基于Arduino开发板和电磁阀的自动饮水机制作

大约71％的地表都被水覆盖，但遗憾的是只有2.5％的水是可以饮用。随着人口增加、污染严重以及气候变化，预计到2025年我们将遇到长期的水资源短缺。一方面，各国和各州之间就共享河水已经发生了轻微的争议，另一方面，由于我们的疏忽，人类浪费了大量的饮用水。

刚开始时可能问题不大，但如果你的水龙头每秒滴一滴水，你只需要花费大约五个小时就可以浪费一加仑水，这对普通人来说是足够的水来生存两个天。那么可以做些什么来阻止这种情况呢？一如既往，答案就在于技术的进步。如果我们用自动打开和关闭的智能水龙头替换所有手动水龙头，我们不仅可以节约用水，还可以拥有更健康的生活方式，因为我们不需要用脏手操作水龙头。因此，在这个项目中，我们将使用Arduino开发板和电磁阀制作一个自动饮水机，当杯子放在它附近时，它可以自动放满水。听起来很酷吧！那么让我们建立一个......

所需的材料

●    电磁阀

●    Arduino Uno开发板

●    HCSR04 - 超声波传感器

●    MOSFET场效应管IRF540

●    1k和10k电阻

●    面包板

●    连接导线

工作原理

自动饮水机背后的概念非常简单。我们将使用HCSR04超声波传感器检查饮水机前是否有物体，如玻璃杯。电磁阀将用于控制水流，当通电时水将流出，当断电时水将停止。因此我们将编写一个Arduino程序，它始终检查是否有物体放置在水龙头附近，如果是，则电磁阀将打开并等待物体被移除，一旦物体被移除，电磁阀将自动关闭，从而关闭供水。

电路原理图

基于Arduino的饮水机的完整电路图如下所示

本项目使用的电磁阀是12V阀门，最大额定电流为1.2A，额定电流为700mA。也就是说，当阀门打开时，它会消耗大约700mA的电流来保持阀门开启。我们知道Arduino开发板是一个以5V工作的开发板，因此我们需要一个开关驱动电路，让电磁阀开启和关闭它。

该项目中使用的开关器件是IRF540N N沟道MOSFET。它有3个引脚，分别是栅极、源极和漏极。如电路图所示，电磁阀的正极端子由Arduino的Vin引脚供电。因为我们将使用12V适配器为Arduino供电，因此Vin引脚将输出12V，可用于控制电磁阀。电磁阀的负极端子通过MOSFET的源极和漏极引脚连接到地。因此，只有在MOSFET导通时才会为电磁阀供电。

MOSFET的栅极引脚用于打开或关闭它。如果栅极引脚接地，它将保持关闭状态，如果施加栅极电压，它将导通。为了在没有电压施加到栅极引脚时保持MOSFET关断，栅极引脚通过10k电阻接地。 Arduino引脚12用于打开或关闭MOSFET，因此D12引脚通过1K电阻连接到栅极引脚。该1K电阻用于限流目的。

超声波传感器由Arduino的+ 5V和接地引脚供电。 Echo和Trigger引脚分别连接到引脚8和引脚9。然后我们可以对Arduino进行编程，使用超声波传感器测量距离，并在检测到物体时打开MOSFET。整个电路很简单，因此可以很容易地在面包板上构建。在建立连接后，看起来像下面这样的东西。

编程Arduino开发板

对于这个项目，我们必须编写一个程序，该程序使用HCSR-04超声波传感器来测量物体前方的距离。当距离小于10cm时，我们必须打开MOSFET，否则我们必须关闭MOSFET。我们还将使用连接到引脚13的板载LED并将其与MOSFET一起切换，以便我们可以确保MOSFET是处于开启还是关闭状态。接下来，我将其分解为小的有意义的片段来解释该程序。

该程序以宏定义开始。我们有超声波传感器的触发和回声引脚，MOSFET栅极引脚和LED作为我们Arduino的I / O。所以我们已经定义了它们将连接到哪个引脚。在我们的硬件中，我们将Echo和Trigger引脚分别连接到第8和第9个数字引脚。然后MOSFET引脚连接到引脚12，默认情况下板载LED连接到引脚13。我们使用以下代码定义引脚

#define trigger 9

#define echo 8

#define LED 13

#define MOSFET 12

 

在setup函数中，我们声明哪些引脚是输入的，哪些是输出的。在我们的硬件中，只有超声波传感器的Echo引脚是输入引脚，其余都是输出引脚。因此我们使用Arduino的pinMode函数来指定如下所示

pinMode(trigger,OUTPUT);

pinMode(echo,INPUT);

pinMode(LED,OUTPUT);

pinMode(MOSFET,OUTPUT);

 

在主loop函数内部，我们调用了名为measure_distance()的函数。此功能使用超声波传感器测量物体前方的距离，并将值更新为变量“distance”。要使用超声波传感器测量距离，必须首先将触发引脚保持低电平两微秒，然后保持高电平持续10微秒并再次保持低电平持续2微秒。这将向空气中发出超声波信号的声波，它将被前方的物体反射，回声引脚将拾取由它反射的信号。然后我们使用时间值来计算传感器前方物体的距离。计算距离的程序如下

digitalWrite(trigger,LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigger,HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigger,LOW);

delayMicroseconds(2);

time=pulseIn(echo,HIGH);

distance=time*340/20000;   

 

一旦计算出距离，我们就必须使用简单的if语句比较距离值，如果值小于10cm，我们会使MOSFET和LED变为高电平，在紧接着的else语句中我们将MOSFET和LED设置为低电平。程序如下所示。

if(distance<10)

{

digitalWrite(LED,HIGH);digitalWrite(MOSFET,HIGH);

}

else

{

digitalWrite(LED,LOW);digitalWrite(MOSFET,LOW);

}

 

自动饮水机的工作过程

按照电路中所示进行连接，并将下面给出的程序上传到Arduino开发板。做一些简单的安装，将电磁阀连接到进水口，并使用12V适配器将电路连接到Arduino板的DC插孔。确保板载LED指示灯熄灭，这样可确保电磁阀也关闭。

如您所见，我已将超声波传感器直接放置在电磁阀下方，这样当玻璃杯放置在电磁阀下方时，它会直接与超声波传感器相对。超声波传感器将探测到这个物体，并且MOSFET和LED一起打开，从而使电磁阀打开，水流下来。

同样，当移除玻璃杯后，超声波传感器告诉Arduino开发板，它前面没有玻璃杯，因此Arduino关闭了阀门。如果您对此工作过程有任何疑问，请在本帖下面进行回复。

注意：不同的电磁阀有不同的工作电压和额定电流，确保电磁阀工作在12V，最大功耗不超过1.5A。

代码

本篇文章使用的完整代码如下所示：

#define trigger 9

#define echo 8

#define LED 13

#define MOSFET 12

float time=0,distance=0;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(trigger,OUTPUT);

pinMode(echo,INPUT);

pinMode(LED,OUTPUT);

pinMode(MOSFET,OUTPUT);

delay(2000);

}

void loop()

{

measure_distance();

if(distance<10)

{

digitalWrite(LED,HIGH);digitalWrite(MOSFET,HIGH);

}

else

{

digitalWrite(LED,LOW);digitalWrite(MOSFET,LOW);

}

delay(500);

}

void measure_distance()

{

digitalWrite(trigger,LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigger,HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigger,LOW);

delayMicroseconds(2);

time=pulseIn(echo,HIGH);

distance=time*340/20000;

}
编辑：hfy