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和家用水處理系統中起著至關重要的作用。該控制器的設計目標是實現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、工業冷卻或農業灌溉。

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完整的控制功能。整體系統具有成本低、控制精度高、適應性強等特點，適用于家庭、工業及農業用水管理。

2. 方案概述

該水溫水位控制系統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、數據處理和執行控制策略，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，確保數據的可靠性和實時性。

• 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，提高數據的穩定性，確保控制信號的精準性。

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

• 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，并將數據傳輸給PIC16C72單片機。

2. PIC16C72進行數據處理，并根據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，則啟動冷卻系統或停止加熱。

4. 系統狀態通過LCD或LED顯示，并通過報警系統提醒用戶異常情況。

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，可用于驅動執行器（如水泵或風扇），提高系統的靈活性。

• 具備EEPROM存儲功能，可記錄歷史水溫、水位數據，便于數據分析和智能優化控制。

• 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），實現遠程監測。

在本設計中的作用：

• 采集水溫和水位傳感器的數據，并進行A/D轉換。

• 處理采集的數據，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，實現自動調節。

• 通過LCD1602顯示當前狀態，并提供用戶交互界面。

• 記錄和存儲歷史數據，便于后續分析和優化系統。

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化，增強系統的穩定性。

• 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，提高信號穩定性，減少誤判。

• 作為信號調理電路，確保數據傳輸可靠。

• 適配不同電平的傳感器信號，優化系統兼容性。

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，適用于長期穩定工作環境。

在本設計中的作用：

• 實時監測水箱的水位，并提供數據給主控單元。

• 配合控制邏輯，決定水泵的啟停狀態。

• 結合歷史數據，實現智能補水策略，提高系統效率。

3.4 DS18B20溫度傳感器

型號選擇原因：

• 采用單總線協議，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。

• 可用于系統自檢，防止溫度傳感器故障引發誤操作。

3.5 執行機構（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。

• 加熱器（PTC加熱片），用于維持水溫。

在本設計中的作用：

• 實現水溫和水位的自動調節，提高用戶體驗。

• 結合定時和邏輯控制，提高系統節能性。

3.6 顯示與人機交互

• 采用LCD1602顯示水溫和水位數據。

• 通過LED指示水泵和加熱器狀態。

• 按鍵輸入用于設定閾值，實現個性化控制。

4. 軟件設計

軟件采用C語言編寫，主要包括以下功能模塊：

• 數據采集（ADC讀取SM42052數據，單總線讀取DS18B20數據）。

• 數據處理（判斷水位、溫度狀態，采用濾波算法去除噪聲）。

• 執行控制（根據閾值控制水泵和加熱器）。

• 顯示和報警（LCD顯示狀態，水位過低或溫度異常時蜂鳴器報警）。

• 歷史數據存儲（EEPROM存儲溫度、水位數據，優化控制策略）。

5. 結論

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