【雕爷学编程】Arduino动手做（88）---水流量传感器模块4
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
知识点：水流量传感器
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。
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。
水流量传感器的作用
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
【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
项目九：水流量传感器输出处理为以升/小时为单位读取
实验接线：Uno D2接流量传感器OUT，LED接D13
Arduino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
项目九：水流量传感器输出处理为以升/小时为单位读取
实验接线：Uno D2接流量传感器OUT
*/
volatile int flow_frequency; // 测量无符号流量传感器脉冲
int l_hour; // 计算升/小时
unsigned char flowsensor = 2; // 传感器输入
unsigned long currentTime;
unsigned long cloopTime;
void flow () // 中断功能
{
flow_frequency++;
}
void setup() {
pinMode(flowsensor, INPUT);
digitalWrite(flowsensor, HIGH); // 可选的内部上拉
Serial.begin(9600);
attachInterrupt(0, flow, RISING); // 设置中断
sei(); // 启用中断
currentTime = millis();
cloopTime = currentTime;
}
void loop () {
currentTime = millis();
// 每秒，计算并打印升/小时
if (currentTime >= (cloopTime + 1000))
{
cloopTime = currentTime; // 更新循环时间
//脉冲频率 (Hz) = 7.5Q，Q 是以 L/min 为单位的流速。
l_hour = (flow_frequency * 60 / 7.5); // (Pulse frequency x 60 min) / 7.5Q = flowrate in L/hour
flow_frequency = 0; // 重置计数器
Serial.print(l_hour, DEC); // 打印升/小时
Serial.println(" L/hour");
}
}
实验串口返回情况
水流量传感器的计算公式（仅供参考，实际使用还需专业校准）
在代码部分，我们使用了下面的公式，那么这个公式是怎么来的呢？
l_hour = (flow_frequency * 60 / 7.5)
前面我们提到过，轮子每转一圈，流过的流体体积是一定的。同时，车轮每转一圈产生的脉冲数也是一定的。因此，我们可以建立脉冲数与水流量之间的方程。
事实上，YF系列使用了一个六极交替的环形磁铁，因此每转一圈，就会产生三个低电平和三个高电平，即三个脉冲。
对于 YF-S402，每流一升水，霍尔传感器输出 450 个脉冲。让我们在这里做一点数学。
450 脉冲表示 1 升，因此每个脉冲表示流过 1/450 升水。
我们取某一时刻流经水流传感器的液体总量 t（单位s）为 V_total（单位L），检测到的脉冲总数为 N。然后我们得到：
V_total(L) = N* 1/450(L)
此外，流经水流量传感器的流体总体积等于 water flow rate(Q - unit L/s) 乘以时间 t（单位 s）。
V_total(L) = Q(L/s)*t(s)
所以，我们得到：
N* 1/450 = Q(L/s)*t(s)
N/t = 450 * Q(L/s)
N/t 恰好是 frequency f，所以：
f = 450*Q(L/s);
Q(L/s) = f/450;
Q(L/min) = f*60/450 = f/7.5
Q(L/hour) = f*60*60/450 = f*60 /7.5
对于 YF – S402，每流一升水，霍尔传感器输出 4380 个脉冲。所以，公式应该是：
f = 4380*Q(L/s);
Q(L/s) = f/4380;
Q(L/min) = f*60/4380 = f/73
Q(L/hour) = f*60*60/4380 = f*60 /73
【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
项目十：用LCD1602A屏显示水流量传感器输出
Arduino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
项目十：用LCD1602A屏显示水流量传感器输出
实验接线：Uno D2接流量传感器OUT
Arduino------LCD1602
5V-------------VCC
GND-----------GND
A4-----------SDA IIC 数据线
A5-----------SCL IIC 时钟线
*/
#include 【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
项目十：用LCD1602A屏显示水流量传感器输出
实验场景图
【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程） 实验八十八： LCD1602A液晶屏5V显示模块（IIC/I2C接口）
项目十一：水流量传感器、5V继电器模块和LCD1602 I2C模块
实验接线：Uno D2接流量传感器OUT，继电器接D4
Arduino------LCD1602
5V-------------VCC
GND-----------GND
A4-----------SDA IIC 数据线
A5-----------SCL IIC 时钟线
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： LCD1602A液晶屏5V显示模块（IIC/I2C接口）
项目二十一：水流量传感器、5V继电器模块和LCD1602 I2C模块
实验接线：Uno D2接流量传感器OUT，继电器接D4
Arduino------LCD1602
5V-------------VCC
GND-----------GND
A4-----------SDA IIC 数据线
A5-----------SCL IIC 时钟线
*/
#include 实验串口返回情况
实验场景图
