用安信可Ai-M61-32S开发板监测水位？

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

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）。

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 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

对应的水位演化曲线

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

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

串口输出电压和水位值

动态水位的演化曲线

静态水位的演化曲线