使用 SRF04 的全自动水位控制器
使用 SRF04、L293D 和 PIC16F84A 的全自动水位控制器
自动水位控制器简介
监测和控制水箱中的水位 是几乎许多住宅和商业领域中最重要的工作之一。在大多数情况下，尤其是在住宅建筑中，由于没有任何自动装置，经常监测水箱中的水位变得令人厌烦和不便。事实上，对于缺水的地方来说，溢水是一件非常昂贵的事情。
解决上述问题的唯一方法是拥有一种自动监测和控制水位的方法。虽然使用距离传感器、使用电流探头、使用超声波测距仪等技术有很多，但这里我们将重点介绍使用超声波测距仪。
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水位控制器系统概览
该系统由放置在水箱顶部的超声波测距传感器组成，一旦触发，它就会发出超声波信号。水箱中的水会反射掉信号。传感器会接收到这个信号，这两个信号之间的时间可以估计出信号行进的距离，从而估算出顶部的水位。
这里使用微控制器向超声波测距仪发送触发信号。一旦接收到回波，就会计算两个脉冲之间的时间延迟，这与水位成正比。延时是通过定时器计算的，定时器的计数脉冲数表示信号行进的距离，或水位。
由于这里的护林员被放置在水箱顶部，因此可以根据水箱顶部的水位来控制水流。例如，如果发现测量范围在 0 到 1 cm 之间，则说明水箱溢出，微控制器发送控制信号使电机反向旋转，以去除多余的水。 '
如果范围在 2 到 5 cm 之间，则油箱已满，微控制器发送控制信号以关闭电机。如果范围超过5cm，则油箱几乎是空的，微控制器发出控制信号使电机正向旋转。
自动水位控制器电路图
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图1：水位控制器
部件说明
以下组件将用于设计电路。
- 超声波测距仪 SRF04
- PIC单片机PIC16F84A
- 电机驱动器 L293D
- 直流电机
- 两个 1K 电阻
让我们对每个组件有一个简单的了解
超声波测距仪 SRF04 ：
SRF04 是一种高质量的超声波测距仪，用于许多机器人应用中，以便轻松检测障碍物。它需要 10 微秒的信号被触发。 
图 2：SRF04 超声波测距仪
一旦触发，它会发出 8 个超声波脉冲，频率为 40 KHz，同时发送将其回波线提升到 HIGH。一旦它接收到反射信号或回波，它就会将回波线降低到 LOW。
因此，回波脉冲的宽度表示信号行进的距离，即从护林员到物体的距离。因此，回波线是一个脉冲，其宽度与到物体的距离成正比。对于 1cm，回波脉冲宽度为 58 微秒。 
图 3：SRF04 时序图
PIC单片机PIC16F84A：
图4：PIC单片机PIC16F84A
它是一个 CMOS 兼容的 8 位 18 引脚闪存微控制器，带有一个 8 位定时器（带有 8 位可编程预分频器）。定时器操作由以下寄存器控制——OPTION_REG、TMR0 和 INTCON。 OPTION_REG 是一个 8 位寄存器，其 5 th 位（T0CS）选择所需的定时器或计数器操作。
设置该位选择计数器操作，清除它选择定时器操作。 TMR0 是定时器寄存器，而 INTCON 是中断寄存器，其第 5
位 (T0IE) 表示定时器标志，即它在定时器溢出时设置。 
电机驱动器 L293D：
图5：电机驱动IC L293D
它是一个 16 针、基于 H 桥的直流电机驱动器 IC。它具有驱动两个电机和双向驱动的能力。它由两个启用引脚（引脚 1 和 9）组成，当设置为高电平时，启用 IC 操作。它基本上充当微控制器和直流电机之间的接口。它由四个输入引脚组成——每个 H 桥电路两个。下面给出了一个表示电机控制的表格。 
| IN1（引脚 2） | IN2（引脚 7） | EN1（引脚 1） | 电机操作 |
| 高 | 高 | 高 | 关闭 |
| 低 | 低 | 高 | 关闭 |
| 高 | 低 | 高 | 开启（顺时针） |
| 低 | 高 | 高 | 开启（逆时针） |
| X | X | 低 | 关闭 |
注意：由于SRF04是TTL兼容器件，PIC16F84A是CMOS兼容器件，我们使用1K值的上拉电阻来补偿电压电平变化。
自动水位控制器的工作与操作
程序是这样编写的，从微控制器发送一个 10 微秒的脉冲来触发超声波测距仪。这是使用延迟函数编写的。定时器寄存器 TMR0 装入十进制值 200，因此它进行 55 次计数。
SRF04的输出，回波信号在RA4管脚（定时器时钟管脚，从而为定时器提供外部时钟脉冲）接收。一旦回波信号从 HIGH 变为 LOW，定时器就会被激活。随着定时器计数，中断标志位 T0IE 被监控。一旦设置，定时器将被停用。
对另一个回波脉冲重复该过程，依此类推。计算计时器操作的次数，这表示回波脉冲的数量。由于每个回波脉冲为 58 微秒，因此它表示 1 厘米。因此，5 个回波脉冲将表示 5cm。该计数值，以整数形式存储，用于控制直流电机。
如果数值在2到5之间，单片机发送HIGH信号到引脚RB0和RB1（分别连接到L293D的IN1和IN2），关闭电机。如果值在 5 到 20 之间，则微控制器向 IN1 发送 HIGH 信号，向 IN2 发送 LOW 信号，以打开电机并使其顺时针方向旋转。如果值在 0 到 1 之间，则微控制器向 IN1 发送 LOW 信号，向 IN2 发送 HIGH 信号，以打开电机并逆时针方向旋转。
使用SRF04自动水位控制器的优势
- 这将是一个简单方便的系统。
- 由于使用低成本组件，这将是一个低成本系统。
- 使用自动技术将消除使用手动方式控制水位所面临的障碍。
- 由于不使用机械部件，这将消除机械磨损或腐蚀的风险。
自动水位控制器的缺点
- 超声波测距仪 SRF04 会因使用许多电子设备而受到阻尼，因此应适当绝缘。
- 该系统的设计使得传感器和执行器需要彼此靠近放置。通俗地说，这个控制系统是针对水箱靠近水泵的地方。因此，对于许多使用潜水泵且水箱位于屋顶的建筑物，此自动水位控制器系统 不能使用。但是，这可以通过使用通信电路进行修改。
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