#第十届立创电赛#智水警—基于瑞萨单片机的智能无线水位报警器

 1、项目功能介绍

一、 项目背景与痛点分析

近年来，在全球气候变化的大背景下，极端天气事件频发，许多城市遭遇了历史罕见的强降雨袭击。这种突如其来的“城市内涝”对居民生命财产安全构成了严重威胁，尤其是处于地势低洼地带的小区地下室、地下车库以及仓储库房，极易在短时间内成为“水乡泽国”。一旦进水，不仅会造成停放的车辆、储存的物资大量损毁，还会对电力设施、建筑结构造成长期且巨大的安全隐患，带来难以估量的经济损失。

传统的应对方式依赖于人工巡查或被动接收报警，往往在发现险情时，积水已然成势，错过了最佳的阻隔和抢救时机。因此，构建一套能够实时感知、早期预警、快速响应的智能化防汛监测系统，变得尤为迫切和重要。

二、 项目简介与核心目标

本项目旨在研发并实现一套“基于LoRa无线通信的地下空间智能防汛监测系统”。该系统综合利用超声波探测技术、LORA通信技术以及嵌入式控制技术，构建了一个由多个前端探测节点与一个接收主机组成的协同工作网络。其核心目标是解决地下空间进水“发现晚、响应慢”的难题，通过技术手段为财产防护争取到宝贵的“黄金时间”，将灾害损失降至最低。

三、 系统工作原理与技术创新

本系统由两大部分构成：前端探测器与接收报警器。

上图为前端探测器。

上图为接收报警器。

1. 前端探测器：现场的“敏锐哨兵”
探测器被部署于地下室、车库或仓库等需要防护的区域。其核心传感部件采用超声波探测模块。该模块被安装于室内顶部或预设的基准高度上，垂直向下发射超声波，并接收从地面或水面反射回来的回波。通过精确计算超声波往返的时间差，即可实时计算出探测器到当前水面的距离。通过将初始的“空库距离”与实时测量的“有水距离”进行比对，系统不仅能够定性判断“是否进水”，更能定量检测出“水位多高”，实现了对水情发展的精确追踪。

采集到的水位数据，经由低功耗微控制器处理，通过LoRa无线通信模块发送至接收机。选择LoRa技术，是因为其具有传输距离远、穿透能力强、功耗极低的显著优势。即使在信号覆盖较弱的地下环境，也能确保数据稳定、可靠地传输到数百米乃至公里之外的接收端，完美解决了传统Wi-Fi或蓝牙在地下空间信号衰减大的痛点。

2. 接收报警器：指挥中心的“智慧大脑”
接收机作为系统的中枢，实时接收来自探测器的数据。它通配备有4.3寸LCD电容触摸屏，能够清晰地展示所有监测点的实时水位状态、设备在线情况等信息。用户可以根据不同区域的风险等级和防护要求，在接收机上灵活设置报警水位阈值。

当前端探测器传回的数据达到或超过预设的报警值时，接收机将立即启动多重报警机制：包括高亮屏幕提示、发出高分贝声音警报等，确保提醒能够被现场人员第一时间察觉。这种设计使得物业管理人员或业主无需亲临每个地下空间，就能知悉防汛态势，实现高效、精准的监控管理。

四、 项目应用价值与未来展望

本项目的价值不仅在于其技术集成创新，更在于其深远的实际应用意义：

经济价值：为车主、业主、企业主避免因水淹导致的动辄数万乃至数十万元的经济损失。

社会价值：提升社区和城市的智能化防灾减灾水平，增强公众安全感。

管理价值：实现防汛工作的数字化、自动化，极大减轻了物业管理人员的工作负担，提升了应急响应效率。

展望未来，本系统具备强大的功能扩展潜力。例如，可以集成GSM/LTE通信模块，在报警时自动向责任人的手机发送短信或APP推送；可以联动自动控制设备，如启动应急排水泵、关闭防水闸门等，真正实现从“监测预警”到“自动处置”的全流程智能化防汛闭环。

综上所述，本项目是一款紧扣社会需求、技术方案成熟、实用性强且具备高性价比的创新解决方案，有望在应对极端天气挑战、守护城市地下空间安全中发挥重要作用。

2、项目属性

此项目为原创首次公开。

3、开源协议

GPL3.0开源协议，开源原理图及代码部分。

4、硬件部分

一、前端探测器

传感器选用的是一体防水模组超声波传感器，具有温度补偿、抗干扰能力强、测量精度高的特点。具有IP67的防护等级，潮湿等恶劣环境均可使用。

喇叭口增加其测量量程，可以检测28~750cm的距离，精度为±1cm。

LORA模块的型号是E32-433T30D，工作频率是410~441Mhz。发射功率为21~30dBm，在理想环境下，通信距离为8km。其尺寸图如下：

前端探测器与接收报警器共设计了一个PCB，通过焊接不同的器件，实现不同功能。

电源部分：

如下图所示，输入电压范围为DC 8~36V，输入电压经过肖特基二极管 SS34、滤波电容C16、C7进入K7805M的输入端，K7805M输出DC5V，再经SPX3819M5输出DC 3.3V。

其中SS34在电路中起到了防反接保护。

超声波传感器通过CN1接入，CN1接口输出5V电压给传感器供电。

同时，传感器的数据输出引脚C_TXD，通过信号连接排针连接LORA模块的发射引脚。同时LORA_M0和LORA_M1引脚要连接GND。

传感器供电后，会一直通过引脚C_TXD往外发送TTL的数据信号。

设置LORA模块参数：

将LORA模块的LORA_M0、LORA_M1引脚同时连接到+5V，将LORA_TX引脚与ASSISTANT_TX引脚连接，将LORA_RX引脚ASSISTANT_RX引脚连接。

通过CN4端子连接USB转TTL模块进行设置。

二、接收报警器

MCU为瑞萨的R7FA4M2AD3CFL#AA0，MCU电路：其中包含了复位电路、BOOT设置电路、晶振电路，SWD下载接口。

蜂鸣器电路：

屏幕接口：

屏幕为4.3寸的电容触摸串口屏，型号为DMG80480C043_01WTC。分辨率为800*400。通过TF卡下载程序，开发方便。

制作过程：

1、焊接前端探测器电路板

2、安装超声波传感器

3、安装前端探测器电路板并接线

4、安装上盖和天线

5、接收报警器外壳开孔

6、接收报警器外壳安装屏幕。

7、焊接并安装接收报警器电路板，连接内部接线。

8、下载程序调试成功后，组装接收报警器上下壳。

5、软件部分

在此编辑代码页面显示有问题，部分详细代码已上传至附件。

6、BOM清单

7、大赛LOGO验证