图2.6 流量传感器轮廓图
该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。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。 (2) 水流量传感器的构造
水流量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。它装在模拟水库中，用来测量水流量。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。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等缺点。它具有反映灵敏、安全可靠、连接方便利启动流量超低(1.5L／min)等优点。
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，且尺寸明显缩小。当水流通过涡轮开关壳，推动磁性 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。 (3) 水流量传感器的工作原理
在本系统中，利用水流量传感器的特性，设计了一个小型的模拟水库。用一般用于给金鱼供氧的小型抽水换氧机作为抽水机，抽动水流运动，使水流通过水流量传感器的涡轮，水流量传感器开始采集数据.通过调整连接在抽水机与水流量传感器间的导水管的高度来调整水流量大小；下位端数码管显示所测水流量值。测得的流量值相当好，可以精确到毫秒，误差几乎可以忽略不计。
2.3.2 超声波传感器的应用
图2.7 超声波传感器
本系统设计中，使用了一对超声波传感器，配置相应的电路，来实现对模拟水库水位的测量。
(1) 超声波传感器包括发送和接收两部分，电路图介绍如下：
图2.8 超声波发送电路
由三个NPN三极管构成差动放大电路，其放大倍数由电阻R7，R8和R9等电阻决定，所采集的信号波从J6口输入，经由NPN管级数放大，在消除共模干扰后，从J6口发送出去。
图2.9 超声波接收电路
超声波换接收电路所接收到的从发送端传来的微弱信号，要经过LM358芯片进行放大，使得所采集的信号足够大，然后通过J2口送到单片机上，信号经AT89S52单片机处理后，由数码管显示出来。 (2) 超声波的接收与处理
接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算
放大器放大后，作为中断请求信号，送至单片机处理。 (3) 测试中所遇到的干扰信号
超声波测量水位时，需要测的是开始发射到接收到信号的时间差，需要检测的有效信号为反射物反射的回波信号，故要尽量避免检测到余波信号，这就要求对接收头收到的波束进行处理，这也是超声波检测中存在最小测量盲区的主要原因。在软件中的处理方法就是，当反射头发出脉冲，计时器同时开始记时。我们在记时器开始记时后再开启检测回波信号，可以消除余波信号的干扰，等待的时间可以为1MS左右，更精确的等待时间可以大大地减少最小测量盲区。 2.4 步进电机的控制原理 (1) 步进电机的概念
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 (2) 步进电机的一些特点：
① 一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积;
② 步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点。
③ 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
④ 步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 (3) 步进电机控制原理
① 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。
② 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 ③ 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：
通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通
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