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DIY 液体流量检测仪

1、项目概述

"Let's do活动"是DigiKey联合EEPW发起的为期一年的"跟着E课堂学技术，完成任务返现"活动。本次活动是2024年的第4期，也是2024年最后一期。

本项目通过小抽水泵和继电器实现流量控制，结合霍尔效应传感器，准确测量液体的流速，实现瞬时流量和累计流量的监测。另外还添加了USART1收发命令功能，实现了远程控制的定量抽水功能。

 2、硬件设计

系统框图&电路原理图

后来担心干扰问题换成了电池供电，一直没有换回去，所以后来实际框图如下：

 3、主要参数情况

STM32 开发板 - NUCLEO-F103RB

STM32F103RB芯片的开发板，STM32F103RB为主流增强型ARM Cortex-M3 MCU，具有128 KB Flash和20 KB的SRAM、72 MHz CPU、电机控制、USB和CAN

OLED 显示屏 - 104020208

模块中的屏是中景园的ZJY-2864KSWPG01，单白色OLED显示屏，尺寸为0.96"（24.38mm），像素为128 x 64，接口为I2C，控制器为SSD1315。

抽水泵 - COM3700

Digikey提供的链接不知道为什么打不开，在淘宝上找到类似的潜水泵参数如下：（实际似乎流量小不少）

l 直流电源3V电流:约190mA，扬程:约35-40厘米，流量:约1.4L/分钟

l 直流电源5V电流:约400mA，扬程:约65-70厘米，流量:约2.L分钟

l 使用介质:水，不能有颗粒杂质;水温:60度以下。

液体流量传感器 - 314150001

液体流量传感器由塑料阀体、水轮和霍尔效应传感器组成。当水流经转子，转子随之转动。其转速随流量的不同而变化。霍尔效应传感器输出相应的脉冲信号。这款传感器适用于饮水机或咖啡机的流量检测。

l 工作电压：DC 5V~24V

l 流量范围：0.3~6L/min

继电器模块 - DFR0017

l 额定电压：5V

l 最大切换电流：10A（常开）5A（常闭）

l 最大切换电压：150VAC 24VDC

l 控制信号：TTL 电平

l 时间动作：≤10ms

l 释放时间：≤5ms

l 额定负载：10A 277VAC（常开）10A 28VDC（常开），5A 250VAC（常闭）

l 最大切换功率：AC1200VA DC240W（常开）AC625VA DC120W（常闭）

l 接触动作时间：10 毫秒

电源模块 - DFR0140 

内置LM1117-5.0和AMS1117-3.3两款LDO的电源模块，包含开关和电源状态指示灯。

l 输入电压：6-12V (DC2.1电源插孔) 、5V （USB）

l 输出电压：3.3V和5V

l 输出电流：500mA

4、实现步骤

4.1 单元模块调试

个人开发的顺序是GPIO输出（灯和继电器）；OLED显示；USART1通讯；转子流量计采样；整合。

4.1.1 GPIO及继电器

直接用开发板的模版生成Cubemx工程，然后按照上图配置添加RELAY，生成的代码自动包含了驱动，用的时候使用下面函数即可开关继电器：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, RELAY_Pin, GPIO_PIN_SET); //开继电器

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, RELAY_Pin, GPIO_PIN_RESET); //关闭继电器

 4.1.2 OLED

找中景园淘宝客服要了个驱动，照下图配置SDA和SCL引脚：

再把oled.h里面的

#define OLED_SCL_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5)//SCL

#define OLED_SCL_Set() GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5)

#define OLED_SDA_Clr() GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7)//DIN

#define OLED_SDA_Set() GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7)

改为：

#define OLED_SCL_Clr() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET) //SCL

#define OLED_SCL_Set() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET)

#define OLED_SDA_Clr() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET)//DIN

#define OLED_SDA_Set() HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET)

即可，至于驱动里面的LED实际没有使用，RES也安排到不用的一个GPIO上了，并没有接。

这样接好线一次点亮成功。

 4.1.3 USART1

参考了很多网上的帖子，最终采用DMA+IDLE的方式，主要是比较有实际意义，可以接收不定长的字节。配置CubeMX如下：

    在main.c添加：

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart,uint16_t Size)

{

if(huart == &huart1) //判断是否是串口一的中断

{

HAL_UART_DMAStop(huart); //暂停DMA接收

__HAL_UNLOCK(huart); //解锁串口状态

                 //这里添加处理代码

                 memset(USART1RxBuffer,0,16); //清除接收到的数据

HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,USART1RxBuffer,15); //再次开启DMA空闲中断

}

}

就可以接收不定长的UART数据了。发送调用：

HAL_UART_Transmit(&huart1,USART1RxBuffer,strlen((const char *)USART1RxBuffer),10);//将接收到的数据发送出去

这里USART1只实现了发送一个数字给单片机，比如发送了1，单片机就会出水100ml；发送2，单片机就会出水200ml；以此类推。

4.1.4 转子流量计采样

使用Timer1的CH1输入端口，CubeMX配置如下：

    在main.c添加：

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

{

if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)

{

iFreq++;

}

}

使Timer1CH1收到一个下降沿就将iFreq++；

4.1.5 整合

为了整合所有功能，添加了一个定时器TIM4，每0.5s触发一次中断。CubeMX配置如下：

    在main.c添加回调函数：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) //200ms

{

if(htim->Instance == TIM4)//判断进入定时1通道回调函数

{

HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, LD2_Pin);

if(iFreq > 0)

{

InstantaneousFlow = (float)iFreq/4.35; //30-32Hz //需要校准 更常见的是iFreq*x+y的校准方式

totalFlow += InstantaneousFlow; //ml

if(totalFlow > TargetFlow || TargetFlow-totalFlow < 0.5) //计算流量接近或超出目标遛量 //需要校准

{

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, RELAY_Pin, GPIO_PIN_RESET); //关闭继电器

TargetFlowU8 = 0;

}

iFreq = 0;

}

sprintf(DispBuf,"%4.2fmL",InstantaneousFlow); // 瞬时流量

OLED_ShowString(64+8,16,(uint8_t *)DispBuf,16,1);

sprintf(DispBuf,"%04dmL",(short)totalFlow); // 累计流量

OLED_ShowString(64+8,32,(uint8_t *)DispBuf,16,1);

OLED_Refresh();

if(TargetFlowU8)

{

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, RELAY_Pin, GPIO_PIN_SET);

}else{

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, RELAY_Pin, GPIO_PIN_RESET);

}

}

}

每次进入中断就会判断收到几个下降沿，通过计算即可获得瞬时流量和累计流量，并显示到OLED上。如果流量到达设定值就停止抽水。当然这里是中断回调函数，其实不应该做过多的处理，应该放到main函数的while(1)里面运行，这里就先实现个功能。

5、软件调试

借用新哥老师的方法，找来厨房秤加量杯进行校准，多次校准以后每次抽水100ml基本都在100g-101g。这里要注意的是刚开始抽水的一会其实是不出水的，刚关闭继电器的时候还会有一些水出来。这个都是物理决定的，所以我缩短了水泵与转子流量计之间管子的长度，并且将水位尽量提高，使转子流量计很快就能出水、断水，减小了误差。

当然实际使用的时候肯定要对各种流量数据进行精确标定，还要模拟不同的环境（一般常见的是温度、压力等），这样才能做出一个精确定量出水的机器。

6、项目代码

LetsDo2025011920.zip

7、效果演示

最后实现了通过USART1发送定量取水几百ml，单片机收到指令后通过继电器控制水泵抽水，同时通过转子流量计监测出水量并显示，到达指定量后关闭水泵，等待下次命令。这个原型可以很容易地增加无线接口，比如蓝牙或者Wifi，实现远程控制，甚至可以实现出差在外，远程遥控给植物定量浇水。当然，添加温湿度传感器和AI边缘控制器，结合当地天气数据实现AI自动浇水也是顺理成章的事。

100ml定量抽水视频：

EETV成果视频链接：https://v.eepw.com.cn/video/play/id/16224