優水•智慧水箱系統（專案）

東小東發表於2019-07-19

時間：2018年6月

階段：大二下學期

背景：自動化檢測系統設計課設

名稱：優水•智慧水箱系統

摘要：

優水•智慧水箱系統定位於定製型樓頂水箱的管理。系統使用有WiFi組網技術、水位檢測技術、霍爾接近開關技術、安卓程式設計技術等技術相互結合，實現多級控制檯管理和控制水箱功能，使家庭水箱的管理更加便捷及人性化。

在資訊化迅速發展的今天,我國許多地區水塔水箱供水系統的硬體設施和軟體技術落後,在水井距離用水點較遠的場合,或者用水高峰期時，通常需要水塔水箱來供應生產、生活用水,然而,人工啟動水泵的上水效率低,而且難以把握水位,而國內一般的解決方案是用浮動開關來用控制水箱的抽水和停止抽水，這樣倒是解決了其中難以把握水位的問題，但在這個物聯網的世界裡，解決這個問題是遠遠不夠的，怎樣建立一個好的使用者管理水箱互動介面是必須要加於考慮的。

關鍵詞：智慧；水箱；無線；安全；控制

概述

1.1 課題描述

樓頂水箱是家庭及工業用水必不可少的利器，傳統的水箱管理系統較為單一，其控制管理平臺是固定的不可移動的，互動介面較差。

擁有一個穩定可靠的水位檢測，多控制檯監測管理，手機隨時開即可監測和控制水箱的系統是技術發展的必須。

1.2 系統目標

優水•智慧水箱系統定位於樓頂水箱的管理。系統使用有WiFi組網技術、水位檢測技術、霍爾接近開關技術、安卓程式設計技術等技術相互結合，實現多級控制檯管理和控制水箱功能，使家庭水箱的管理更加便捷及人性化。

系統實時監測水箱水位，在水位較低時可開啟繼電器進而啟動水泵抽水，當水箱水位達到一定水位高度是會停止水泵抽水。另外還建立有良好的人機互動介面，多個控制檯可實時顯示水箱的水位，多個控制檯都帶有一個抽水按鍵，當水位較低時也可手動按下按鍵控制水箱進行抽水，安全方面是考慮到水箱蓋子在惡劣天氣時會脫離水箱，其可能會造成其它問題，系統可檢測檢測水箱蓋是否有脫離水箱，當水箱蓋脫離水箱多個控制檯會啟動蜂鳴器報警，以達到使用者警告。

1.3 環境

a) 作業系統：

Windows10家庭版 64位

b) 使用軟體：

安卓開發：Android Studio2.0

WiFi開發：ESP8266IDE

STM32開發：Keil uVision4

文件編寫：Microsoft Word 2016

c) 開發語言：

Java 語言

C 語言

系統需求分析

在資訊化迅速發展的今天,我國許多地區水塔水箱供水系統的硬體設施和軟體技術落後,在水井距離用水點較遠的場合,或者用水高峰期時，

通常需要水塔水箱來供應生產、生活用水,然而,人工啟動水泵的上水效率低,而且難以把握水位,而國內一般的解決方案是用浮動開關來用控制水箱的抽水和停止抽水，

這樣倒是解決了其中難以把握水位的問題，但在這個物聯網的世界裡，解決這個問題是遠遠不夠的，怎樣建立一個好的使用者管理水箱互動介面是必須要加於考慮的。

系統總體設計

3.1系統總設計框圖

圖3.1 系統總設計框圖

3.2系統功能

1) 實時水位監測：系統水位感測器模組擁有4個水位觸點，可達到5級水位監測，且實時可靠；

2) 水箱蓋實時監控：通過製作的霍爾感測器和磁鋼的作用，可實時監測到水箱蓋是否有脫離水箱；

3) 水泵自動供水：水泵開關是繼電器，當水位較低時繼電器會吸合，水泵開始抽水，當水位達到高度時，繼電器停止吸合，水泵停止抽水；

4) 無線多控制檯管理：使用者可以自定義無線控制檯的數量及位置，系統可擴充套件多個控制檯，多控制帶有蜂鳴器模組、顯示模組和按鍵模組，其中蜂鳴器是用於報警提示，顯示模組為顯示水位及警報資訊，按鍵模組可在水箱水位較低時手動按下抽水；

5) 安卓客戶端：使用者可以使用系統安卓客戶端連線到系統區域網內監測水箱的水位及水箱蓋子的情況，也可以通過安卓端控制水泵的工作。

3.3系統特點

1) 無線技術：通過WiFi組網，進行資料的無線傳輸；

2) 實時性：所有的資料都是實時傳輸和顯示的，儘可能的去減少時間延時，使系統所得的資料更加準確；

3) 系統安全：在惡劣的天氣裡，水箱蓋可能會脫離水箱，進而可能會造成水箱無蓋保護或者飛物砸人的危險情況，及時發現可減少危險的發生，系統可在水箱蓋脫離水箱時進行多級報警，其無線控制檯和一級控制檯蜂鳴器模組會鳴響，安卓客戶端也會有相應警告提示；

4) 方便性：使用者可通過無線多級控制檯和安卓客戶端實時監測水箱水位及水箱蓋子的情況，和控制水箱水泵的抽水等。

詳細設計

4.1水位檢測及自動供水實現

如圖4.1為系統水位監測及自動供水部分原理圖，水位感測器為自己設計和焊接，水位感測器模組擁有4個水位觸點（可擴充套件），可達到5級水位監測，其4個水位觸點通過放大電路連線到STM32微控制器模組IO口，STM32微控制器模組IO設定為輸入檢測模式，即可檢測到對應IO口的電平變化，從而判斷出水箱水位，再通過輸出模式IO口控制繼電器的吸合與斷開，進而控制水泵的工作狀態。

圖4.1水位檢測及自動供水實現原理圖

4.2水箱蓋監控實現

如圖4.2為系統水箱蓋監控實現原理圖，其使用的傳霍爾感測器為自己設計和焊接，霍爾感測器可用作接近開關，其中使用霍爾片A3144通過或者不通過放大電路將霍爾片輸出引腳接到STM32微控制器模組輸入IO口，在磁鋼S極接近時可輸出低電平，STM32檢測相應電平判斷水箱蓋是否有脫離水箱，若判斷到水箱蓋脫離水箱即會立即讓蜂鳴器鳴響，並會將預警資訊通過串列埠傳送到WiFi AP閘道器，進而讓WiFi AP 閘道器將預警資訊傳遞到相應接收模組。

圖4.2水箱蓋監控實現原理圖

4.3資訊實時傳輸實現

如圖4.3為系統資訊實時傳輸實現原理圖，系統的無線傳輸實現時通過區域網。其中STM32微控制器模組和WiFi AP閘道器組成了系統的一級控制檯，其主要為系統資料資訊的來源，連線有多感測器和多人機互動模組。水位感測器和霍爾感測器資料通過串列埠傳遞給WiFi AP閘道器，AP閘道器再將資料轉發給同一區域網內的控制檯和安卓客戶端，無線控制檯和安卓端的控制指令（如控制水泵的開啟指令）也是通過WiFi AP閘道器將資料發至STM32進行資料處理的。