本课题基于 51 单片机设计一个简易的涵洞水深警示系统，重点结合超声波测距 技术，配合液晶显示技术和蜂鸣器报警技术，将超声波探头安装在涵洞顶部实时检测 涵洞水位并通过 LCD 显示屏显示出来。当有大量水流涌入涵洞时，超声波传感器会 检测到水深超过预设警戒值，则通过蜂鸣器鸣叫以及发光二极管导通变亮发出报警提 醒司机小心驶入。虽然设计原理比较简单，但是通过显示水深及报警应该能够尽量减 少交通事故的发生。

1。2 超声波测距技术发展现状

1。3 课题研究内容及章节安排

1。3。1 课题研究内容

在考虑了课题研究背景以及相关技术的研究发展现状之后，本系统提出以 51 系 列单片机为核心，主要配合超声波发射和接收装置、声光报警模块、LCD 显示模块 等元器件，实现涵洞水深的测量以及超限时的水深数据的本地显示以及声光报警的功 能。同时文中还对系统单元电路的设计进行阐述，并且绘制相应电路原理图以及编写 相应的程序。

1。3。2 章节安排

第 1 章主要介绍了本课题的研究背景、课题研究的目的意义，还重点介绍了超声 波的发现以及作为距离测量工具的国内外发展状况，最后对于本课题的相关应用做了 简单介绍。

第 2 章主要介绍了本次研究课题的总体方案设计。首先介绍了本课题设计需要应 用的主要技术，也就是超声波测距技术，接着给出系统总体框图，最后重点介绍了整 个系统的设计思路。

第 3 章主要介绍了对硬件系统的选择及电路设计。分别介绍了单片机的选择及其 工作原理、HC-SR04 超声波测距模块的工作原理、LCD 液晶显示模块电路和蜂鸣器 报警电路的工作原理及设计。

第 4 章主要讲述了系统软件方面的知识。对整个系统程序分模块、分功能进行介 绍，并配有相关程序及设计流程图。

第 5 章是进行系统硬件的组装测试及其性能误差分析。首先展示了系统实物连接 图，并对硬件的排版组装及引脚连接进行说明，然后讨论了系统实际性能，最后对影 响系统性能，造成测量误差的原因进行分析。

第 6 章是对本设计的总结和展望。本章对整个设计过程进行总结，也指出了设计 过程中遇到的问题及解决，最后对本次课题——基于单片机的涵洞水深警示系统的发 展前景进行了展望。

第二章 系统方案选择

本章从系统方案等一些方面来进行介绍。本设计方案的选择主要是考虑到要进行 涵洞水深的测量，所以主要是运用超声波测距原理，以 51 单片机系列为控制核心展 开的。本次设计的主要任务是测量水深和显示及声光报警，设计中涉及到的内容比较 多，所以选择采用模块的方式进行设计。以下主要介绍超声波测距原理以及测距传感 器的选择，最后论述整个系统的设计思路。

2。1 主要技术

2。1。1超声波测距技术

超声波是一种由机械振动产生的机械波，频率一般高于 20Hz，而且可以以不同 的速度在不同的介质中传播。超声波具有很多良好的性质，比如传播的方向性强，在 传播过程中能量消耗的慢，而且能在介质中传播较远的距离。此外，超声波的反射能 力较强，可以实现与被测物体的非接触式测量，并且能将测量结果清晰稳定的显示出 来。利用这些良好性质，经常将超声波应用于距离测量，如测距仪和物位测量仪。因 为超声波可以实现对待测物的非接触式测量，所以在比较恶劣的环境下，如光线比较 暗或者有灰尘烟雾等，超声波测距就显示出其优越性，因此也常将此原理应用于液位 测量、车辆自动导航等方面。尤其在空气中测量距离时应用的更加广泛，因为在空气 中超声波的传播速度相对比较慢，所以当接收到回波信号时，很容易检测到其中包含 的沿传播方向的结构信息，这样会有比较高的分辨率，所以相对于其他方法的精准度 比较高。文献综述