根据您现场的需求，可以定制一款典型的低功耗物联网液位监测终端的设计方案。其核心在于最大化续航与事件驱动型智能上报，而非传统的定时轮询。
以下为您梳理的系统设计方案，涵盖硬件、软件和通信三个方面（供参考）：
一、 核心设计理念
深度休眠为王：设备99%的时间应处于极低功耗的休眠状态，仅由特定事件（如液位变化、定时心跳）唤醒。
本地智能判断：液位变化的判断必须在设备本地完成，这是避免无效上报、节省电量的关键。
外设分时供电：超声波模块、4G模块等大功耗外设，仅在需要时上电工作，完毕后立即断电。
二、 硬件选型关键点
主控MCU：选择具有超低功耗休眠模式（如STM32L系列、ESP32的ULP协处理器模式、或专用低功耗单片机），且唤醒源丰富的型号。
超声波传感器：优先选择低功耗触发式超声波测距模块。注意其工作电压、电流以及测量盲区。
4G通信模组：选择支持透传模式和低功耗特性（如PSM、eDRX） 的Cat.1或NB-IoT模组。NB-IoT功耗更低，但需确认现场网络覆盖。
电源管理：
采用高效率、低静态电流的DC-DC/LDO。
设计电源开关电路（如MOS管），用于对超声波模块、4G模组进行硬件级断电。
电池：使用大容量锂亚硫酰氯电池，其自放电率极低，适合长寿命应用。需配合电池电压监测电路。
三、 固件与工作流程
状态机设计
设备主要在以下三个状态间切换：
深度休眠状态
功耗：< 10μA。
唤醒源：
定时器中断（用于周期性测量，如每10分钟唤醒一次进行检测）。
外部中断（可预留，用于按键或干接点触发等）。
测量与判断状态
唤醒后，MCU首先给超声波模块上电。
初始化并驱动超声波模块进行1-3次测量，取平均值滤波，消除偶然误差。
核心逻辑：本地变化判断
// 伪代码逻辑current_level = read_ultrasonic();if (abs(current_level - last_reported_level) > CHANGE_THRESHOLD) { // 变化超过阈值，标记需要上报 need_report = true; last_reported_level = current_level; // 更新已上报值} else { // 变化不显著，返回休眠 need_report = false;}// 保存当前值用于下次比较（但不一定是已上报值）last_measured_level = current_level;超声波模块立即断电。
联网上报状态
仅在
need_report == true时进入此状态。给4G模组上电，等待网络注册（此阶段功耗最高，时间应尽量优化）。
根据预设协议（推荐MQTT，连接开销小，支持遗嘱消息）上报数据。
数据包：包含设备ID、液位值、时间戳、电池电压等。
重要：必须有发送成功确认与重试机制（如最多3次重试），成功后进入休眠。
4G模组立即断电。
心跳包机制
为防止设备“死机”或网络侧认为连接丢失，需设置一个较长间隔（如24小时）的定时心跳上报。
心跳包可包含当前液位、设备状态信息，同时实现最低限度的定期数据同步。
四、 通信与协议建议
推荐MQTT协议：
协议轻量，适合物联网。
支持QoS等级，确保消息可达。
支持遗嘱消息，设备异常掉线时服务器能感知。
主题设计示例：
device/{device_id}/level（上报液位）device/{device_id}/status（上报心跳/状态）device/{device_id}/cmd（订阅，用于接收服务器下发的配置指令，如修改阈值）
数据格式：推荐使用JSON，可读性好，易于扩展。
{ "id": "Device001", "timestamp": 1697012000, "level": 1250.5, "unit": "mm", "battery": 3.6, "type": "event" // 或 "heartbeat"}
五、 关键优化与注意事项
阈值设置：
CHANGE_THRESHOLD是灵敏度和续航的平衡点。需根据现场液位波动情况和测量精度合理设定（例如，变化>10mm才上报）。抗干扰处理：
超声波测量时，加入软件滤波算法（如中值滤波、滑动平均）。
判断逻辑可增加持续确认（如连续两次测量都超阈值才认为有效），防止单次干扰误触发。
降低4G连接耗时：
利用4G模组的PSM省电模式，在休眠期间保持核心网注册，下次唤醒可快速附着。
优化APN配置、服务器地址等参数，避免重复查询。
本地存储：关键数据（如上送失败的数据、最新液位值）应存入MCU的EEPROM或FRAM，防止掉电丢失。
配置与管理：
设备应支持远程配置（通过MQTT或首次上电的HTTP请求），可动态修改上报阈值、心跳间隔等。
预留本地调试接口（如USB或蓝牙）。
六、 预期效果
通过以上设计，设备在液位稳定的情况下，理论上仅由周期性测量（如每10分钟一次，持续约1秒）产生微量功耗，每日触发联网上报的次数极少，从而使得内置电池的续航能力可达数年。
这是一个非常成熟和可行的物联网感知终端设计方案。在实际开发中，需要针对选定的具体硬件进行深入的驱动和功耗优化调试。
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