基于STM32的自动水满报警系统设计

目录

1. 引言
2. 系统设计
   1. 硬件设计
   2. 软件设计
3. 系统功能模块
   1. 水位检测模块
   2. 报警模块
   3. 自动控制模块
4. 控制算法
   1. 水位检测逻辑
   2. 报警触发逻辑
5. 代码实现
   1. 水位检测模块
   2. 报警控制模块
   3. 自动控制逻辑
6. 系统调试与优化
7. 结论与展望

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1. 引言

水满报警系统在家庭、农业、工业等领域广泛应用，通过实时检测水位高度，当水位达到预设阈值时触发报警，避免因溢水导致资源浪费或设备损坏。本文设计了一款基于STM32的自动水满报警系统，通过水位传感器检测水位，结合报警器发出提示，并支持自动控制水泵的启停。

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2. 系统设计

2.1 硬件设计

• 主控芯片：STM32F103，用于水位数据采集与处理、控制报警和水泵。
• 水位传感器：如浮子开关、超声波水位传感器，实时检测水位高度。
• 继电器模块：控制水泵的开关。
• 蜂鸣器模块：当水位达到设定阈值时，发出声光报警。
• LCD显示模块：实时显示水位高度和系统状态。
• 按键模块：用户可手动控制报警或切换模式。
• 电源模块：提供稳定的电源供给。

2.2 软件设计

• 水位检测模块：通过ADC或GPIO读取水位传感器的数据，判断当前水位高度。
• 报警控制模块：当水位超过预设值时，触发蜂鸣器和LED进行报警。
• 自动控制模块：根据水位数据，自动控制水泵的启停。
• 显示与交互模块：显示当前水位和报警状态，并通过按键切换工作模式。

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3. 系统功能模块

3.1 水位检测模块

• 水位传感器：通过电压变化或数字信号判断水位高度。
• 采样与滤波：通过ADC采集水位传感器的信号，结合滤波算法减少噪声。

3.2 报警模块

当水位达到设定阈值时：

• 蜂鸣器报警：发出警报音提示用户。
• LED提示：通过LED闪烁提示当前水满状态。

3.3 自动控制模块

• 水泵控制：当水位低于设定值时启动水泵；当水位达到设定值时关闭水泵。
• 模式切换：支持自动模式和手动模式。

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4. 控制算法

4.1 水位检测逻辑

通过水位传感器的输出信号判断当前水位：

• 如果水位低于低阈值，启动水泵。
• 如果水位高于高阈值，关闭水泵并触发报警。

4.2 报警触发逻辑

当水位超过高阈值：

• 激活蜂鸣器和LED。
• 在LCD上显示报警信息。

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5. 代码实现

5.1 水位检测模块

#include "stm32f1xx_hal.h"#define WATER_SENSOR_PIN GPIO_PIN_0  // 水位传感器连接到ADC通道
#define ADC_MAX_VALUE 4096           // ADC分辨率
#define HIGH_WATER_THRESHOLD 3000    // 高水位阈值（ADC值）
#define LOW_WATER_THRESHOLD 1000     // 低水位阈值（ADC值）ADC_HandleTypeDef hadc1;void ADC_Init() {ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;HAL_ADC_Init(&hadc1);sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_1CYCLE_5;HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}uint16_t read_water_level() {HAL_ADC_Start(&hadc1);if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 1000) == HAL_OK) {return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);  // 返回ADC值}return 0;
}

5.2 报警控制模块

#define BUZZER_PIN GPIO_PIN_1
#define LED_PIN GPIO_PIN_2void trigger_alarm() {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, BUZZER_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 打开蜂鸣器HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, LED_PIN, GPIO_PIN_SET);     // 打开LED
}void stop_alarm() {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, BUZZER_PIN, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭蜂鸣器HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, LED_PIN, GPIO_PIN_RESET);     // 关闭LED
}

5.3 自动控制逻辑

#define PUMP_PIN GPIO_PIN_3void control_pump(uint16_t water_level) {if (water_level < LOW_WATER_THRESHOLD) {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, PUMP_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 启动水泵} else if (water_level > HIGH_WATER_THRESHOLD) {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, PUMP_PIN, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭水泵trigger_alarm();  // 触发报警} else {stop_alarm();  // 停止报警}
}

5.4 主函数

int main() {HAL_Init();ADC_Init();while (1) {uint16_t water_level = read_water_level();  // 读取水位control_pump(water_level);                 // 控制水泵HAL_Delay(500);                            // 延时500ms}
}

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6. 系统调试与优化

1. 传感器校准：根据实际使用环境校准传感器阈值，确保检测精度。
2. 滤波处理：加入均值滤波或中值滤波算法，减少传感器输出的噪声干扰。
3. 实时性优化：优化水位检测和报警响应时间，确保系统实时性。
4. 低功耗设计：在非工作状态下，关闭部分模块，延长系统电池续航时间。

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7. 结论与展望

本文设计的基于STM32的自动水满报警系统，通过水位检测、自动控制和报警功能实现了智能化水位管理，具有操作简便、功能齐全和精度高的特点。未来可以扩展系统功能，如增加手机APP远程监控、无线数据传输模块，以及基于云平台的历史数据分析，进一步提升系统的实用性与智能化水平。