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用Ai-M61-32S开发板监测水位？

安信可科技

2025-05-12

导读：Ai-M61-32S 开发板结合水位传感器实现水位监测计

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

#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）。

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

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 <stdio.h>
const int sensorPin = 19; // water-level sensor pin// 74HC595 引脚设置const int latchPin = 24;  // RCLKconst int clockPin = 23; // SCLKconst 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);                  }}