基于一款防孩童墜樓系統(tǒng)的研究探討

薄純志，翟龍濤，于和群，宮曉藝

（德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

基于一款防孩童墜樓系統(tǒng)的研究探討

薄純志，翟龍濤，于和群，宮曉藝

（德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

防孩童墜樓系統(tǒng)是一款安裝在窗戶上用于檢測(cè)孩童是否有墜樓風(fēng)險(xiǎn)的裝置，它是基于正三角形現(xiàn)象，以STC12C5A60S2單片機(jī)為主控中心，以紅外避障模塊和警報(bào)器為執(zhí)行系統(tǒng)，對(duì)窗戶周圍的信息進(jìn)行采集，進(jìn)而判斷是否孩童有墜樓的危險(xiǎn)。同時(shí)利用正三角形現(xiàn)象對(duì)裝置進(jìn)行改進(jìn)，系統(tǒng)可以對(duì)孩童靠近窗戶與成人靠近窗戶進(jìn)行甄別，以防止發(fā)生誤報(bào)的可能。

防孩童墜樓；正三角形現(xiàn)象；STC12C5A60S2單片機(jī)

每個(gè)家庭孩子的出生、成長，都凝結(jié)著一家人無數(shù)的操勞與心血，每個(gè)孩子的父母都有“望子成龍，望女成鳳”的愿望，希望把自己所有的一切都給孩子，讓他可以開開心心、快快樂樂的長大?？墒呛⑼瘔嫎菃栴}一直是孩子成長路上的一個(gè)絆腳石，通過百度搜索會(huì)看到一幕幕觸目驚心的報(bào)道，這些報(bào)道的背后都是一個(gè)個(gè)鮮活生命的夭折與一個(gè)個(gè)幸福家庭的悲痛欲絕。深思孩童墜樓事件的發(fā)生，大多都是由于孩子監(jiān)護(hù)人的一時(shí)不慎而使得孩子靠近窗戶危險(xiǎn)邊緣，最終引發(fā)孩童墜樓。為了解決現(xiàn)實(shí)生活中孩童墜樓事件的發(fā)生，文章設(shè)計(jì)了一款可以自動(dòng)檢測(cè)孩童靠近窗戶危險(xiǎn)邊緣進(jìn)行報(bào)警的裝置，報(bào)警聲可以引起監(jiān)護(hù)人的注意，使監(jiān)護(hù)人將孩童帶離危險(xiǎn)區(qū)。同時(shí)本裝置還具有辨別成人與孩童靠近窗戶的功能，當(dāng)孩童靠近窗戶則會(huì)接通報(bào)警電路，引發(fā)報(bào)警器報(bào)警；而成人靠近窗戶時(shí)則無任何反應(yīng)。

1 系統(tǒng)簡介

本套裝置是由STC12C5A60S2單片機(jī)為控制中心，通過對(duì)紅外避障傳感器和報(bào)警器的控制，利用正三角形現(xiàn)象對(duì)靠近窗戶的人群進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到孩子靠近窗戶時(shí)，紅外避障傳感器的狀態(tài)由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)將電平變化信號(hào)傳輸?shù)絊TC12C5A60S2單片機(jī)中，經(jīng)單片機(jī)處理后，引發(fā)報(bào)警器報(bào)警。

2 傳感器類型選擇

在傳感器模塊選擇方面，起初擬使用熱釋電紅外線傳感器和報(bào)警器作為檢測(cè)是否由孩子靠近窗戶的工具。熱釋電紅外線傳感器是基于熱電效應(yīng)的一款熱電型的傳感器件，是通過接受能量的變化來達(dá)到檢測(cè)的目的，也就是說它可以檢測(cè)到人員在一定的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并將檢測(cè)到的信號(hào)送達(dá)報(bào)警系統(tǒng)，引發(fā)報(bào)警，以達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)孩子靠近窗戶引發(fā)報(bào)警的效果。但經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，無論是成人還是孩童靠近窗戶皆會(huì)引發(fā)報(bào)警器報(bào)警，從而會(huì)引起報(bào)警器誤報(bào)，達(dá)不到只檢測(cè)孩子靠近窗戶的功能。而且明顯的溫度變化和光照強(qiáng)度變化也會(huì)干擾運(yùn)行結(jié)果，結(jié)合實(shí)際需求和傳感器的工作原理，最終筆者選用了紅外避障傳感器來取代熱釋電傳感器，以保證正確的檢測(cè)結(jié)果。

3 紅外避障傳感器

紅外避障傳感器工作時(shí)的電壓符合單片機(jī)電路電壓，可以直接與單片機(jī)相連，方便簡單，易于操作。并且傳感器本身帶有電位器距離調(diào)節(jié)按鈕，可以根據(jù)實(shí)際需要自行調(diào)節(jié)它的檢測(cè)距離和安裝距離，因而筆者在電路檢測(cè)方面選用紅外避障傳感器，再利用“正三角形現(xiàn)象”，將傳感器安裝在合適位置，即可極致的發(fā)揮出其自身的特性。

4 正三角形現(xiàn)象

通過比較發(fā)現(xiàn)，成人與孩童接近窗戶的方式是不同的。由于身高的不同，成年人的身高會(huì)高于窗臺(tái)的高度，兒童則恰恰相反，因此就導(dǎo)致他們靠近窗戶所出現(xiàn)的現(xiàn)象是不同的：成人眺望遠(yuǎn)方時(shí)，常會(huì)雙腳著地、雙手置于窗臺(tái)上，這便會(huì)與地面形成一個(gè)正三角形，也就是說，他們的頭部以下會(huì)與窗臺(tái)之間會(huì)有一段距離，給其命名為“正三角形現(xiàn)象”；而孩子身高低于窗臺(tái)高度，當(dāng)其接觸窗戶時(shí)，多采用往上攀爬的方式來滿足他們的好奇心，而對(duì)于這種靠近窗戶的方式，會(huì)使他們的身體緊貼著墻壁且垂直與地面，身體是不會(huì)與窗臺(tái)之間是沒有明顯間距的，筆者稱其為“垂直現(xiàn)象”。筆者正式基于這兩種現(xiàn)象的特性，在窗臺(tái)的中部安裝有紅外線避障傳感器，傳感器與窗戶上下兩個(gè)邊框平行，以保證紅外線可以左右兩邊發(fā)射。正三角形現(xiàn)象與垂直現(xiàn)象的原理圖如圖1所示。

圖1 正三角形現(xiàn)象與垂直現(xiàn)象的原理圖

5 作品的創(chuàng)新點(diǎn)

在作品構(gòu)思上，仔細(xì)觀察生活的每一個(gè)細(xì)節(jié)，根據(jù)成人與孩童靠近窗戶的不同，提出了“正三角形現(xiàn)象”和“垂直現(xiàn)象”，并將這一理論運(yùn)用于實(shí)踐；作品在結(jié)構(gòu)上簡單實(shí)用，在靈活運(yùn)用“正三角形現(xiàn)象”的基礎(chǔ)上，僅僅利用一個(gè)紅外線避障模塊和STC12C5A60S2單片機(jī)以及報(bào)警器就可解決孩童墜樓事件的發(fā)生，而且整套裝置價(jià)格低廉，易于操作，適合每一個(gè)有孩子的家庭，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

6 結(jié)語

孩子是每個(gè)家庭的希望，更是中華民族的未來，可是最近孩子墜樓事件頻繁發(fā)生，造成了很大的社會(huì)影響，所以很受社會(huì)各界的關(guān)注。作為一款可以檢測(cè)孩子靠近窗戶危險(xiǎn)邊緣的裝置，無論是從成本上還是實(shí)用性上來說，都是具有廣闊的市場(chǎng)前景的。它在減輕監(jiān)護(hù)人負(fù)擔(dān)的同時(shí)，還可以從根本上解決孩子墜樓事件的發(fā)生，是一款不錯(cuò)的護(hù)嬰裝置。

［1］陳晶茹.預(yù)防孩童墜落，應(yīng)注重細(xì)節(jié)保護(hù)［J］.生命與災(zāi)害，2013，（8）：18-21.

［2］桑海泉，王碩，譚民，等.基于紅外傳感器的仿生機(jī)器魚自主避障控制［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17（6）.

［3］楊黎，余勝.紅外避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.湖南人文科技學(xué)院學(xué)報(bào)，

Research on a System of Children's Falling

BO Chun-zhi，ZHAI Long-tao，YU He-qun，GONG Xiao-yi
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

Theanti-childfallssystemisadeviceinstalledonthewindowtodetectwhetherachildhasariskoffalls.Itisbasedon the triangular phenomenon，taking STC12C5A60S2 microcontroller as the main control center,and the infrared obstacle avoidance module and the alarm device as the implementation of the system，as well as collecting the information around the window to determine whether the risk of children falling corners.At the same time，it improves the device by using positive triangular phenomenon. Thesystemcanscreenwhetherthechildrenoradultsclosetothewindowstopreventthepossibilityoffalsepositives.

anti-child falls；triangular phenomenon；STC12C5A60S2 single-chip

TP277

A

2095-980X（2017）04-0079-01

2017-03-07

薄純志（1995-），男，山東東營人，主要研究方向：智能家居。