「電路DIY」使用ARDUINO和流量傳感器測量水流量和體積

流速和容積有助于判斷進入或通過特定容器的液體量。對于某些過程自動化應(yīng)用來說，這個簡單的流體測量任務(wù)對項目的成功至關(guān)重要，如果不能正確完成，可能會使整個過程陷入困境。這就是為什么在今天的教程中，我認為看看這個漂亮的水流量傳感器會很酷YF-S201，以及在基于Arduino的項目中的使用。

YF-S201水流量傳感器由一個針輪傳感器組成，該傳感器測量通過它的液體量。

YFS201

該傳感器利用電磁學(xué)原理，當(dāng)液體流過傳感器時，流動作用會影響傳感器中渦輪的散熱片，導(dǎo)致車輪打滑。渦輪的軸與霍爾效應(yīng)傳感器相連，因此每次旋轉(zhuǎn)都會產(chǎn)生一個脈沖，通過微控制器監(jiān)測該脈沖，傳感器可用于確定通過它的流體體積。

作為今天的微控制器，我們將使用微控制器. Uno將用于計算一段時間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)，并使用脈沖總數(shù)計算流速（以升/小時為單位）和通過它的流體總體積。結(jié)果，流量和體積，將顯示在一個16×2液晶顯示屏上，以便向用戶提供視覺反饋。如果16×2 LCD不可用，您可以通過Arduino串行監(jiān)視器查看數(shù)據(jù)。

在本文章的最后，您將了解如何在Arduino中使用YF-S201流量傳感器。

生成此項目需要以下組件：

1. YF-S201水流傳感器

2. Arduino UNO（或任何其他兼容板）

3. 16×2液晶顯示屏

4. 跨接導(dǎo)線

5. 試驗板

6. 電源組或電池組

按下圖所示連接部件：

示意圖

為了方便讀取傳感器和計算流量，本發(fā)明的中斷特性Atmega328p在Ardunio上，使用YF-S201連接到Uno的一個中斷啟用的IO（在本例中為插腳D2）。另一方面，LCD以4位模式連接到Arduino。為了節(jié)省連接時間，您還可以決定使用支持I2C的16×2 LCD顯示器。為此，您只需將4根導(dǎo)線從顯示器連接到Arduino。但是，它需要對代碼進行一些修改，所以在做出決定之前，請確保您可以處理它。

下面提供了一個連接的分解圖，顯示了組件是如何連接的，針腳對針腳；

YF-S201 – Arduino Uno

VCC(red wire) - 5VGND(Black wire) - GNDSignal(Yellow wire) - A0

液晶顯示器–Arduino Uno

Vss - GNDVdd - 5VV0 - (Connect to middle point of potentiometer)RS - D12RW- GNDE - D11D7 - D9D6 - D3D5 - D4D4 - D5LED+ - 5VLED - GND

為了更好地理解液晶顯示器的連接，你可以看看我們之前寫的這篇教程16×2液晶顯示器與Arduino接口董事會

在繼續(xù)下一節(jié)之前，請仔細檢查連接，確保一切正常。

草圖背后的想法很簡單：監(jiān)視YF-S201檢測霍爾傳感器何時觸發(fā)（檢測到流量），并增加一個變量以顯示增加的流入量。然而，為了高效準(zhǔn)確地做到這一點，我們將使用Arduino的中斷特性，這樣每當(dāng)霍爾傳感器檢測到旋轉(zhuǎn)磁鐵時，Arduino就會觸發(fā)并注冊上升沿中斷。然后，在特定時間內(nèi)觸發(fā)的總中斷數(shù)用于生成流量和流經(jīng)流量計的液體總體積。

由于流的確定非常直接，因此本教程中我們將使用的唯一庫是Arduino液晶庫. 該庫包含的功能使16×2液晶顯示器與Arduino接口變得容易。該庫包含在Arduino IDE中，但如果沒有，則可以通過Arduino IDE庫管理器進行安裝。

安裝了庫之后，我們開始為項目編寫Arduino草圖。

像往常一樣，我會檢查代碼并解釋其中的部分內(nèi)容。

代碼從包含液晶庫開始：

#include <LiquidCrystal.h>

接下來是一些變量的聲明，這些變量將用于以后存儲數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建一個液晶庫實例。

volatile int flow_frequency; // Measures flow sensor pulsesfloat vol = 0.0,l_minute;unsigned char flowsensor = 2; // Sensor Inputunsigned long currentTime;unsigned long cloopTime;LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 9);

接下來，我們創(chuàng)建流量（）功能。此函數(shù)在檢測到中斷時調(diào)用，它將增加作為流量指示的流量計數(shù)器。

void flow () // Interrupt function{
   flow_frequency++;
}

接下來，我們編寫無效設(shè)置（）功能。我們通過初始化串行通信來啟動該功能，以便訪問串行監(jiān)視器以進行調(diào)試。

Serial.begin(9600);

接下來，我們將流量傳感器信號管腳所連接的Arduino管腳聲明為輸入管腳。我們把大頭針拉上去 "Igh"建立一個 Faxing邊緣中斷流量（）我們先前創(chuàng)建的回調(diào)函數(shù)。

pinMode(flowsensor, INPUT);digitalWrite(flowsensor, HIGH); // Optional Internal Pull-UpattachInterrupt(digitalPinToInterrupt(flowsensor), flow, RISING); // Setup Interrupt

接下來，我們初始化LCD并顯示一些單詞，以創(chuàng)建類似于移動應(yīng)用程序中的啟動屏幕的效果。

lcd.begin(16, 2);lcd.clear();lcd.setCursor(0,0);lcd.print("Arduino Flow Meter");lcd.setCursor(0,1);lcd.print("v1.0");

我們通過調(diào)用millis()函數(shù)來跟蹤從流量開始的時間，作為特定時間范圍內(nèi)流量的度量。

 currentTime = millis();   cloopTime = currentTime;
}

接下來，我們編寫無效循環(huán)（）功能

循環(huán)首先比較自上一個循環(huán)以來經(jīng)過的時間。然后，通過中斷操作獲得的流量頻率除以時間（以分鐘為單位），該值顯示為流量。該值也會加到現(xiàn)有體積（vol）上，并顯示為通過傳感器的液體總體積。

void loop ()
{
   currentTime = millis();   // Every second, calculate and print litres/hour
   if(currentTime >= (cloopTime + 1000))
   {
    cloopTime = currentTime; // Updates cloopTime
    if(flow_frequency != 0){      // Pulse frequency (Hz) = 7.5Q, Q is flow rate in L/min.
      l_minute = (flow_frequency / 7.5); // (Pulse frequency x 60 min) / 7.5Q = flowrate in L/hour
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Rate: ");
      lcd.print(l_minute);
      lcd.print(" L/M");
      l_minute = l_minute/60;
      lcd.setCursor(0,1);
      vol = vol +l_minute;
      lcd.print("Vol:");
      lcd.print(vol);
      lcd.print(" L");
      flow_frequency = 0; // Reset Counter
      Serial.print(l_minute, DEC); // Print litres/hour
      Serial.println(" L/Sec");
    }

如果在整個過程中沒有觸發(fā)中斷，LCD上顯示零。

   else {      Serial.println(" flow rate = 0 ");      lcd.clear();      lcd.setCursor(0,0);      lcd.print("Rate: ");      lcd.print( flow_frequency );      lcd.print(" L/M");      lcd.setCursor(0,1);      lcd.print("Vol:");      lcd.print(vol);      lcd.print(" L");
    }
   }
}

循環(huán)繼續(xù)，價值增加，直到項目斷電。

完整的草圖如下所示，并附在下載部分下。

#include <LiquidCrystal.h>float vol = 0.0,l_minute;unsigned char flowsensor = 2; // Sensor Inputunsigned long currentTime;unsigned long cloopTime;LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 9);void flow () // Interrupt function to increment flow{
   flow_frequency++;
}void setup(){
   Serial.begin(9600);
   pinMode(flowsensor, INPUT);
   digitalWrite(flowsensor, HIGH); // Optional Internal Pull-Up
   attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(flowsensor), flow, RISING); // Setup Interrupt
   
   lcd.begin(16, 2);
   lcd.clear();
   lcd.setCursor(0,0);
   lcd.print("Arduino FlowMeter");
   lcd.setCursor(0,1);
   lcd.print("v1.0");
   currentTime = millis();
   cloopTime = currentTime;
}void loop (){
   currentTime = millis();   // Every second, calculate and print litres/hour
   if(currentTime >= (cloopTime + 1000))
   {
    cloopTime = currentTime; // Updates cloopTime
    if(flow_frequency != 0)
    {
      
       l_minute = (flow_frequency / 7.5); // (Pulse frequency x 60 min) / 7.5Q = flowrate in L/hour
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Rate: ");
      lcd.print(l_minute);
      lcd.print(" L/M");
      l_minute = l_minute/60;
      lcd.setCursor(0,1);
      vol = vol +l_minute;
      lcd.print("Vol:");
      lcd.print(vol);
      lcd.print(" L");
      flow_frequency = 0; // Reset Counter
      Serial.print(l_minute, DEC); // Print litres/hour
      Serial.println(" L/Sec");
    }    else {
      Serial.println(" flow rate = 0 ");
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Rate: ");
      lcd.print( flow_frequency );
      lcd.print(" L/M");
      lcd.setCursor(0,1);
      lcd.print("Vol:");
      lcd.print(vol);
      lcd.print(" L");
    }
   }
}

檢查一下你的關(guān)系，確保一切正常。完成此操作并完成代碼后，將硬件連接到計算機并將代碼上載到Arduino板。如果成功，您將看到顯示如下圖所示。

圖像來源：circuitdigest.com

用任何對你來說容易的方法連接一些管道，然后讓一些水通過流量傳感器。你應(yīng)該看到流量顯示在屏幕上，隨著水流強度的變化而變化，你還應(yīng)該看到隨著更多的水流過，體積也會增加。
如果在那一刻你周圍沒有水管，你可以向傳感器吹入一些空氣。你應(yīng)該聽到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的聲音，LCD上的數(shù)值應(yīng)該會增加。

流量/體積計量是一些工業(yè)甚至個別消費者過程中非常重要的一部分。它不僅可以監(jiān)控消耗量，還可以監(jiān)控儀表供應(yīng)量，我相信智能水表和自動液體分配器等應(yīng)用程序應(yīng)該能讓您深入了解如何將這個看似基礎(chǔ)的項目轉(zhuǎn)變成一個令人驚嘆的超級有用的產(chǎn)品。