原标题：基于PIC16C72单片机控制为核心的水温水位控制器设计方案

基于PIC16C72+74HC04+SM42052的水温水位控制器设计方案

1. 引言

水温水位控制器在工业和家用水处理系统中起着至关重要的作用。该控制器的设计目标是实现对水箱的温度和水位进行精确测量和自动控制，以满足特定的应用需求。水箱水位过低时应自动补水，防止干涸影响系统运行；水温过高或过低时应及时调整，以满足不同应用场景的需求，如热水供应、工业冷却或农业灌溉。

本方案采用Microchip的PIC16C72单片机作为核心控制单元，搭配74HC04反相器及SM42052水位传感器，并结合其他外围电路实现完整的控制功能。整体系统具有成本低、控制精度高、适应性强等特点，适用于家庭、工业及农业用水管理。

2. 方案概述

该水温水位控制系统主要由以下几个部分组成：

• 主控单元：采用PIC16C72单片机负责信号采集、数据处理和执行控制策略，同时提供接口用于扩展功能，如无线通信模块或云端监测。

• 传感器模块：包括SM42052水位传感器和温度传感器（如DS18B20），用于实时测量水箱水位和温度，确保数据的可靠性和实时性。

• 信号处理模块：使用74HC04反相器对传感器输出信号进行逻辑转换，提高数据的稳定性，确保控制信号的精准性。

• 执行机构：采用继电器模块控制水泵、电磁阀和加热器，实现对水位和温度的自动调节。

• 显示与人机交互：采用LCD或LED显示屏，实时显示当前水温和水位，并通过按键设定阈值，实现手动与自动控制的结合。

本设计的整体流程如下：

1. 传感器检测当前水箱水位和温度，并将数据传输给PIC16C72单片机。

2. PIC16C72进行数据处理，并根据设定的阈值判断是否需要开启或关闭水泵和加热器。

3. 若水位过低，系统自动启动水泵补水；若水温过低，则启动加热器升温；若水温过高，则启动冷却系统或停止加热。

4. 系统状态通过LCD或LED显示，并通过报警系统提醒用户异常情况。

3. 硬件设计

3.1 PIC16C72单片机

型号选择原因：

• 采用8位RISC架构，具有低功耗和高效能的特点，适用于水温水位控制等嵌入式应用。

• 内置10位ADC（A/D转换器），可直接读取传感器模拟信号，无需额外的信号转换电路。

• 3个PWM通道，可用于驱动执行器（如水泵或风扇），提高系统的灵活性。

• 具备EEPROM存储功能，可记录历史水温、水位数据，便于数据分析和智能优化控制。

• 具有丰富的I/O接口，可用于扩展其他功能，如无线通信模块（NRF24L01或ESP8266），实现远程监测。

在本设计中的作用：

• 采集水温和水位传感器的数据，并进行A/D转换。

• 处理采集的数据，并基于预设的控制逻辑做出判断。

• 通过继电器控制水泵和加热器，实现自动调节。

• 通过LCD1602显示当前状态，并提供用户交互界面。

• 记录和存储历史数据，便于后续分析和优化系统。

3.2 74HC04反相器

型号选择原因：

• 低功耗、高速CMOS器件，适用于低压应用。

• 适用于信号变换和逻辑电路优化，增强系统的稳定性。

• 提供反相功能，可用于调整传感器信号的逻辑电平，以匹配单片机输入。

在本设计中的作用：

• 处理传感器信号，提高信号稳定性，减少误判。

• 作为信号调理电路，确保数据传输可靠。

• 适配不同电平的传感器信号，优化系统兼容性。

3.3 SM42052水位传感器

型号选择原因：

• 具备高精度测量能力，可用于不同液体环境。

• 采用模拟电压输出，便于与PIC16C72的ADC接口对接。

• 具有防水设计，适用于长期稳定工作环境。

在本设计中的作用：

• 实时监测水箱的水位，并提供数据给主控单元。

• 配合控制逻辑，决定水泵的启停状态。

• 结合历史数据，实现智能补水策略，提高系统效率。

3.4 DS18B20温度传感器

型号选择原因：

• 采用单总线协议，便于多个传感器扩展。

• 低功耗、精度高（±0.5℃），适用于精确温控场景。

在本设计中的作用：

• 监测水箱温度，确保水温处于安全范围。

• 配合加热器控制，保证恒温供水。

• 可用于系统自检，防止温度传感器故障引发误操作。

3.5 执行机构（继电器+水泵+加热器）

元器件选择：

• 继电器模块（SRD-05VDC-SL-C），用于驱动水泵和加热器。

• 水泵（DC12V潜水泵），用于水位自动调节。

• 加热器（PTC加热片），用于维持水温。

在本设计中的作用：

• 实现水温和水位的自动调节，提高用户体验。

• 结合定时和逻辑控制，提高系统节能性。

3.6 显示与人机交互

• 采用LCD1602显示水温和水位数据。

• 通过LED指示水泵和加热器状态。

• 按键输入用于设定阈值，实现个性化控制。

4. 软件设计

软件采用C语言编写，主要包括以下功能模块：

• 数据采集（ADC读取SM42052数据，单总线读取DS18B20数据）。

• 数据处理（判断水位、温度状态，采用滤波算法去除噪声）。

• 执行控制（根据阈值控制水泵和加热器）。

• 显示和报警（LCD显示状态，水位过低或温度异常时蜂鸣器报警）。

• 历史数据存储（EEPROM存储温度、水位数据，优化控制策略）。

5. 结论

本方案基于PIC16C72+74HC04+SM42052，结合其他外围电路，提供了一种高效稳定的水温水位控制解决方案。系统可应用于家庭热水供应、工业冷却、农业灌溉等多个场景，并可扩展远程监测功能，具有良好的应用前景。