【雕爷学编程】Arduino动手做（88）---水流量传感器模块

37款传感器与执行器的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手尝试系列实验，不管成功（程序走通）与否，都会记录下来—小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

实验八十八： 1号霍尔水流量传感器咖啡机直饮机流量监控模块

水流传感器
是指通过对水流量的感应而输出脉冲信号或电流、电压等信号的水流量感应仪器，这种信号的输出和水流量成一定的线性比例，有相应的换算公式和比较曲线，因此可做水控方面的管理和流量计算，在热力方面配合换能器可测量一段时间介质能量的流失，如热能表。水流传感器主要和控制芯片、单片机，甚至PLC配合使用。水流传感器具有流量控制准确，可以循环设定动作流量，水流显示和流量累积计算的作用。

流量
是指单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量，又称瞬时流量。当流体量以体积表示时称为体积流量；当流体量以质量表示时称为质量流量。单位时间内流过某一段管道的流体的体积，称为该横截面的体积流量。简称为流量，用Q来表示。对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。例如河水流量，河流一秒流过某一个点的立方米数。一般来说越是在下游，流量越大，所以辨别地图上的河流方向时，一般是从窄到宽。河水流量是指单位时间内，通过河流某一横截（断）面的水量，一般用立方米每秒表示。流量也可以用一个月、一季、一年流出来的总水量表示。流量，从水力学角度讲，应该是：单位时间内通过某一过水断面的水体体积，其常用单位为每秒立方米，多用于河流、湖泊的断面的进出水量测量，流量的测量方法，从水文站角度讲，可分为浮标法、流速仪法、超声波法等，流速仪法测量精度最高。

水流传感器基本原理1
　　水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量。在霍尔元件的正极串入负载电阻，同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时，产生不同磁极的旋转磁场，切割磁感应线，产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比，转子的转速又与水流量成正比，根据水流量的大小启动燃气热水器。其脉冲信号频率的经验公式见式（1）。

f=8.1q-3（1）

式中：f—脉冲信号频率，H2

q—水流量，L/min

由水流量传感器的反馈信号通过控制器判断水流量的值。根据燃气热水器机型的不同，选择最佳的启动流量，可实现超低压（0.02MPa以下）启动。

水流传感器工作原理2
　　水流传感器主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。它装在热水器的进水端用于测量进水流量。当水流过转子组件时，磁性转子转动，并且转速随着流量成线性变化。霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给控制器，由控制器判断水流量的大小，调节控制比例阀的电流，从而通过比例阀控制燃气气量，避免燃气热水器在使用过程中出现夏暖冬凉的现象。水流量传感器从根本上解决了压差式水气联动阀启动水压高以及翻板式水阀易误动作出现干烧等缺点。它具有反映灵敏、寿命长、动作迅速、安全可靠、连接方便利启动流量超低（1.5L/min）等优点，深受广大用户喜爱。
　　水流转子组件主要由涡轮开关壳、磁性转子、制动环组成。使用水流开关方式时，其性能优于机械式压差盘结构，且尺寸明显缩校当水流通过涡轮开关壳，推动磁性转子旋转，不同磁极靠近霍尔元件时霍尔元件导通，离开时霍尔元件断开。由此，可测量出转子转速。根据实测的水流量、转子转速和输出信号（电压）的曲线，便可确定出热水器的启动水压，以及启动水压相对应的启动水流量与转子的启动转速。由控制电路，便可实现当转子转速大于启动转速时热水器启动工作;在转速小于启动转速时，热水器停止工作。这样热水器启动水压一般设定在0.01MPa，启动水流量为3～5L/min（需满足热水器标准对最高温升的限制）。另外，由于水在永磁材料磁场切割下，变成磁化水，水中的含氧量增加，使人洗浴后感觉清爽。制动环的作用是停水时，制止高速旋转的磁性转子转动，终止脉冲信号输出。控制器接收不到脉冲信号，立即控制燃气比例阀关阀，切断气源，防止干烧。

水流传感器的作用

1、通水通电，防干烧，有开关信号输出的和脉冲信号输出的水流量传感器（赛盛尔）；

2、线型比例输出脉冲信号，与流量成比例关系，从而实现加热功率的调整，达到恒温效果，大部分恒热热器和燃气势水器都采用这种方式，现在一些电势水龙头和洗手宝也有的用水流量传感器。

3、水流量传感器从根本上解决了压差式水气联动阀启动水压高以及翻板式水阀易误动作出现干烧等缺点。它具有反映灵敏、寿命长、动作迅速、安全可靠、连接方便利启动流量超低（1．5L/min）等优点，深受广大用户喜爱。

水流量传感器在运用中要注意的事项

1、当磁性资料或对传感器发生磁力的资料接近传感器时其特征能够有所改变。

2、为了防止颗粒、杂物进入传感器在传感器的入水口有必要装置过滤网。

3、水流量传感器的装置要避开有较强轰动和摇晃的环境防止影响传感器的丈量精度。

引出线方式：

1 红 IN 接正极

2 黄 OUT 信号输出线

3 黑 GND 接负极

实验开源代码

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验八十八： 1号霍尔水流量传感器 直饮机流量监控模块项目一：串口绘图器显示测量的波形*/void setup(){    Serial.begin(9600);    }  void loop(){    Serial.println(analogRead(0));    delay(100);    }

实验串口绘图器返回情况

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验九十一： 1号霍尔水流量传感器直饮机流量监控模块
项目二：通过串口检测是否有工作流量

实验开源代码

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十一： 1号霍尔水流量传感器 直饮机流量监控模块项目二：通过串口检测是否有工作流量
*/int readpin = A0;
int incoming = 0;void setup (){pinMode (readpin, INPUT) ;Serial.begin(9600);
}void loop (){incoming = analogRead(readpin) ;if (incoming > 500) {Serial.println("没有检测到");}if (incoming < 500) {Serial.println("检测到有流量");}delay(1000);
}

吹气实验，串口输出截图

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验九十一： 1号霍尔水流量传感器直饮机流量监控模块
项目三：使用串口读取水流速传感器的累计脉冲数
实验接线：Uno D2接流量传感器OUT

实验开源代码

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十一： 1号霍尔水流量传感器 直饮机流量监控模块项目三：使用串口读取水流速传感器的累计脉冲数实验接线：Uno D2接流量传感器OUT*/#define PIN 2volatile long count = 0;//变量count声明为volatile类型void setup() {pinMode(PIN, INPUT);attachInterrupt(0, blinkA, FALLING);//当引脚电平由高电平变为低电平时触发中断服务程序Serial.begin(9600);}void loop() {Serial.print("累计脉冲=");Serial.println(count);delay(1000);}void blinkA(){count++;}

实验串口输出截图

实验场景图

记录脉冲的原理是，在转盘上设置磁感应点，每次磁场穿过传感器时，输出一个电平信号：

采用外部中断函数计数，当传感器被磁铁触发，程序中断，执行计数函数，记录一次。把每1000毫秒的圈数，再乘以30（双磁铁）即为实时的转速。

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十一： 1号霍尔水流量传感器 直饮机流量监控模块项目四：通过外部中断简易测量转速（转/分钟）实验接线：Uno D2接流量传感器OUT*/const byte interruptPin = 2;const long taketime = 1000; // 每次测量的时间为1000毫秒unsigned long time; //设置变量 time，计时float Val = 0; //设置变量 Val，计数void setup() {Serial.begin(9600);attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), count, FALLING);//触发信号必须是变化的，上升或下降皆可time = millis();//开始计时，time获得当前系统时间}void loop() {if (millis() >= time){Serial.print("转速= ");Serial.println(Val * 30); //转换成rpm，单磁铁触发分辨率为60rpm，2个磁铁为30rpmtime = millis() + taketime;//标记未来的时间点，1000ms后执行if判断，输出结果。另，降低刷新频率，可以提高分辨率Val = 0;//输出速度结果后清零，记录下一秒的触发次数}}void count() {Val += 1;}

实验串口输出

实验输出的实时转速波形

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十一： 1号霍尔水流量传感器 直饮机流量监控模块项目五：简易测速*/int rpmcount; //一秒钟旋圈数int rpm ;//速度（转/分钟）unsigned long sj;//运行时间void setup (){Serial.begin(9600);attachInterrupt(0, rpm_fun, CHANGE);rpmcount = 0;rpm = 0;sj = 0;}void loop(){if ((millis() - sj) >= 1000) {rpm = rpmcount * 3;rpmcount = rpmcount / 2;Serial.print("秒转：");Serial.print(rpmcount);Serial.println("圈");Serial.print("转速= ");Serial.print(rpm);Serial.println("转/分钟");Serial.println("");sj = millis();rpmcount = 0;rpm = 0;}}void rpm_fun(){rpmcount++;}

串口输出截图

/*【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）实验九十一： 1号霍尔水流量传感器 直饮机流量监控模块项目六：累计脉冲大于等于50则点亮LED灯实验接线：Uno D2接流量传感器OUT，LED接D13*/#define pin 2#define led 13volatile long count = 0;//变量count声明为volatile类型void setup() {pinMode(pin, INPUT);pinMode(led, OUTPUT);attachInterrupt(0, blinkA, FALLING);//当引脚电平由高电平变为低电平时触发中断服务程序Serial.begin(9600);Serial.println("准备就绪OK");Serial.println("");}void loop() {Serial.print("累计脉冲=");Serial.println(count);delay(1000);if (count >= 50) {digitalWrite(led, HIGH);Serial.println("点亮LED灯");}elsedigitalWrite(led, LOW);}void blinkA(){count++;}

实验串口返回情况