基于 ESP32 与 Blynk 的智能水塔水位监测系统设计

作者：时间：2025-11-14 来源：

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1. 问题背景：凌晨 5 点溢出的水

很多家庭都经历过类似的场景：
某天凌晨 5 点，楼顶水塔开始往外溢水，水龙头边还能听见水泵嗡嗡作响——因为前一晚忘记关电机。

这一小小的疏忽，带来了一连串问题：

自来水被白白浪费；
电机长时间空转，电能被浪费；
更严重的是：水泵可能因过载过热而烧毁；
这一情况在 家庭、宿舍、公寓楼、乡村水塔 中每天都在重复发生。

与此同时，我们正在谈论机器人、无人机、AI、云计算，但对自家水箱 “满了没”“快空了没” 这样简单的问题，却往往依赖人工去楼顶查看——这显得有些“反差”。

因此，本文从一个真实的小痛点出发，设计并实现了一个 基于 ESP32 的 IoT 智能水位监测系统，目标是：

实时监测水塔水位，并在手机上可视化；
当水满或水位过低时推送告警；
可选：自动关闭水泵，避免溢水和过载；
使用常见器件（ESP32 + HC-SR04 + Blynk），成本低、易 DIY。

2. 系统整体方案

整个系统的核心思路是：
用超声波传感器测量“水面距离传感器的高度”，再换算成水位高度与百分比，通过 Wi-Fi 上传到 Blynk 云端，在手机 App 上实时显示和告警。

2.1 使用的主要硬件

ESP32 开发板

集成 Wi-Fi，支持 Blynk IoT 平台；
负责传感器采集、数据处理和联网通信。

HC-SR04 超声波测距传感器

安装在水箱顶部，向下发射超声波；
测量“传感器到水面”的距离，实现非接触式水位检测。

继电器模块（可选）

由 ESP32 控制；
通过继电器控制水泵电源，实现自动“断电/开机”。

智能手机 + Blynk App

作为 IoT 云平台和人机界面；
用于显示实时水位、推送告警通知、远程控制水泵。

2.2 方案特点

硬件简单、成本低、易于在家庭和乡村环境部署；
无需接触水体，传感器安装和维护难度低；
通过云平台和手机 App，全程无线化。

3. 工作原理与测量逻辑

系统的关键公式非常直观：

水位高度 = 水箱总高度 − 传感器测得的距离

假设：

水箱深度（高度）为 TANK_DEPTH（单位 cm）；
超声波测得传感器到水面的距离为 distance；

则有：

waterLevel = TANK_DEPTH - distance
waterPercent = (waterLevel / TANK_DEPTH) * 100%

为了保证数据合理，软件会对结果做边界限制：

若计算结果 < 0，则归零；
若计算结果 > 100%，则按 100% 处理。

4. 硬件安装：传感器与水箱布局

超声波传感器安装位置

探头正对水面中央，避免壁面干扰；
与水面之间没有管道、浮球等遮挡物；
传感器高度尽可能接近水箱顶面，以便把水箱总高度设为常数。

将 HC-SR04 固定在水箱顶部内侧，探头朝下；
尽量保证：

电气连接

继电器线圈电压与触点额定电压；
水泵电源属于高压部分，必须安全接线。

HC-SR04 的 TRIG、ECHO 分别连接到 ESP32 的 GPIO：
```
#define TRIG_PIN  5
#define ECHO_PIN  18
```
ESP32 通过 USB 或稳压电源供电；
若使用继电器控制水泵，需要额外注意：

5. 软件设计与 Blynk 云平台

5.1 核心功能

周期性触发超声波测距（每 1 秒一次）；
计算距离 → 换算水位高度 → 换算水位百分比；
将数据发送到 Blynk 虚拟引脚（例如 V0、V1）；
在串口输出调试信息；
设置“水满”“水位偏低”的阈值，触发手机通知与电机控制。

5.2 Blynk 端数据映射

在示例代码中：

V0：显示水位百分比（0–100%）；
V1：显示水位高度（单位：cm）。

在手机端 Blynk App 上可以：

放置 Gauge（仪表盘）组件 显示百分比水位；
用 Label/Value Display 显示精确高度。
配置 事件通知 / Automation，实现：

水位 ≥ 95%：推送“水箱已满，电机已关闭”；
水位 ≤ 10%：推送“水位过低，请开启电机”。

6. 完整代码解析（ESP32 + HC-SR04 + Blynk）

下面是你给出的完整代码，已经可以实现 水位测量 + Blynk 实时上报。在文章中可以直接作为“参考实现”。

/************* Smart Water Level Monitoring System *************
   Hardware: ESP32, HC-SR04 Ultrasonic Sensor, Blynk App
   Features:
   ✔ Measure water level in tank
   ✔ Send percentage to Blynk App
   ✔ Show water level on Serial Monitor
   ✔ Automatically detect tank full or empty
   ✔ Motor control can be added easily
****************************************************************/

#define BLYNK_TEMPLATE_ID "Your_Template_ID"
#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "Water Level Monitor"
#define BLYNK_AUTH_TOKEN "Your_Blynk_Auth_Token"

#include <WiFi.h>
#include <WiFiClient.h>
#include <BlynkSimpleEsp32.h>

// Wi-Fi Credentials
char ssid[] = "Your_WiFi_Name";
char pass[] = "Your_WiFi_Password";

// Ultrasonic Sensor Pins
#define TRIG_PIN  5
#define ECHO_PIN  18

// Tank Dimensions (in cm)
const int TANK_DEPTH = 100; // Tank height in centimeters

long duration;
float distance, waterLevel, waterPercent;

BlynkTimer timer;

/***************** Function to Measure Water Level *****************/
void measureWaterLevel() {
  // Send ultrasonic pulse
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

  // Read echo time
  duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);

  // Calculate Distance (cm)
  distance = duration * 0.034 / 2;

  // Calculate water level
  waterLevel = TANK_DEPTH - distance;

  // Calculate percentage
  waterPercent = (waterLevel / TANK_DEPTH) * 100.0;

  if (waterPercent < 0) waterPercent = 0;
  if (waterPercent > 100) waterPercent = 100;

  // Send data to Blynk
  Blynk.virtualWrite(V0, waterPercent);  // Water Level in %
  Blynk.virtualWrite(V1, waterLevel);    // Water Level in cm

  // Print on Serial Monitor
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.print(" cm | Water Level: ");
  Serial.print(waterLevel);
  Serial.print(" cm | Tank Filled: ");
  Serial.print(waterPercent);
  Serial.println(" %");
}

/***************** Setup Function *****************/
void setup() {
  Serial.begin(115200);

  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);

  // Connect to Blynk
  Blynk.begin(BLYNK_AUTH_TOKEN, ssid, pass);

  // Timer runs every 1 second
  timer.setInterval(1000L, measureWaterLevel);
}

/***************** Main Loop *****************/
void loop() {
  Blynk.run();
  timer.run();
}

可以按以下思路向读者解释关键部分（如果你准备写成系列文章，可以在后续篇章展开）：

超声波测距：
pulseIn(ECHO_PIN, HIGH) 返回高电平持续时间（单位：微秒）；
声速约为 340 m/s，即 0.034 cm/μs；
距离 = 时间 × 声速 / 2（往返距离除以 2）。
定时任务：
使用 BlynkTimer 每秒调用一次 measureWaterLevel()；
避免在 loop() 中使用 delay()，保证 Blynk 连接稳定。
云端通信：
Blynk.virtualWrite(V0, waterPercent) 将数据推送至虚拟引脚 V0；
Blynk App 中将仪表盘绑定到 V0 即可实时显示。