TIM4_CH1
const int FAN_IA_PIN = 9;     // PB7 - TIM4_CH2

// 系統參數
#define FAN_MIN_SPEED 80      // 風扇最低啟動速度
#define FAN_MAX_SPEED 255      // 風扇最大速度
#define SPEED_STEP 175          // 每次調速的步長

// 狀態變量
int currentServoPos = 90;      // 舵機當前位置（角度）
int targetServoPos = 90;       // 舵機目標位置（角度）
int fanSpeed = 0;              // 當前風扇速度（0-255）
int fanDirection = 0;          // 風扇方向：0=停止，1=正轉，-1=反轉

// 手勢檢測冷卻時間，防止重復觸發
unsigned long lastGestureTime = 0;
const unsigned long GESTURE_COOLDOWN = 500;  // 毫秒

bool systemReady = false;      // 系統是否就緒

// 系統狀態標志
// ==================== 初始化函數 ====================
void setup() {
  // 第1步：初始化串口通信
  initSerial();
  
  // 第2步：初始化I2C總線（PAJ7620傳感器需要）
  initI2C();
  
  // 第3步：初始化舵機
  initServo();
  
  // 第4步：初始化風扇控制引腳
  initFan();
  
  // 第5步：初始化手勢傳感器
  initGestureSensor();
  
  // 第6步：顯示功能說明
  printFunctionMenu();
  
  // 第7步：系統就緒提示
  systemStartupComplete();
  
  systemReady = true;  // 標記系統已就緒
}

// ==================== 主循環函數 ====================
void loop() {
  unsigned long currentTime = millis();

  // 檢測手勢（帶冷卻時間，避免同一個手勢重復觸發）
  if (currentTime - lastGestureTime > GESTURE_COOLDOWN) {
    Gesture gesture = sensor.readGesture();  // 讀取當前手勢

    // 如果檢測到有效手勢，則處理
    if (gesture != GES_NONE) {
      lastGestureTime = currentTime;  // 更新最后手勢時間
      handleGesture(gesture);         // 調用手勢處理函數
    }
  }

  // 平滑移動舵機到目標位置（每次循環移動一小步）
  if (currentServoPos != targetServoPos) {
    moveServoSmoothly();
  }

  delay(50);  // 主循環延遲，不要太短以免CPU負擔過重
}

// ==================== PWM相關函數 ====================

// 設置PWM占空比
void setPWM(int pin, uint8_t dutyCycle) {
  // 計算比較值：dutyCycle / 255 * overflow
  uint16_t compareValue = (uint32_t)dutyCycle * 65535 / 255;
  
  if (pin == FAN_IA_PIN) {
    // 引腳9 (PB7) 使用 Timer4 Channel2
    Timer4.setCompare(TIMER_CH2, compareValue);
  } 
  else if (pin == FAN_IB_PIN) {
    // 引腳5 (PB6) 使用 Timer4 Channel1
    Timer4.setCompare(TIMER_CH1, compareValue);
  }
}

// 初始化PWM定時器
void initPWMTimer() {
  Serial.println("[PWM] 初始化定時器...");
  
  // 配置引腳為PWM模式
  pinMode(FAN_IA_PIN, PWM);  // 引腳9 (PB7)
  pinMode(FAN_IB_PIN, PWM);  // 引腳5 (PB6)
  
  // 暫停定時器4進行配置
  Timer4.pause();
  
  // 設置PWM參數
  // 72MHz / 1 / 65535 ≈ 1098Hz
  Timer4.setPrescaleFactor(1);     // 不分頻
  Timer4.setOverflow(65535);       // 16位最大分辨率
  
  // 初始化占空比為0（風扇停止）
  Timer4.setCompare(TIMER_CH1, 0);  // 引腳5 (FAN_IB_PIN)
  Timer4.setCompare(TIMER_CH2, 0);  // 引腳9 (FAN_IA_PIN)
  
  // 刷新并啟動定時器
  Timer4.refresh();
  Timer4.resume();
  
  Serial.println("[PWM] 定時器初始化完成 (引腳5=PB6/CH1, 引腳9=PB7/CH2)");
}

// ==================== 初始化函數詳細實現 ====================

// 初始化串口通信
void initSerial() {
  Serial.begin(115200);
  delay(300);  // 等待串口穩定
  
  Serial.println("n╔═══════════════════╗");
  Serial.println("║    零知實驗室 - 手勢控制系統 V2.0    ║");
  Serial.println("╚═══════════════════╝n");
  Serial.println("【系統初始化開始】n");
}

// 初始化I2C總線
void initI2C() {
  Serial.print("[1/5] I2C總線初始化...");
  Wire.begin();
  delay(100);
  Serial.println(" ?");
}

// 初始化舵機
void initServo() {
  Serial.print("[2/5] 舵機初始化...");
  
  myServo.attach(SERVO_PIN);
  myServo.write(currentServoPos);  // 設置初始位置90度
  delay(500);  // 等待舵機轉到初始位置
  
  Serial.print(" ? (初始位置: ");
  Serial.print(currentServoPos);
  Serial.println("°)");
}

// 初始化風扇控制引腳
void initFan() {
  Serial.print("[3/5] 風扇模塊初始化...");
  
  // 先初始化PWM定時器
  initPWMTimer();

  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  
  // 確保風扇初始狀態為停止
  controlFan(0, 0);
  
  delay(200);
  Serial.println(" ? (狀態: 停止)");
}

// 初始化PAJ7620手勢傳感器
void initGestureSensor() {
  Serial.println("[4/5] PAJ7620手勢傳感器初始化...");
  
  bool sensorInitialized = false;
  
  // 嘗試5次初始化
  for (int attempt = 1; attempt <= 5; attempt++) {
    Serial.print("      嘗試 ");
    Serial.print(attempt);
    Serial.print("/5...");
    
    if (sensor.begin()) {
      sensorInitialized = true;
      Serial.println(" ? 成功！");
      break;
    }
    
    Serial.println(" ? 失敗");
    delay(500);
  }

  // 如果初始化失敗，進入錯誤處理
  if (!sensorInitialized) {
    handleSensorInitError();
  }
}

// 傳感器初始化失敗處理
void handleSensorInitError() {
  Serial.println("n╔════════════════════╗");
  Serial.println("║         ? PAJ7620初始化失敗！         ║");
  Serial.println("╚════════════════════╝");
  Serial.println("n【故障排查清單】");
  Serial.println("  □ 1. 傳感器VCC是否接3.3V（不能接5V！）");
  Serial.println("  □ 2. GND是否正確接地");
  Serial.println("  □ 3. SDA和SCL引腳是否正確連接");
  Serial.println("  □ 4. 杜邦線接觸是否良好");
  Serial.println("  □ 5. 傳感器與開發板距離不要太遠");
  Serial.println("  □ 6. 檢查傳感器是否損壞（聞是否有燒焦味）");
  Serial.println("n系統已停止運行，請修復后重新上電。n");
  
  // LED快速閃爍表示錯誤狀態
  while (1) {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(50);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(50);
  }
}

// 顯示功能菜單
void printFunctionMenu() {
  Serial.println("[5/5] 系統配置加載... ?n");
  
  Serial.println("n========================================");
  Serial.println("           手勢功能說明");
  Serial.println("========================================");
  Serial.println("  向上   ↑  : 風扇正轉啟動");
  Serial.println("  向下   ↓  : 系統復位（舵機90°）");
  Serial.println("  向左   ←  : 舵機轉到0°");
  Serial.println("  向右   →  : 舵機轉到180°");
  Serial.println("  順時針 ?  : 風扇正轉");
  Serial.println("  逆時針 ?  : 風扇反轉");
  Serial.println("  揮手   ? : 風扇停止");
  Serial.println("  向前   ?  : 風扇加速");
  Serial.println("  向后   ?  : 風扇減速");
  Serial.println("========================================n");
}

// 系統啟動完成提示
void systemStartupComplete() {
  Serial.println("【系統初始化完成】n");
  
  // LED閃爍3次表示系統就緒
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
    delay(150);
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    delay(150);
  }
  
  Serial.println("? 系統就緒，等待手勢輸入...n");
  Serial.println("═══════════════════════════════════════════n");
}

// ==================== 風扇控制函數 ====================
// 控制風扇的轉速和方向
// speed: 速度值（0-255）
// direction: 方向（1=反轉，-1=正轉，0=停止）
void controlFan(int speed, int direction) {
  // 限制速度在有效范圍內
  speed = constrain(speed, 0, FAN_MAX_SPEED);
  
  if (direction == 1) {
    // 反轉：IA(引腳9)=0, IB(引腳5)=PWM
    setPWM(FAN_IA_PIN, 0);
    setPWM(FAN_IB_PIN, speed);
    fanDirection = 1;
  } 
  else if (direction == -1) {
    // 正轉：IA(引腳9)=PWM, IB(引腳5)=0
    setPWM(FAN_IA_PIN, speed);
    setPWM(FAN_IB_PIN, 0);
    fanDirection = -1;
  } 
  else {
    // 停止：兩個引腳都輸出0
    setPWM(FAN_IA_PIN, 0);
    setPWM(FAN_IB_PIN, 0);
    fanDirection = 0;
  }
  
  fanSpeed = speed;
}

// 停止風扇
void stopFan() {
  controlFan(0, 0);
  Serial.println("→ 風扇: 已停止");
}

// 風扇正轉
void fanForward() {
  // 如果當前是停止狀態，使用最小速度啟動
  if (fanDirection == 0) {
    fanSpeed = FAN_MIN_SPEED;
  }
  controlFan(fanSpeed, -1);
  Serial.print("→ 風扇: 正轉 | 速度: ");
  Serial.println(fanSpeed);
}

// 風扇反轉
void fanReverse() {
  // 如果當前是停止狀態，使用最小速度啟動
  if (fanDirection == 0) {
    fanSpeed = FAN_MIN_SPEED;
  }
  controlFan(fanSpeed, 1);
  Serial.print("→ 風扇: 反轉 | 速度: ");
  Serial.println(fanSpeed);
}

// 風扇加速
void fanSpeedUp() {
  // 只有在風扇運行時才能加速
  if (fanDirection != 0) {
    // 增加速度，但不超過最大值
    fanSpeed = constrain(fanSpeed + SPEED_STEP, FAN_MIN_SPEED, FAN_MAX_SPEED);
    controlFan(fanSpeed, fanDirection);  // 應用新速度
    Serial.print("→ 風扇: 加速至 ");
    Serial.println(fanSpeed);
  } else {
    Serial.println("? 提示: 請先啟動風扇（向上或順時針手勢）");
  }
}

// 風扇減速
void fanSpeedDown() {
  // 只有在風扇運行時才能減速
  if (fanDirection != 0) {
    // 降低速度，但不低于最小值
    fanSpeed = constrain(fanSpeed - SPEED_STEP, FAN_MIN_SPEED, FAN_MAX_SPEED);
    controlFan(fanSpeed, fanDirection);  // 應用新速度
    Serial.print("→ 風扇: 減速至 ");
    Serial.println(fanSpeed);
  } else {
    Serial.println("? 提示: 請先啟動風扇（向上或順時針手勢）");
  }
}

// ==================== 舵機控制函數 ====================
// 平滑移動舵機（防止舵機快速轉動時抖動或損壞）
void moveServoSmoothly() {
  int step = 2;  // 默認每次移動2度

  // 根據目標位置調整移動步長
  // 如果是移動到0度或180度（左右手勢），使用較大步長實現快速響應
  if (targetServoPos == 0 || targetServoPos == 180) {
    step = 5;  // 大步長，快速移動
  }

  // 根據當前位置和目標位置的關系，逐步移動
  if (currentServoPos < targetServoPos) {
    // 當前位置小于目標位置，向右轉
    currentServoPos = min(currentServoPos + step, targetServoPos);
  } 
  else if (currentServoPos > targetServoPos) {
    // 當前位置大于目標位置，向左轉
    currentServoPos = max(currentServoPos - step, targetServoPos);
  }

  myServo.write(currentServoPos);  // 寫入新位置
  delay(15);  // 給舵機一點時間響應
}

// ==================== 手勢處理函數 ====================
void handleGesture(Gesture gesture) {
  Serial.print("? 檢測到手勢: ");

  // 根據不同的手勢類型執行相應動作
  switch (gesture) {
    case GES_UP:
      // 向上手勢：啟動風扇正轉
      Serial.println("向上 ↑");
      fanForward();
      break;

    case GES_DOWN:
      // 向下手勢：系統復位（舵機回中間，風扇停止）
      Serial.println("向下 ↓");
      Serial.println("→ 執行系統復位");
      targetServoPos = 90;  // 舵機回到90度中間位置
      // stopFan();            // 風扇停止
      break;

    case GES_LEFT:
      // 向左手勢：舵機轉到0度（最左側）
      Serial.println("向左 ←");
      targetServoPos = 0;
      Serial.println("→ 舵機: 轉向0°");
      break;

    case GES_RIGHT:
      // 向右手勢：舵機轉到180度（最右側）
      Serial.println("向右 →");
      targetServoPos = 180;
      Serial.println("→ 舵機: 轉向180°");
      break;

    case GES_CLOCKWISE:
      // 順時針旋轉手勢：風扇正轉
      Serial.println("順時針 ?");
      fanForward();
      break;

    case GES_ANTICLOCKWISE:
      // 逆時針旋轉手勢：風扇反轉
      Serial.println("逆時針 ?");
      fanReverse();
      break;

    case GES_WAVE:
      // 揮手手勢：停止風扇
      Serial.println("揮手 ?");
      stopFan();
      break;

    case GES_FORWARD:
      // 向前推手勢：風扇加速
      Serial.println("向前 ?");
      fanSpeedUp();
      break;

    case GES_BACKWARD:
      // 向后拉手勢：風扇減速
      Serial.println("向后 ?");
      fanSpeedDown();
      break;

    default:
      // 未識別的手勢
      Serial.println("未識別的手勢");
      return;
  }

  // 顯示當前系統狀態
  displayStatus();
  Serial.println("---");
}

// ==================== 狀態顯示函數 ====================
void displayStatus() {
  Serial.print("


審核編輯 黃宇