### 4.4.10 水位监测系统 ***请注意，使用设备时不要让水从水池和土壤池中溢出。如果水洒到其他传感器上，会导致短路，影响设备正常工作。另外，如果水洒到电池上，会导致发热和爆炸等危险。因此，请在使用设备时格外小心，尤其是幼儿使用时一定要在家长的监护下进行。为确保设备的安全运行，请遵循相关使用指南和安全规范。*** #### 4.4.10.1 简介 本课程介绍如何使用ESP32开发板、水位传感器、智能语音模块、无源蜂鸣器、继电器、水泵和LCD1602显示屏，构建一个智能水源水位自动监测报警系统。其主要功能是监测水位变化，同时通过智能语音模块发出类似于“当前水位是多少” 等命令词时，语音播报水位多少，这样可以及时发现问题并采取措施避免灾害发生。该系统广泛应用于水利工程、城市排水、环境监测等领域。 ![Img](../media/cout8-1.png) 水位自动监测报警系统，主要功能是监测水位变化，及时发现问题并采取措施避免灾害发生。该系统广泛应用于水利工程、城市排水、环境监测等领域。 #### 4.4.10.2 接线图 - **水位传感器的S引脚连接到io33** - **无源蜂鸣器的S引脚连接到io16** - **智能语音模块的TXD引脚连接到io5，RXD引脚连接到io23** - **LCD1602模块连接到 BUS I2C(SDA连接(SDA:IO21)、SCL连接(SCL:IO22)** - **继电器模块的S引脚连接到io25；继电器的NO端，连接到ESP32主板上的3V3引脚** - **水泵：** - **红色线连接到继电器的COM端，如图所示** - **黑色线连接到ESP32主板上的GND引脚，如图所示** ⚠️ **特别注意：智慧农场已经组装好了，这里不需要把水位传感器、无源蜂鸣器、LCD1602模块、继电器、水泵和智能语音模块拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！** ![Img](../media/couj92.png) #### 4.4.10.3 代码流程图 ![Img](../media/flo9.png) #### 4.4.10.4 实验代码 代码文件在`Arduino_代码`文件夹中，代码文件为`4_4_10_Water-Level-Testing-System`，如下图所示： ![Img](../media/couj0230.png) 鼠标双击`4_4_10_Water-Level-Testing-System.ino`即可在Arduino IDE中打开。 ⚠️ **注意：代码中的条件阈值可以根据实际情况自行设置。** ```c++ /* * 文件名 : Water-Level-Testing-System * 功能 : 结合水位传感器，语音控制模块、LCD1602、继电器、水泵和无源蜂鸣器模拟水位监测系统 * 编译IDE：ARDUINO 2.3.6 * 作者 : https://www.keyesrobot.cn/ */ // 导入库文件 #include #include #include // 定义引脚常量 const int RX_PIN = 23; // 引脚 GPIO23 为 RX const int TX_PIN = 5; // 引脚 GPIO5 为 TX const int BuzzerPin = 16; // 定义无源蜂鸣器引脚 const int WaterLevelPin = 33; // 定义水位传感器的引脚 const int RelayPin = 25; // 定义继电器引脚 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); // 定义LCD地址和行列 SoftwareSerial mySerial(RX_PIN, TX_PIN); // 定义软件串口引脚（RX, TX） // 定义变量 volatile int Waterlevel; volatile int yuyin; // 串口发送消息最大长度 #define UART_SEND_MAX 32 #define UART_MSG_HEAD_LEN 2 #define UART_MSG_FOOT_LEN 2 // 串口发送消息号 #define U_MSG_bozhensgshu 1 #define U_MSG_boxiaoshu 2 #define U_MSG_bobao1 3 #define U_MSG_bobao2 4 #define U_MSG_bobao3 5 #define U_MSG_bobao4 6 #define U_MSG_bobao5 7 #define U_MSG_bobao6 8 #define U_MSG_bobao7 9 #define U_MSG_bobao8 10 #define U_MSG_bobao9 11 #define U_MSG_bobao10 12 #define U_MSG_bobao11 13 #define U_MSG_bobao12 14 #define U_MSG_bobao13 15 #define U_MSG_bobao14 16 #define U_MSG_bobao15 17 #define U_MSG_bobao16 18 #define U_MSG_bobao17 19 #define U_MSG_bobao18 20 // 串口消息参数类型 typedef union { double d_double; int d_int; unsigned char d_ucs[8]; char d_char; unsigned char d_uchar; unsigned long d_long; short d_short; float d_float;}uart_param_t; // 串口发送函数实现 void _uart_send_impl(unsigned char* buff, int len) { // TODO: 调用项目实际的串口发送函数 for(int i=0;i= 4) return; unsigned long value = param->d_long; unsigned long sign = (value >> 15) & 1; unsigned long v = value; if (sign) v = 0xFFFF0000 | value; uart_param_t p; p.d_long = v; param->d_ucs[0] = p.d_ucs[0]; param->d_ucs[1] = p.d_ucs[1]; param->d_ucs[2] = p.d_ucs[2]; param->d_ucs[3] = p.d_ucs[3]; } // 浮点数转双精度 void _float_to_double(uart_param_t* param) { if (sizeof(int) >= 4) return; unsigned long value = param->d_long; unsigned long sign = value >> 31; unsigned long M = value & 0x007FFFFF; unsigned long e = ((value >> 23 ) & 0xFF) - 127 + 1023; uart_param_t p0, p1; p1.d_long = ((sign & 1) << 31) | ((e & 0x7FF) << 20) | (M >> 3); param->d_ucs[0] = p0.d_ucs[0]; param->d_ucs[1] = p0.d_ucs[1]; param->d_ucs[2] = p0.d_ucs[2]; param->d_ucs[3] = p0.d_ucs[3]; param->d_ucs[4] = p1.d_ucs[0]; param->d_ucs[5] = p1.d_ucs[1]; param->d_ucs[6] = p1.d_ucs[2]; param->d_ucs[7] = p1.d_ucs[3]; } // 串口通信消息头 const unsigned char g_uart_send_head[] = { 0xaa, 0x55 }; // 播报函数7 void _uart_bobao7() { uart_param_t param; int i = 0; unsigned char buff[UART_SEND_MAX] = {0}; for (i = 0; i < UART_MSG_HEAD_LEN; i++) { buff[i + 0] = g_uart_send_head[i]; } buff[2] = U_MSG_bobao7; for (i = 0; i < UART_MSG_FOOT_LEN; i++) { buff[i + 3] = g_uart_send_foot[i]; } _uart_send_impl(buff, 5); } // 播报整数 void _uart_bozhensgshu(int zhengshu) { uart_param_t param; int i = 0; unsigned char buff[UART_SEND_MAX] = {0}; for (i = 0; i < UART_MSG_HEAD_LEN; i++) { buff[i + 0] = g_uart_send_head[i]; } buff[2] = U_MSG_bozhensgshu; param.d_int = zhengshu; _int16_to_int32(¶m); buff[3] = param.d_ucs[0]; buff[4] = param.d_ucs[1]; buff[5] = 0; buff[6] = 0; for (i = 0; i < UART_MSG_FOOT_LEN; i++) { buff[i + 7] = g_uart_send_foot[i]; } _uart_send_impl(buff, 9); } void setup(){ Serial.begin(9600); // 硬件串口（与电脑通信） mySerial.begin(9600); // 软件串口（与外设通信） pinMode(BuzzerPin,OUTPUT); // 设置无源蜂鸣器引脚为输出模式 pinMode(WaterLevelPin,INPUT); // 设置水位传感器引脚输入模式 pinMode(RelayPin,OUTPUT); // 设置继电器引脚为输出模式 Wire.begin(21,22); // 打开LCD通信引脚 Waterlevel = 0; // 定义变量Waterlevel初始值为0 yuyin = 0; // 定义变量yuyin初始值为0 lcd.init(); // 初始化LCD lcd.backlight(); // 打开LCD背光 lcd.display(); // 打开LCD显示 lcd.clear(); // LCD清屏 } void loop(){ Waterlevel = analogRead(WaterLevelPin); // 获取水位传感器的模拟值 // 在LCD对应位置显示水位相关信息 lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Water Level:"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(Waterlevel); if (mySerial.available() > 0) { // 接收语音控制模块的外设数据(命令参数) yuyin = mySerial.read(); // 将接收到的外设数据(命令参数)进行赋值 Serial.println(yuyin); // 串口打印收到的外设数据(命令参数) if (yuyin == 52) { // 进行判断，接收到的外设数据(命令参数)为52，检测水池水位并且进行语音播报 yuyin = 0; delay(2000); _uart_bobao7(); delay(2000); _uart_bozhensgshu(Waterlevel); delay(2000); } } if (Waterlevel >= 800) { // 当检测到水池水位高于800时 tone(BuzzerPin,659); delay(100); tone(BuzzerPin,532); delay(100); tone(BuzzerPin,659); delay(100); noTone(BuzzerPin); // 关闭蜂鸣器 if (yuyin == 9) { // 进行判断，接收到的外设数据(命令参数)为9，继电器控制水泵抽水 yuyin = 0; delay(1000); digitalWrite(RelayPin,HIGH); // 打开继电器 delay(400); // 灌溉的延时 digitalWrite(RelayPin,LOW); // 关闭继电器 delay(700); } } delay(500); lcd.clear(); // 清除LCD显示 } ``` #### 4.4.10.5 实验结果 按照接线图接好线，外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮![Img](../media/cou0.png)上传代码。上传代码成功后，将水位传感器的水位检测区插入水中（或者：用湿漉的手去触碰传感器的水位检测区，来模拟水位），LCD1602模块显示屏实时显示水位信息。 对着智能语音模块上的麦克风，使用唤醒词 “你好，小智” 或 “小智小智” 来唤醒智能语音模块，同时喇叭播放回复语 “有什么可以帮到您”。 智能语音模块唤醒后，对着麦克风说：“当前水位是多少” 或 “水位多少” 等命令词时，接着语音播报 “正在为您读入水位” + “当前水位为” + “水位传感器检测到的水位模拟值”。 当水位传感器检测到的水池水位模拟值高于设定的阈值时，蜂鸣器会发出警报声音，唤醒智能语音模块，对着麦克风说：“浇水” 或 “请浇水” 等命令词时，喇叭播放对应的回复语 “已开始浇水”，同时打开继电器控制水泵抽水。 ![Img](../media/Water-Level-Testing-System.gif)