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PART.01引言在工业场景中，电极式水位计常被用于锅炉、压力容器、水箱等设备，实现水位的实时监测与高低水位报警，保障设备安全运行。
当然在民用场景里应用也较为广泛，像日常可见的热水器、加湿器、饮水机等家电，内部都有水位监测装置。
这些装置往往不需要精准的水位距离，只需要知道水位是否在上下限中，避免干烧或溢水问题即可。
PART.02功能介绍✪本模块采用工业上常用的DC24V供电（6V~30V都可），板载运行指示灯与配网按钮。
✪使用RS485总线与外部设备通讯。
✪主机使用标准的MODBUS RTU协议便可设备进行查询与控制。在水位采集上，为了避免电极极化同时也是延长电极使用寿命，没有使用直接通直流电源方案转而使用公共电极发射PWM脉冲，在三个副电极（采样电极）上产生电压变化，单片机使用AD口采样电压的方案。
✪在不用的水质、气压、温度等环境下，同一水位采样回来的电压值不尽相同，所以在本模块中可以对每个通道的触发阈值进行设置，从而适应不同的生产/生活环境。
✪既然使用了Ai-WB2模组作为主控，设备不联网就太过可惜了，因此加入了网络功能。
用户在对设备配网后，设备便连接上对应的MQTT『服务器』订阅了相关主题（可在代码中更改）。这样使得模块的拓展性大大增加。
可以通过MQTT协议将设备连接至小程序、网站或公司内部使用的『服务器』等，使得多设备联动，会更加智能化。
PART.03硬件设计硬件部分较为简单，主要在于软件。
主控采用Ai-WB2-12F模组。
模组内置低功耗的32位RISC CPU，276KB RAM和丰富的外围接口，包括 SDIO，SPI，UART，I2C， IR remote，PWM，ADC，DAC，PIR 和 GPIO等。
本次项目的硬件需求为：
●一路LED
●一路按键检测
●一路PWM输出
●三路ADC采样
jrhz.info●一路485通讯
使用Ai-WB2-12F模组作为主控完美适配。
电源部分分两级，输入24V转5V部分采用L7805『芯片』进行降压（建议采用DCDC，手头有这个『芯片』才采用这颗LDO），随后通过经典的AMS1117-3.3，将5V降压至3.3V作为主控『芯片』的供电。
众所周知485为半双工通讯，相较于UART的RX 、TX多了一个控制接收和发送的控制引脚，为了方便直接搭了一个自动收发电路，在9600波特率的低速场合下运行是完全没有问题的，这样对于软件层面上来讲和UART就没什么不同了。
下面是本项目的原理图与PCB图。
图1 原理图
图2 PCB二维图
4.1 主控软件设计
本项目的单片机软件方面主要使用了GPIO、PWM、ADC、UART、MQTT等。整体软件工作流程为：
①设备上电，检测配网按键是否按下。
②如果配网按键按下，则进入配网模式；设备会先开启STA模式连接存储的配网信息，连接不上wifi则会发出一个AP热点重新配网。用户手机输入密码12345678连接SSID为ai-think的热点（热点名和密码可改）。随后打开浏览器输入192.168.169.1进入配网页面进行配网。
③如果配网按键未按下，或网络连接成功后，设备在公共电极上产生PWM脉冲，通过三通道ADC实时采样副电极电压，与触发阈值进行比较从而判断水位状态。
④设备实时的通过MODBUS和MQTT协议与外部设备进行交互，将水位状态、采样值、阈值等信息传输出去。
具体软件流程图如下：
图3 系统软件流程图
4.2 Modbus通讯协议
4.2.1寄存器地址表
地址功能数值类型读/写0x0100 ~ 0x0102三路水位状态寄存器BoolR0x0200 ~ 0x0202三路通道采样值寄存器Uint16R0x0300 ~ 0x0302三路触发阈值寄存器Uint16R/W0x0400设备站号寄存器（0站号作为广播地址）Uint8R/W
4.2.2 指令简介
目前本模块支持的功能码有01、03、06三个功能码，如修改站号相关指令使用广播地址00即可。
01-读线圈状态
发送查询三路水位状态：
0101010000037DF7站号功能码寄存器地址H寄存器地址L读取数量H读取数量LCRC16HCRC16L
返回：
01010104504B站号功能码数据字节数低三位代表水位状态CRC16HCRC16L
03-读保持寄存器
发送查询通道1采样值命令：
01030200000185B2站号功能码寄存器地址H寄存器地址L读取数量H读取数量LCRC16HCRC16L
返回：
010302000FF840站号功能码数据字节数通道1采样值H通道1采样值LCRC16HCRC16L
06-设置单个保持寄存器值
发送设置通道1触发阈值为命令：
010603000BB88ECC站号功能码寄存器地址H寄存器地址L设置阈值H设置阈值LCRC16HCRC16L
返回：（与发送指令相同）
010603000BB88ECC站号功能码寄存器地址H寄存器地址L设置阈值H设置阈值LCRC16HCRC16L
4.3 MQTT通讯协议设计
当给模块配网成功后，模块便将配网WIFI的ssid和password存至内部flash中了。下次再上电便会直接直接Wi-Fi。
模块成功连接网络后便会进行连接设定的MQTT『服务器』并订阅相关主题。给模块添加这个功能主要就是为了增加模块拓展性与智能性，让它不再单单是个连接PLC的485模块。
模块订阅：waterLevel/cmd 主题，接收其他端（小程序，网站等）发送的控制命令，并在 waterLevel/res 主题中发送响应消息。
其他端订阅： waterLevel/res 接收模块的响应消息，在 waterLevel/cmd 发布控制消息。
通讯协议为：
//查询水位命令格式 { "id"：1， //设备的485站号 "cmd"：0， //查询命令 0:查询水位状态与采样值，1:查询/设置阈值 } //查询阈值命令格式 { "id"：1， //设备的485站号 "cmd"：1， //查询命令 0:查询水位状态与采样值，1:查询/设置阈值 } //设置阈值命令格式 { "id"：1， //设备的485站号 "cmd"：1， //查询命令 0:查询水位状态与采样值，1:查询/设置阈值 "TH1"：100， //通道1 要设置的阈值 "TH2"：100， //通道2 要设置的阈值 "TH3"：100， //通道3 要设置的阈值 }PART.05实物演示还是先来几张实物图：
图4 PCB焊接后图
图5 模块实物图
模块的对外接口主要有3种：
●首先是DC 6V~30V的电源输入，使用工业上常用的24V开关电源接上就行了
●其次是485通讯接口的A B线
●最后是电极接口，模块标的SCOM作为电极公共端连接设备外壳（一定要是导电的如蒸气锅炉等）或单独连接一根最长的电极，剩下三个S1、S2、S3连接三根不同长度的电极即可。
在视频演示中，由于没有找到电极就直接使用了长短不一的铜柱代替了，就这样做了一个简易的测试装置，在蒸汽锅炉中也是能正常使用的，原理都是相同的。具体演示视频如下：
这次做的电极式水位计模块各种的功能还是很适用于工控场合的。
因为笔者不太喜欢只做功能上的堆叠不去考虑现实应用，。当然这个小项目还有些不足，受限于Ai-WB2的引脚数量，没有再做对应三个通道的DO有些可惜，虽然有些遗憾，但哪有完全完美的事物呢？
这次的小项目就到这啦！！！下次再见吧
附件：
附件：电极式水位计_s.ziphttps://link.zhihu.com/?target=https%3A//bbs.ai-thinker.com/forum.php%3Fmod%3Dviewthread%26tid%3D47315%26highlight%3D%25E7%2594%25B5%25E6%259E%2581%25E5%25BC%258F
原贴地址
【电子DIY作品】基于Ai-WB2的电极式水位计https://link.zhihu.com/?target=https%3A//bbs.ai-thinker.com/forum.php%3Fmod%3Dviewthread%26tid%3D47315%26highlight%3D%25E7%2594%25B5%25E6%259E%2581%25E5%25BC%258F
