用安信可WiFi蓝牙模组做一个水位监测器

本作品由安信可论坛用户无垠的广袤 制作。

水位检测在水资源管理、城市防洪、农业灌溉、家用电器和工业生产等多领域发挥积极建设作用。利用水位传感器，可以实现水资源的智能管理，提高生产效率。

本文介绍了安信可 Ai-M61-32S 开发板结合水位传感器实现水位监测计的项目设计。

项目方案

通过读取 IO 接口的模拟值，进行电压转换，获取检测到的电压值，进一步通过电压-水位校准，实现水位高度的串口打印和串口绘图，实时水位监测功能。

电压转换

根据欧姆定律，V = I / R，电压和电阻成正比；

因此通过获取 3.3V 和 GND 对应的模拟数值（实测为 3199 和 21），

即可得到实际电压的转换公式 Valtage = val * (3.3 / (3199-21)) .

代码

#include <stdio.h> void setup() { pinMode(19, INPUT); Serial.begin(115200); } void loop() { int val = analogRead(19); // analog value reading float vlt = val * (3.3 / (3199-21)); // real voltage conversion Serial.println(vlt); delay(200); }

按住 IO2 键的同时，短按 EN 键，进入下载模式，配置端口号后上传工程，复位运行程序。

效果

水位传感器

水位传感器（Water Sensor）可以检测水位高度（检测高度：0 - 40 mm），亦可用作雨滴传感器，用于各种天气状况的监测，检测是否下雨及雨量的大小，广泛应用于汽车自动刮水系统、智能灯光系统、洗衣机和智能天窗系统等。

模块简介

当模块上电，电源指示 LED 点亮；

工作电压：DC 3.3V - 5V ；

输出类型：模拟信号；

传感器具有 10 条裸露的铜线，其中 5 条是电源铜线，另外 5 条是感测铜线。

走线隔行平行排列，每两条电源铜线间有一条感测铜线。

模块原理图

参考：水位检测报警 - Telesk

引脚定义

S（信号）为模拟输出；

+（VCC）为传感器供电；

–（GND）为接地。

参考：Arduino Uno 水位传感器

运行原理

当平行铜线之间有水时，水浸没的高度不同，电流不同。铜线间的电阻根据水位的变化而变化。

电阻与水的高度成反比（传感器浸水越深，导电性越好，电阻越小，电流越大）。

动图封面

参考：水位传感器如何工作并与Arduino接口

因此根据 ADC 测量传感器输出的电压，便可以确定水位。

硬件连接

S -> IO19

+ -> 3V3

- -> GND

硬件连接完成后，打开串口，此时输出的电压值应为 0 。

水位校准

由于各地的水质差异，导电性能不同，因此需要根据实际情况进行校准。

多次校准，取平均值；

每次校正前，需将 PCB 表面的平行铜线擦干，待测得电压为 0 时再置入水中，记录水位值和电压值。

校准数据采集

水位 10 毫米，相应的串口输出电压为 1.25 伏特

增加水位高度，采集多组电压-水位数据。

假设 ADC 读取电压（V）与水位高度（mm）为线性相关关系，对上述数据进行拟合。使用 Excel 软件进行拟合，获得拟合表达式 y = 41.774 x - 38.686。

工程代码

在代码中添加相应的水位高度定义

#include <stdio.h>void setup() { pinMode(19, INPUT); Serial.begin(115200); } void loop() { int val = analogRead(19); // analog sensor value float vlt = val * (3.3 / (3199-21)); // real voltage conversion float wl = 41.774 * vlt - 38.686; // water level (mm) Serial.print(val); Serial.print(","); Serial.print(vlt); Serial.print(","); Serial.println(wl); delay(200); }

保存代码，构建工程，上传固件，复位后运行程序。

打开串口助手，连接目标串口对应的设备端口号，打开串口，获取实时 IO 模拟值、电压值（伏特）和水位值（毫米）。

效果演示

动图封面

对应的水位演化曲线

动图封面

水位的数码管显示

在前面关于 ADC 读取电压并结合水位传感器实现电压-水位高度转换的基础上，增加 4 位共阳 数码管显示 水位高度的功能。

硬件连接

这里采用 2 个 74HC595 驱动的 4 位共阳数码管，支持 3.3V 至 5V 的宽电压输入，仅需 3 个信号引脚即可驱动。

水位传感器接线方式

Water-sensor_S -> IO19

Water-sensor_+ -> 3V3

Water-sensor_- -> GND

数码管接线方式

4Bit-segment_SCLK -> IO23

4Bit-segment_RCLK -> IO24

4Bit-segment_DIO -> IO11

工程代码

#include <stdio.h> const int sensorPin = 19; // water-level sensor pin // 74HC595 引脚设置 const int latchPin = 24; // RCLK const int clockPin = 23; // SCLK const int dataPin = 11; // DIO unsigned char num[]={0xC0, //"0" 0xF9, //"1" 0xA4, //"2" 0xB0, //"3" 0x99, //"4" 0x92, //"5" 0x82, //"6" 0xF8, //"7" 0x80, //"8" 0x90 //"9" }; void setup() { pinMode(latchPin,OUTPUT); pinMode(clockPin,OUTPUT); pinMode(dataPin,OUTPUT); pinMode(sensorPin, INPUT); // uart setting Serial.begin(115200); } /* ------------ loop for serial print and segment display -------------- */ void loop() { int count = 0; int val = analogRead(sensorPin); // analog sensor value float vlt = val * (3.3 / (3199-21)); // real voltage conversion float wl = 41.774 * vlt - 38.686; // water level (mm) //Serial.print("Analog Value: "); Serial.print(val); // in order to serial plot Serial.print(", "); //Serial.print("Voltage: "); Serial.print(vlt); //Serial.print("V"); Serial.print(", "); //Serial.print("Water Level: "); Serial.println(wl); //Serial.println("mm"); Serial.println((String)"Analog Value: " + val + ", Valtage: " + vlt + "V, Water Level: " + wl + "mm"); // serial print string while (count < 25) // loop 25 times for delay 500ms (20ms every display) { if (wl < 0){ disp(0); }else{ disp(wl); // display water level } count++; } } /* ------------ segment display number (dynamics scanning) -------------- */ void disp(float n) { int t = 5; int yi = ((int)(n*10))%10; int ge = (int)n%10; int shi = ((int)n/10)%10; int bai = ((int)n/100)%10; if(bai>0){ shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,num[bai]); }else{ shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,0xFF); } shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,0b00001000); digitalWrite(latchPin, HIGH); delay(t); digitalWrite(latchPin,LOW); if(shi>0){ shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,num[shi]); }else{ if(bai>0){ shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,num[0]); }else{ shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,0xFF); } } shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,0b00000100); digitalWrite(latchPin, HIGH); delay(t); digitalWrite(latchPin,LOW); shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,num[ge]&0x7F);//与运算加入小数点 shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,0b00000010); digitalWrite(latchPin, HIGH); delay(t); digitalWrite(latchPin,LOW); shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,num[yi]); shiftOut(dataPin,clockPin,MSBFIRST,0b00000001); digitalWrite(latchPin, HIGH); delay(t); digitalWrite(latchPin,LOW); } /* ------------ shiftOut -------------- */ void shiftOut(uint8_t dataPin, uint8_t clockPin, uint8_t bitOrder, uint8_t val) { uint8_t i; for (i = 0; i < 8; i++) { if (bitOrder == LSBFIRST) digitalWrite(dataPin, !!(val & (1 << i))); else digitalWrite(dataPin, !!(val & (1 << (7 - i)))); digitalWrite(clockPin, HIGH); digitalWrite(clockPin, LOW); } }

●注意 shiftOut 函数需要定义；

●由于每次采样数值均存在较大波动，为了避免数码管动态刷新过于频繁，加入循环延长数据刷新时间；

●或者多次采样取平均值，进而减小水位数值的波动，使数码管的显示更稳定。

效果显示

数码管显示水位

动态

动图封面

串口输出电压和水位值

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动态水位的演化曲线

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静态水位的演化曲线

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