水位传感器的工作原理以及Arduino开发板的连接方法

风筝

如果您曾经遇到过热水器爆炸或者想要制作一款潜水电子产品，那么您就会知道检测水的重要性。

这正是水位传感器的有用之处！它可以测量水位、监测污水池、检测降雨以及检测泄漏。让我们开始详细地研究该传感器。

硬件概述

水位传感器（Water Level Sensor）有十根露铜的走线，其中五根是电源线，剩余五根是感测线。这些迹线纵向交错，每两根电源走线之间都有一根感测线。

通常情况下，电源走线和感测走线并没有连接，但是当浸入水中时，它们就会被水桥接。

传感器电路板上有一个电源LED灯，供电后，该LED灯将点亮。

水位传感器是如何工作的？

水位传感器的工作过程非常简单。电源走线和感测走线之间形成一个可变电阻器（非常类似于电位器），其电阻值取决于其暴露在水中的程度。

该电阻值随传感器沉浸在水中的深度而变化：

●   传感器浸入水中越深，电导率越好，电阻值越小。

●   传感器浸入水中越浅，电导率越差，电阻值越大。

传感器产生与电阻成正比的输出电压。通过测量该电压，可以确定水位。

水位传感器引脚

水位传感器非常易于使用，只需要三个引脚即可连接。

●    S（信号）是一个模拟输出引脚，连接到Arduino其中一个模拟输入引脚。

●    +（VCC）引脚为传感器提供电源。建议将传感器连接到3.3V-5V。请记住，模拟输出将根据提供给传感器的电压而有所不同。

●    - （GND）是接地引脚。

水位传感器与Arduino开发板的硬件连接

让我们将水位传感器连接到Arduino开发板。首先，将模块上的 +（VCC）引脚连接到Arduino上的5V，将 - （GND）引脚连接到地。

这些传感器的一个众所周知的问题是它们的寿命较短，因为它们不断暴露于水分。此外，在浸入水中的同时不断向传感器施加电源会显着加速腐蚀速度。为了避免这种情况，建议仅在读取时才向传感器供电。

一种简单的方法是将传感器的电源引脚连接到Arduino上的数字引脚，并根据需要将其设置为高或低。因此，我们将 +（VCC）引脚连接到Arduino的数字引脚＃7。

最后，将S（信号）引脚连接到Arduino的ADC引脚A0。下图是接线方式：

Arduino基础示例

电路搭建完成后，将以下草图上传到Arduino开发板。

1. // Sensor pins
   
2. #define sensorPower 7
   
3. #define sensorPin A0
   
4. 
   
5. // Value for storing water level
   
6. int val = 0;
   
7. 
   
8. void setup() {
   
9.         // Set D7 as an OUTPUT
   
10.         pinMode(sensorPower, OUTPUT);
    
11.         
    
12.         // Set to LOW so no power flows through the sensor
    
13.         digitalWrite(sensorPower, LOW);
    
14.         
    
15.         Serial.begin(9600);
    
16. }
    
17. 
    
18. void loop() {
    
19.         //get the reading from the function below and print it
    
20.         int level = readSensor();
    
21.         
    
22.         Serial.print("Water level: ");
    
23.         Serial.println(level);
    
24.         
    
25.         delay(1000);
    
26. }
    
27. 
    
28. //This is a function used to get the reading
    
29. int readSensor() {
    
30.         digitalWrite(sensorPower, HIGH);        // Turn the sensor ON
    
31.         delay(10);                                                        // wait 10 milliseconds
    
32.         val = analogRead(sensorPin);                // Read the analog value form sensor
    
33.         digitalWrite(sensorPower, LOW);                // Turn the sensor OFF
    
34.         return val;                                                        // send current reading
    
35. }

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上传草图后，打开串口监视器窗口。当传感器干燥时，它将输出值0；但是，随着传感器浸入水中，输出值将逐渐增加。

代码说明

首先声明传感器 +（VCC）和S（信号）引脚连接到的Arduino引脚编号。

1. #define sensorPower 7
   
2. #define sensorPin A0

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接下来定义一个变量val，保存当前的水位。

1. int val = 0;

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在setup()函数中，我们首先配置传感器的电源连接为输出，然后将其设置低电平以使传感器最初保持关闭状态。

1. pinMode(sensorPower, OUTPUT);
   
2. digitalWrite(sensorPower, LOW);
   
3. Serial.begin(9600);

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在loop()函数中，我们每一秒调用readSensor()自定义函数并打印结果。

1. Serial.print("Water level: ");
   
2. Serial.println(readSensor());
   
3. delay(1000);

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readSensor()自定义函数只需打开传感器，等待10毫秒，从传感器读取模拟值，将其关闭并返回模拟值。

1. int readSensor() {
   
2.         digitalWrite(sensorPower, HIGH);
   
3.         delay(10);
   
4.         val = analogRead(sensorPin);
   
5.         digitalWrite(sensorPower, LOW);
   
6.         return val;
   
7. }

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查找阈值

要估算水位，请记录传感器在完全干燥、部分浸入并完全浸入水中时传感器输出的值。只需运行上面的草图并读取读数即可。

当您运行草图时，您应该看到与下面的读数类似的读数：

●    传感器干燥时（0）

●    当传感器部分浸入水中时（〜420）

●    当传感器完全浸入水中时（〜520）

该测试可能需要一些反复试验。读取后，您可以将它们用作阈值来触发某些动作。

Arduino项目 - 水位指示器

在下一个示例中，我们将制作一个简单的水位指示器，该指示器将根据水位点亮LED。

我们将重复使用上一个示例的电路。这次我们只需要添加一些LED灯。使用220欧姆电阻将三个LED连接到数字引脚＃2、＃3和＃4。

如下所示，连接电路：

Arduino代码

电路搭建完成后，将以下草图上传到Arduino。

该草图定义了两个变量：lowerThreshold和upperThreshold。这些变量代表水位阈值。

如果输出落在阈值下限以下，则红色LED将点亮，如果它升高到阈值上限以上，则绿色LED将点亮，如果它落在中间的某个位置，则黄色的LED会点亮。

1. /* Change these values based on your calibration values */
   
2. int lowerThreshold = 420;
   
3. int upperThreshold = 520;
   
4. 
   
5. // Sensor pins
   
6. #define sensorPower 7
   
7. #define sensorPin A0
   
8. 
   
9. // Value for storing water level
   
10. int val = 0;
    
11. 
    
12. // Declare pins to which LEDs are connected
    
13. int redLED = 2;
    
14. int yellowLED = 3;
    
15. int greenLED = 4;
    
16. 
    
17. void setup() {
    
18.         Serial.begin(9600);
    
19.         pinMode(sensorPower, OUTPUT);
    
20.         digitalWrite(sensorPower, LOW);
    
21.         
    
22.         // Set LED pins as an OUTPUT
    
23.         pinMode(redLED, OUTPUT);
    
24.         pinMode(yellowLED, OUTPUT);
    
25.         pinMode(greenLED, OUTPUT);
    
26. 
    
27.         // Initially turn off all LEDs
    
28.         digitalWrite(redLED, LOW);
    
29.         digitalWrite(yellowLED, LOW);
    
30.         digitalWrite(greenLED, LOW);
    
31. }
    
32. 
    
33. void loop() {
    
34.         int level = readSensor();
    
35. 
    
36.         if (level == 0) {
    
37.                 Serial.println("Water Level: Empty");
    
38.                 digitalWrite(redLED, LOW);
    
39.                 digitalWrite(yellowLED, LOW);
    
40.                 digitalWrite(greenLED, LOW);
    
41.         }
    
42.         else if (level > 0 && level <= lowerThreshold) {
    
43.                 Serial.println("Water Level: Low");
    
44.                 digitalWrite(redLED, HIGH);
    
45.                 digitalWrite(yellowLED, LOW);
    
46.                 digitalWrite(greenLED, LOW);
    
47.         }
    
48.         else if (level > lowerThreshold && level <= upperThreshold) {
    
49.                 Serial.println("Water Level: Medium");
    
50.                 digitalWrite(redLED, LOW);
    
51.                 digitalWrite(yellowLED, HIGH);
    
52.                 digitalWrite(greenLED, LOW);
    
53.         }
    
54.         else if (level > upperThreshold) {
    
55.                 Serial.println("Water Level: High");
    
56.                 digitalWrite(redLED, LOW);
    
57.                 digitalWrite(yellowLED, LOW);
    
58.                 digitalWrite(greenLED, HIGH);
    
59.         }
    
60.         delay(1000);
    
61. }
    
62. 
    
63. //This is a function used to get the reading
    
64. int readSensor() {
    
65.         digitalWrite(sensorPower, HIGH);
    
66.         delay(10);
    
67.         val = analogRead(sensorPin);
    
68.         digitalWrite(sensorPower, LOW);
    
69.         return val;
    
70. }

复制代码