基于单片机的水位水温控制系统

0 引言

传统的水温水位控制装置往往功能单一，难以满足多样化的需求。此系统不仅具备高度的人机交互能力，而且功能全面、控制精确，能够高效地与上位机对接，实现信息的便捷共享。可广泛应用于自来水厂的蓄水池、曝气池、污水处理设施、化工企业的液态存储罐，甚至是发电站的锅炉气泡管理等众多领域。

1 系统总体设计

系统分为手动和自动两种模式，在手动模式下用户可以通过app 操作PTC 陶瓷加热片与水泵的开启与关闭实现对水温水位的手动操控，在自动模式下需要用户设定好水温与水位的阈值，当低于设定阈值时加热片与水泵开始工作直到水温水位达到预设值，并且在整个过程中都会有蜂鸣器报警直到达到预设阈值时蜂鸣器停止工作。系统工作时通过听觉与视觉反馈，从而实现了一种人机交互的拟人性设计，旨在提升用户体验，确保操作简便且易于理解

图1 总体设计图

2 硬件设计

2.1 温度控制系统的设计

DS18B20 具有简单的单线接口，较低的I/O 占空比，较高的测量精度并且价格较为便宜等优点，这些使得它成为水温水位控制系统里非常合适的温度传感器之选，其出色的特性让它在这个应用场景下几乎没有可以取代自己的同类产品存在。系统依靠过手动模开启加热片，当点击确认键之后，就会利用推动电路促使继电器工作，热片给水体执行升温操作，它具有自动温度补偿能力，可以精确调节到预先指定的温度数值，不断检测并表现当下的水温情况，使得温度值一直处在事先规定好的上下限范围之内，以此保障水温的稳定与可靠。

2.2 水位控制系统的设计

选择了 water sensor 水位传感器，该传感器通过使用一系列五个连接到系统接地的裸露走线来工作。在每两个接地迹线之间交错插入一个感测迹线，五个接地迹线和总共五个感测迹线。感测走线连接到一个一兆欧的上拉电阻。感测迹线被拉高，直到一滴水或水平面使感测迹线接地。

2.3 报警系统的设计

要想保证系统稳定运行，并及时察觉异常状况，往往会加入警报机制，在设计时，常常利用蜂鸣器和二极管一起发挥作用，达成多感官提示效果，不过因为此系统由app 掌控，所以选用蜂鸣器加app 弹窗警报的方式，如果系统出现故障或者正在执行重要操作，借助视觉和听觉信号的共同回馈，使用者就能立即知晓系统的当下情形，进而采取对应的解决办法，这样的警报计划既加强了系统的可监测性，又保障了操作过程中的安全系数，而且价格便宜，性价比很高，成了不少系统设计里比较好的一种选择。

2.4WiFi 通信系统设计

为了实现通过 app 控制系统的运作ESP266WiFi 模块成为了最佳选择。ESP266WiFi 模块支持多种通信协议，具有良好的兼容性和扩展性，能够适应不同的网络环境。通过该模块，系统能够实现与智能手机的无缝连接，使得用户可以通过app 远程监控和控制水温水位，大大提升了系统的便捷性和实用性。此外，ESP266WiFi 模块还具备强大的数据处理能力，能够快速响应来自 app 的控制指令，确保系统的实时性和稳定性。

3 软件设计

为了确保系统稳定运作，在进行主要功能运行之前进行初始化，在初始化之后连接 WiFi 并且通过 WiFi 连接手机 app，然后检测app 是否发出指令，如果发出指令就按照app 的指令进行工作，如果没有发出指令便自动获取水温水位数据并通过OLED 屏幕显示出来。然后判断当前水温水位是否低于设定阈值，低于设定阈值时启动加热片或水泵来保证水温水位达到预设值。水温水位阈值可以在app 中根据实际的需求由用户自主设定。根据以上设计思想，主控程序设计框图如图所示。

4 系统测试

为了测试水温控制系统运用 app 将水温阈值设置为高于当前水温的 29 摄氏度，设定好温度阈值后将系统设置为自动模式，此时实际水温为24 摄氏度低于水温阈值所以加热片启动蜂鸣器报警同时可以看到加热指示灯亮起，直到水温达到阈值29 摄氏度时停止加热。如图3 所示。为了对水位控制系统进行测试，需要在app 中设定水位阈值为24 远高于实际水位，然后将系统设置为自动模式，因为此时的实际水位低于设定阈值所以水泵开始工作同时蜂鸣器报警，直到水位达到设定阈值时停止工作。图 4 为水位控制系统测试。

图2 主控程序流程图