基于Arduino開發(fā)板和電磁閥的自動飲水機制作

大約71％的地表都被水覆蓋，但遺憾的是只有2.5％的水是可以飲用。隨著人口增加、污染嚴重以及氣候變化，預計到2025年我們將遇到長期的水資源短缺。一方面，各國和各州之間就共享河水已經(jīng)發(fā)生了輕微的爭議，另一方面，由于我們的疏忽，人類浪費了大量的飲用水。

剛開始時可能問題不大，但如果你的水龍頭每秒滴一滴水，你只需要花費大約五個小時就可以浪費一加侖水，這對普通人來說是足夠的水來生存兩個天。那么可以做些什么來阻止這種情況呢？一如既往，答案就在于技術的進步。如果我們用自動打開和關閉的智能水龍頭替換所有手動水龍頭，我們不僅可以節(jié)約用水，還可以擁有更健康的生活方式，因為我們不需要用臟手操作水龍頭。因此，在這個項目中，我們將使用Arduino開發(fā)板和電磁閥制作一個自動飲水機，當杯子放在它附近時，它可以自動放滿水。聽起來很酷吧！那么讓我們建立一個......

所需的材料

● 電磁閥

● Arduino Uno開發(fā)板

● HCSR04 - 超聲波傳感器

● MOSFET場效應管IRF540

● 1k和10k電阻

● 面包板

● 連接導線

工作原理

自動飲水機背后的概念非常簡單。我們將使用HCSR04超聲波傳感器檢查飲水機前是否有物體，如玻璃杯。電磁閥將用于控制水流，當通電時水將流出，當斷電時水將停止。因此我們將編寫一個Arduino程序，它始終檢查是否有物體放置在水龍頭附近，如果是，則電磁閥將打開并等待物體被移除，一旦物體被移除，電磁閥將自動關閉，從而關閉供水。

電路原理圖

基于Arduino的飲水機的完整電路圖如下所示

本項目使用的電磁閥是12V閥門，最大額定電流為1.2A，額定電流為700mA。也就是說，當閥門打開時，它會消耗大約700mA的電流來保持閥門開啟。我們知道Arduino開發(fā)板是一個以5V工作的開發(fā)板，因此我們需要一個開關驅(qū)動電路，讓電磁閥開啟和關閉它。

該項目中使用的開關器件是IRF540N N溝道MOSFET。它有3個引腳，分別是柵極、源極和漏極。如電路圖所示，電磁閥的正極端子由Arduino的Vin引腳供電。因為我們將使用12V適配器為Arduino供電，因此Vin引腳將輸出12V，可用于控制電磁閥。電磁閥的負極端子通過MOSFET的源極和漏極引腳連接到地。因此，只有在MOSFET導通時才會為電磁閥供電。

MOSFET的柵極引腳用于打開或關閉它。如果柵極引腳接地，它將保持關閉狀態(tài)，如果施加柵極電壓，它將導通。為了在沒有電壓施加到柵極引腳時保持MOSFET關斷，柵極引腳通過10k電阻接地。 Arduino引腳12用于打開或關閉MOSFET，因此D12引腳通過1K電阻連接到柵極引腳。該1K電阻用于限流目的。

超聲波傳感器由Arduino的+ 5V和接地引腳供電。 Echo和Trigger引腳分別連接到引腳8和引腳9。然后我們可以對Arduino進行編程，使用超聲波傳感器測量距離，并在檢測到物體時打開MOSFET。整個電路很簡單，因此可以很容易地在面包板上構建。在建立連接后，看起來像下面這樣的東西。

編程Arduino開發(fā)板

對于這個項目，我們必須編寫一個程序，該程序使用HCSR-04超聲波傳感器來測量物體前方的距離。當距離小于10cm時，我們必須打開MOSFET，否則我們必須關閉MOSFET。我們還將使用連接到引腳13的板載LED并將其與MOSFET一起切換，以便我們可以確保MOSFET是處于開啟還是關閉狀態(tài)。接下來，我將其分解為小的有意義的片段來解釋該程序。

該程序以宏定義開始。我們有超聲波傳感器的觸發(fā)和回聲引腳，MOSFET柵極引腳和LED作為我們Arduino的I / O。所以我們已經(jīng)定義了它們將連接到哪個引腳。在我們的硬件中，我們將Echo和Trigger引腳分別連接到第8和第9個數(shù)字引腳。然后MOSFET引腳連接到引腳12，默認情況下板載LED連接到引腳13。我們使用以下代碼定義引腳

#define trigger 9

#define echo 8

#define LED 13

#define MOSFET 12

在setup函數(shù)中，我們聲明哪些引腳是輸入的，哪些是輸出的。在我們的硬件中，只有超聲波傳感器的Echo引腳是輸入引腳，其余都是輸出引腳。因此我們使用Arduino的pinMode函數(shù)來指定如下所示

pinMode(trigger,OUTPUT);

pinMode(echo,INPUT);

pinMode(LED,OUTPUT);

pinMode(MOSFET,OUTPUT);

在主loop函數(shù)內(nèi)部，我們調(diào)用了名為measure_distance()的函數(shù)。此功能使用超聲波傳感器測量物體前方的距離，并將值更新為變量“distance”。要使用超聲波傳感器測量距離，必須首先將觸發(fā)引腳保持低電平兩微秒，然后保持高電平持續(xù)10微秒并再次保持低電平持續(xù)2微秒。這將向空氣中發(fā)出超聲波信號的聲波，它將被前方的物體反射，回聲引腳將拾取由它反射的信號。然后我們使用時間值來計算傳感器前方物體的距離。計算距離的程序如下

digitalWrite(trigger,LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigger,HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigger,LOW);

delayMicroseconds(2);

time=pulseIn(echo,HIGH);

distance=time*340/20000;

一旦計算出距離，我們就必須使用簡單的if語句比較距離值，如果值小于10cm，我們會使MOSFET和LED變?yōu)楦唠娖?，在緊接著的else語句中我們將MOSFET和LED設置為低電平。程序如下所示。

if(distance<10)

{

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

}

else

{

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

}

自動飲水機的工作過程

按照電路中所示進行連接，并將下面給出的程序上傳到Arduino開發(fā)板。做一些簡單的安裝，將電磁閥連接到進水口，并使用12V適配器將電路連接到Arduino板的DC插孔。確保板載LED指示燈熄滅，這樣可確保電磁閥也關閉。

如您所見，我已將超聲波傳感器直接放置在電磁閥下方，這樣當玻璃杯放置在電磁閥下方時，它會直接與超聲波傳感器相對。超聲波傳感器將探測到這個物體，并且MOSFET和LED一起打開，從而使電磁閥打開，水流下來。

同樣，當移除玻璃杯后，超聲波傳感器告訴Arduino開發(fā)板，它前面沒有玻璃杯，因此Arduino關閉了閥門。如果您對此工作過程有任何疑問，請在本帖下面進行回復。

注意：不同的電磁閥有不同的工作電壓和額定電流，確保電磁閥工作在12V，最大功耗不超過1.5A。

代碼

本篇文章使用的完整代碼如下所示：

#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;

}
編輯：hfy