原標題：基于PIC16C72單片機控制為核心的水溫水位控制器設計方案

基于PIC16C72+74HC04+SM42052的水溫水位控制器設計方案

1. 引言

水溫水位控制器在工業(yè)和家用水處理系統(tǒng)中起著至關重要的作用。該控制器的設計目標是實現(xiàn)對水箱的溫度和水位進行精確測量和自動控制，以滿足特定的應用需求。水箱水位過低時應自動補水，防止干涸影響系統(tǒng)運行；水溫過高或過低時應及時調整，以滿足不同應用場景的需求，如熱水供應、工業(yè)冷卻或農(nóng)業(yè)灌溉。

本方案采用Microchip的PIC16C72單片機作為核心控制單元，搭配74HC04反相器及SM42052水位傳感器，并結合其他外圍電路實現(xiàn)完整的控制功能。整體系統(tǒng)具有成本低、控制精度高、適應性強等特點，適用于家庭、工業(yè)及農(nóng)業(yè)用水管理。

2. 方案概述

該水溫水位控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：

• 主控單元：采用PIC16C72單片機負責信號采集、數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行控制策略，同時提供接口用于擴展功能，如無線通信模塊或云端監(jiān)測。

• 傳感器模塊：包括SM42052水位傳感器和溫度傳感器（如DS18B20），用于實時測量水箱水位和溫度，確保數(shù)據(jù)的可靠性和實時性。

• 信號處理模塊：使用74HC04反相器對傳感器輸出信號進行邏輯轉換，提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，確?？刂菩盘柕木珳市?。

• 執(zhí)行機構：采用繼電器模塊控制水泵、電磁閥和加熱器，實現(xiàn)對水位和溫度的自動調節(jié)。

• 顯示與人機交互：采用LCD或LED顯示屏，實時顯示當前水溫和水位，并通過按鍵設定閾值，實現(xiàn)手動與自動控制的結合。

本設計的整體流程如下：

1. 傳感器檢測當前水箱水位和溫度，并將數(shù)據(jù)傳輸給PIC16C72單片機。

2. PIC16C72進行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)設定的閾值判斷是否需要開啟或關閉水泵和加熱器。

3. 若水位過低，系統(tǒng)自動啟動水泵補水；若水溫過低，則啟動加熱器升溫；若水溫過高，則啟動冷卻系統(tǒng)或停止加熱。

4. 系統(tǒng)狀態(tài)通過LCD或LED顯示，并通過報警系統(tǒng)提醒用戶異常情況。

3. 硬件設計

3.1 PIC16C72單片機

型號選擇原因：

• 采用8位RISC架構，具有低功耗和高效能的特點，適用于水溫水位控制等嵌入式應用。

• 內置10位ADC（A/D轉換器），可直接讀取傳感器模擬信號，無需額外的信號轉換電路。

• 3個PWM通道，可用于驅動執(zhí)行器（如水泵或風扇），提高系統(tǒng)的靈活性。

• 具備EEPROM存儲功能，可記錄歷史水溫、水位數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)分析和智能優(yōu)化控制。

• 具有豐富的I/O接口，可用于擴展其他功能，如無線通信模塊（NRF24L01或ESP8266），實現(xiàn)遠程監(jiān)測。

在本設計中的作用：

• 采集水溫和水位傳感器的數(shù)據(jù)，并進行A/D轉換。

• 處理采集的數(shù)據(jù)，并基于預設的控制邏輯做出判斷。

• 通過繼電器控制水泵和加熱器，實現(xiàn)自動調節(jié)。

• 通過LCD1602顯示當前狀態(tài)，并提供用戶交互界面。

• 記錄和存儲歷史數(shù)據(jù)，便于后續(xù)分析和優(yōu)化系統(tǒng)。

3.2 74HC04反相器

型號選擇原因：

• 低功耗、高速CMOS器件，適用于低壓應用。

• 適用于信號變換和邏輯電路優(yōu)化，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

• 提供反相功能，可用于調整傳感器信號的邏輯電平，以匹配單片機輸入。

在本設計中的作用：

• 處理傳感器信號，提高信號穩(wěn)定性，減少誤判。

• 作為信號調理電路，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠。

• 適配不同電平的傳感器信號，優(yōu)化系統(tǒng)兼容性。

3.3 SM42052水位傳感器

型號選擇原因：

• 具備高精度測量能力，可用于不同液體環(huán)境。

• 采用模擬電壓輸出，便于與PIC16C72的ADC接口對接。

• 具有防水設計，適用于長期穩(wěn)定工作環(huán)境。

在本設計中的作用：

• 實時監(jiān)測水箱的水位，并提供數(shù)據(jù)給主控單元。

• 配合控制邏輯，決定水泵的啟停狀態(tài)。

• 結合歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能補水策略，提高系統(tǒng)效率。

3.4 DS18B20溫度傳感器

型號選擇原因：

• 采用單總線協(xié)議，便于多個傳感器擴展。

• 低功耗、精度高（±0.5℃），適用于精確溫控場景。

在本設計中的作用：

• 監(jiān)測水箱溫度，確保水溫處于安全范圍。

• 配合加熱器控制，保證恒溫供水。

• 可用于系統(tǒng)自檢，防止溫度傳感器故障引發(fā)誤操作。

3.5 執(zhí)行機構（繼電器+水泵+加熱器）

元器件選擇：

• 繼電器模塊（SRD-05VDC-SL-C），用于驅動水泵和加熱器。

• 水泵（DC12V潛水泵），用于水位自動調節(jié)。

• 加熱器（PTC加熱片），用于維持水溫。

在本設計中的作用：

• 實現(xiàn)水溫和水位的自動調節(jié)，提高用戶體驗。

• 結合定時和邏輯控制，提高系統(tǒng)節(jié)能性。

3.6 顯示與人機交互

• 采用LCD1602顯示水溫和水位數(shù)據(jù)。

• 通過LED指示水泵和加熱器狀態(tài)。

• 按鍵輸入用于設定閾值，實現(xiàn)個性化控制。

4. 軟件設計

軟件采用C語言編寫，主要包括以下功能模塊：

• 數(shù)據(jù)采集（ADC讀取SM42052數(shù)據(jù)，單總線讀取DS18B20數(shù)據(jù)）。

• 數(shù)據(jù)處理（判斷水位、溫度狀態(tài)，采用濾波算法去除噪聲）。

• 執(zhí)行控制（根據(jù)閾值控制水泵和加熱器）。

• 顯示和報警（LCD顯示狀態(tài)，水位過低或溫度異常時蜂鳴器報警）。

• 歷史數(shù)據(jù)存儲（EEPROM存儲溫度、水位數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制策略）。

5. 結論

本方案基于PIC16C72+74HC04+SM42052，結合其他外圍電路，提供了一種高效穩(wěn)定的水溫水位控制解決方案。系統(tǒng)可應用于家庭熱水供應、工業(yè)冷卻、農(nóng)業(yè)灌溉等多個場景，并可擴展遠程監(jiān)測功能，具有良好的應用前景。