【Ai-M61-32S开发板】水位监测计
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
结合前面关于 IO 模拟值读取 的工程测试，进一步实现 实际电压 转换
#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 - Telesky .
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
获得拟合表达式 y = 41.774 x - 38.686
这里使用 Excel 软件进行拟合
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
对应的水位演化曲线
结果分析
经过多次测量，可以获得较为理想的检测结果。
此外，校准和测量过程中发现 ADC 采集的电压值会随时间逐渐减小，可能原因是
- PCB 板被液体浸润，液体表面张力导致初始时刻覆盖更大面积的铜板，电阻较小，输出电压较大；
- 随着时间推移，表面张力被克服，PCB板液面覆盖面积逐渐平稳下降，此时电压也逐渐减小，最后趋于稳定。
类似“海水退潮”
因此采样和校准时需要等待示数稳定，再记录数值，以提高精度。
总结
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，使用 Arduino IDE 编程，通过 IO 接口的模拟值的电压转换、电压-水位校准等流程，实现水位高度的串口打印和串口绘图，以及实时水位监测功能，为该模组的快速开发和相关产品的应用提供了参考。
