利用Arduino的數(shù)字水位指示器電路設(shè)計(jì)

一、數(shù)字水位指示器的定義和工作原理

隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。在液位監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，數(shù)字水位指示器作為一種先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，因其高精度、高可靠性和智能化等特點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

數(shù)字水位指示器是一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示液體水位的數(shù)字化設(shè)備。它利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，將液體的水位高度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過顯示屏或其他輸出設(shè)備直觀地顯示出來。數(shù)字水位指示器具有高精度、高穩(wěn)定性、易讀性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水處理、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)灌溉等領(lǐng)域。

數(shù)字水位指示器的工作原理主要包括以下幾個(gè)步驟：

1. 傳感器采集信號(hào)：數(shù)字水位指示器通過內(nèi)置的傳感器（如壓力傳感器、液位傳感器等）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液體的水位高度。傳感器將水位高度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸給數(shù)字信號(hào)處理器。
2. 數(shù)字信號(hào)處理：數(shù)字信號(hào)處理器接收到傳感器傳來的電信號(hào)后，通過特定的算法進(jìn)行信號(hào)處理和計(jì)算。這個(gè)過程中，數(shù)字信號(hào)處理器會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、量化等處理，以提高測(cè)量的精度和穩(wěn)定性。
3. 數(shù)值顯示：經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理器處理后，水位高度信息被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過顯示屏或其他輸出設(shè)備直觀地顯示出來。用戶可以通過觀察顯示屏上的數(shù)字或圖形，了解當(dāng)前液體的水位高度。

二、數(shù)字水位指示器的作用和應(yīng)用場景

數(shù)字水位指示器在液位監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，主要包括以下幾個(gè)方面：

1. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：數(shù)字水位指示器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)液體的水位高度，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給控制中心或用戶。這使得用戶能夠及時(shí)了解液體的水位情況，以便采取相應(yīng)的措施。
2. 精確測(cè)量：數(shù)字水位指示器采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的水位測(cè)量。其測(cè)量精度通常可以達(dá)到毫米級(jí)甚至更高，滿足了各種高精度監(jiān)測(cè)需求。
3. 預(yù)警功能：當(dāng)液體的水位超過或低于預(yù)設(shè)的安全范圍時(shí)，數(shù)字水位指示器能夠發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒用戶及時(shí)采取措施。這有助于避免液體溢出或干涸等安全事故的發(fā)生。
4. 數(shù)據(jù)記錄與分析：數(shù)字水位指示器通常具有數(shù)據(jù)記錄功能，能夠記錄歷史水位數(shù)據(jù)并生成相應(yīng)的報(bào)表。用戶可以通過分析這些數(shù)據(jù)，了解液體的水位變化規(guī)律和趨勢(shì)，為后續(xù)的決策提供支持。
5. 智能化管理：數(shù)字水位指示器可以與計(jì)算機(jī)、PLC等設(shè)備進(jìn)行連接和通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能化管理。用戶可以通過計(jì)算機(jī)或手機(jī)等設(shè)備遠(yuǎn)程查看水位數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)、控制設(shè)備等操作，提高了管理的便捷性和效率。

數(shù)字水位指示器廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

1. 水處理領(lǐng)域：在水處理廠、污水處理廠等場所，數(shù)字水位指示器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)清水池、沉淀池、過濾池等的水位高度，確保水處理過程的正常運(yùn)行。
2. 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域：在石油化工、制藥、食品等行業(yè)中，數(shù)字水位指示器用于監(jiān)測(cè)各種液體儲(chǔ)罐、反應(yīng)釜等的水位高度，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性。
3. 環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域：在河流、湖泊、水庫等水域，數(shù)字水位指示器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位變化，為防洪、抗旱等提供數(shù)據(jù)支持。
4. 農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域：在農(nóng)田灌溉系統(tǒng)中，數(shù)字水位指示器用于監(jiān)測(cè)灌溉水池、渠道等的水位高度，確保灌溉水的充足供應(yīng)和合理利用。
   數(shù)字水位指示器作為一種先進(jìn)的液位監(jiān)測(cè)設(shè)備，在液位監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其高精度、高穩(wěn)定性、易讀性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)使得它成為液位監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的理想選擇。隨著科技的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，數(shù)字水位指示器的應(yīng)用前景將更加廣闊。

三、利用Arduino的數(shù)字水位指示器電路設(shè)計(jì)

水是寶貴的資源，因此我們需要更加有意識(shí)地利用和處理，大量的水由于處理不當(dāng)而被浪費(fèi)。本文給出了一個(gè)簡單易行的利用Arduino制作的數(shù)字水位指示器電路。

該電路設(shè)計(jì)用于監(jiān)測(cè)地下水箱和高架水箱的水位，并在16X2 LCD顯示屏上顯示水位，并根據(jù)我們需要的水位觸發(fā)繼電器并打開或關(guān)閉電機(jī)。

Arduino uno 板經(jīng)過編程，可根據(jù)傳感器接線（兩個(gè)水箱中均無套管鋁線）顯示水位，并根據(jù)預(yù)定的水位控制蜂鳴器和繼電器。

模擬引腳A0測(cè)量地下水箱的水位，A1、A2、A3、A4引腳測(cè)量高架水箱的水位，數(shù)字引腳D7控制蜂鳴器，當(dāng)水箱滿/空時(shí)發(fā)出聲音警報(bào)，數(shù)字引腳D8控制繼電器來打開或關(guān)閉電機(jī)。數(shù)字引腳 D2、D3、D4、D5、D11 和 D12 連接 16 X2 LCD 顯示屏，控制電路上傳和設(shè)置后可以連接外部 9V電池源。

Arduino代碼

#include < LiquidCrystal.h >
int ugnd=A0;
int quarter=A1;
int half=A2;
int threfrth=A3;
int full=A4;
int relay=8;
int buzzer=7;
int i;     //relay status flag
int v=100; //comparison variable and give some adjustment for to get proper value
int b=0;   //buzzerzer flag
int m=0;   //relay flag
int c=0;   //ugnd flag
int s;
int q;
int h;
int t;
int f;

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup()
{

pinMode(quarter,INPUT);
pinMode(half,INPUT);
pinMode(quarter,INPUT);
pinMode(full,INPUT);
pinMode(ugnd,INPUT);
pinMode(relay,OUTPUT);
pinMode(buzzer,OUTPUT);
lcd.begin(16, 2);
digitalWrite(buzzer,LOW);
}

void loop()
{

i=digitalRead(relay);
s=analogRead(ugnd);
q=analogRead(quarter);
h=analogRead(half);
t=analogRead(threfrth);
f=analogRead(full);
lcd.clear();

if(f >v && t >v && h >v && q >v ) //Statement to compare water levels from Arduino Analog pins
{
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(char(219));
lcd.print(char(219));
lcd.print(char(219));
lcd.print(char(219));
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print("fullL");
m=0;
b=0;
}
else
{
if(f< v && t >v && h >v && q >v)//Statement to compare water levels from Arduino Analog pins
{
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(char(219));
lcd.print(char(219));
lcd.print(char(219));
lcd.print("_");
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print("3/4th");
b=0;
}
else
{
if(f< v && t< v && h >v && q >v)//Statement to compare water levels from Arduino Analog pins
{
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(char(219));
lcd.print(char(219));
lcd.print("_");
lcd.print("_");
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print("HALF");
m=1;
b=0;
}
else
if(f< v && t< v && h< v && q >v)//Statement to compare water levels from Arduino Analog pins
{
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(char(219));
lcd.print("_");
lcd.print("_");
lcd.print("_");
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print("1/4th");
b=0;
}
else
{
if(f< v && t< v && h< v && q< v)//Statement to compare water levels from Arduino Analog pins
{
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("_");
lcd.print("_");
lcd.print("_");
lcd.print("_");
lcd.setCursor(5,0);
lcd.print("LOW");
b=0;
}
else

{
digitalWrite(relay,LOW);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("ERROR!");
b=1;
}
}}}
if(i==HIGH)
{
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("relay ON");
}
else
{
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("relay OFF");
}



if(s >v && m==1)//Statement to compare water levels from Arduino Analog pins
{
digitalWrite(relay,HIGH);
}
if(s< v)
{
digitalWrite(relay,LOW);
lcd.setCursor(11,0);
lcd.print("Low");
lcd.setCursor(11,1);
lcd.print("ugnd");
c=1;
}
if(s >v)
{
c=0;
}

if(m==0)
{
digitalWrite(relay,LOW);
}

if(b==1 || c==1)//Statement to compare water levels from Arduino Analog pins
{
digitalWrite(buzzer,HIGH);
delay(500);
digitalWrite(buzzer,LOW);
}
else
{
digitalWrite(buzzer,LOW);
}
delay(100);
lcd.clear();
}