基于Arduino構(gòu)建一個自動飲水機

大約71%的地球被水覆蓋，但可悲的是，只有2.5%是飲用水。隨著人口、污染和氣候變化的增加，預(yù)計到2025年，我們將經(jīng)歷長期的水資源短缺。一方面，民族和國家之間已經(jīng)存在分享河水的小爭議，另一方面，由于我們的疏忽，我們作為人類浪費了大量的飲用水。

它第一次可能看起來不大，但是如果你的水龍頭每秒滴一滴水，你只需要大約五個小時就可以浪費一加侖水，這足以讓普通人生存兩天。那么可以做些什么來阻止這種情況呢？與往常一樣，答案在于技術(shù)的改進。如果我們將所有手動水龍頭替換為一個自動打開和關(guān)閉的智能水龍頭，我們不僅可以節(jié)約用水，還可以擁有更健康的生活方式，因為我們不必用臟手操作水龍頭。因此，在這個項目中，我們將使用Arduino構(gòu)建一個自動飲水機和一個電磁閥，當玻璃杯靠近它時，它可以自動給你水。聽起來很酷吧！所以讓我們建立一個...

所需材料

電磁閥

Arduino Uno （任何版本）

HCSR04 – 超聲波傳感器

IRF540 場效應(yīng)管

1k 和 10k 電阻器

面包板

連接線

工作理念

自動飲水機背后的概念非常簡單。我們將使用HCSR04 超聲波傳感器來檢查是否有任何物體，使得玻璃被放置在分配器之前。電磁閥將用于控制水的流動，即通電時水將流出，當斷電時，水將停止。因此，我們將編寫一個Arduino程序，該程序始終檢查水龍頭附近是否放置了任何物體，如果是，則電磁閥將打開并等待直到對象被移除，一旦物體被移除，電磁閥將自動關(guān)閉，從而關(guān)閉供水。

電路圖

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為12V閥，最大額定電流為1.2A，連續(xù)額定電流為700mA。也就是說，當閥門打開時，它將消耗大約 700mA 來保持閥門打開。眾所周知，Arduino 是一種以 5V 工作的開發(fā)板，因此我們需要一個開關(guān)驅(qū)動器電路來打開和關(guān)閉電磁閥。

本項目中使用的開關(guān)器件是IRF540N N 溝道 MOSFET。它分別具有引腳 1 的 3 個引腳門、源極和漏極。如電路圖所示，螺線管的正極端子由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 的源極和漏極引腳接地。因此，只有當 MOSFET 導通時，電磁閥才會通電。

MOSFET 的柵極引腳用于打開或關(guān)閉它。如果柵極引腳接地，它將保持關(guān)閉狀態(tài)，如果施加柵極電壓，它將接通。為了在柵極引腳未施加電壓時保持 MOSFET 關(guān)斷，柵極引腳通過一個 10k 電阻器拉至地。Arduino引腳12用于打開或關(guān)閉MOSFET，因此D12引腳通過1K電阻連接到柵極引腳。該 1K 電阻器用于限流目的。

超聲波傳感器由Arduino的+5V和接地引腳供電?；芈暫陀|發(fā)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，以使用超聲波傳感器來測量距離，并在檢測到物體時打開MOSFET。整個電路很簡單，因此可以很容易地構(gòu)建在面包板的頂部。建立連接后，我的在下面看起來像這樣。

對 Arduino 板進行編程

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它前面物體的距離。當距離小于10cm時，我們必須打開MOSFET，否則我們必須關(guān)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，以便確保 MOSFET 是處于導通還是關(guān)斷狀態(tài)。本頁末尾給出了執(zhí)行相同操作的完整程序。在下面，我通過將程序分解為有意義的小片段來解釋該程序。

程序從宏定義開始。我們有超聲波傳感器的觸發(fā)和回波引腳，MOSFET柵極引腳和LED作為Arduino的I / O。因此，我們已經(jīng)定義了這些將連接到哪個引腳。在我們的硬件中，我們已將回聲和觸發(fā)引腳連接到 8 和 9千分別是數(shù)字引腳。然后，MOSFET 引腳連接到引腳 12，板載 LED 默認連接到引腳 13。我們使用以下行定義相同

#define trigger 9

#define echo 8

#define LED 13

#define MOSFET 12

在設(shè)置函數(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（US）傳感器的回波引腳是輸入引腳，其余都是輸出引腳。所以我們使用 Arduino 的 pinMode 函數(shù)來指定如下所示的相同內(nèi)容

pinMode(trigger,OUTPUT);

pinMode(echo,INPUT);

pinMode(LED,OUTPUT);

pinMode(MOSFET,OUTPUT);

在主循環(huán)函數(shù)中，我們調(diào)用名為 measure_distance（） 的函數(shù)。此函數(shù)使用美國傳感器測量其前方物體的距離，并將值更新為變量“距離”。要使用美國傳感器測量距離，觸發(fā)引腳必須首先保持低電平兩微秒，然后保持高電平十微秒，然后再次保持低電平兩微秒。這將向空氣中發(fā)送超聲波信號的聲波，這些信號將被它前面的物體反射，回聲引腳將拾取它反射的信號。然后，我們使用所用時間值來計算傳感器前方物體的距離。

digitalWrite(trigger,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trigger,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trigger,LOW);delayMicroseconds(2);time=pulseIn(echo,HIGH);distance=time*340/20000;

計算距離后，我們必須使用簡單的if語句比較距離值，如果該值小于10cm，則使MOSFET和LED變高，在下面的其他語句中，我們使MOSFET和LED變低。執(zhí)行相同操作的程序如下所示。

if(distance<10)

{

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

}

else

{

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

}

自動飲水機的工作原理

按照電路中所示進行連接，并將以下給定的程序上傳到Arduino板中。進行一些簡單的安排，將電磁閥連接到進水口，并使用 12V 適配器為 Arduino 板的直流插孔為電路供電。確保板載 LED 已關(guān)閉，這可確保電磁閥也熄滅。我為演示該項目所做的設(shè)置如下所示

如您所見，我將超聲波傳感器直接放置在電磁閥下方，這樣當玻璃/滾筒放置在電磁閥下方時，它與超聲波傳感器直接相對。該物體將由超聲波傳感器感應(yīng)，MOSFET 和 LED 將打開，從而使電磁閥打開，水向動。

同樣，當玻璃被移除時，超聲波傳感器告訴Arduino前面沒有玻璃，因此Arduino關(guān)閉閥門。該項目的完整工作可以在下面的視頻中找到。如果您對使其工作有任何疑問，請將其發(fā)布在評論部分或使用論壇尋求技術(shù)幫助。

警告：不同的電磁閥具有不同的工作電壓和電流額定值，請確保您的電磁閥在 12V 下工作并且最大消耗不超過 1.5A。

#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;

}