天臺人數(shù)控制報警系統(tǒng)

蒲喆

引言：本文主要概述了如何對天臺公共場所人數(shù)的控制、統(tǒng)計，該裝置利用反射式紅外監(jiān)測儀控制人數(shù)進出，使用arduino開源電子版控制，并連接系統(tǒng)指定攝像頭對畫面進行監(jiān)控，能嚴格監(jiān)察控制天臺進出人數(shù)并實時匯報。后期能有效查找有關(guān)錄像。

1 研究背景

據(jù)新聞報道，2016年元月初家住崇明縣城橋鎮(zhèn)某小區(qū)高層住宅的居民姚先生接到對門鄰居的電話，稱樓里遭了竊賊，讓其回家查看一下有無財物被盜。經(jīng)警方調(diào)查，犯罪嫌疑人是由樓梯上到頂樓天臺后經(jīng)天臺攀爬至高層進行入室盜竊。該嫌疑人一系列的作案，令我十分震驚?，F(xiàn)在有很多小區(qū)住戶都是由外露天臺與室內(nèi)居家組成，天臺逐漸為公共區(qū)域，安全隱患較高。所以如何增強居民生活安全，并且對天臺等公共區(qū)域進行有效的監(jiān)管成為了問題。在老師提示下，我組對為天臺設(shè)置的防盜人數(shù)控制報警系統(tǒng)進行了開發(fā)。

為此小組成員對近幾年來的各大門禁系統(tǒng)進行了統(tǒng)計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下：

近幾年隨著社會電子化智能程度的深入，現(xiàn)在我們看到的門禁系統(tǒng)依據(jù)輸入設(shè)備、介質(zhì)和方法的不同可以分為：密碼門禁系統(tǒng) ， 刷卡門禁系統(tǒng)，生物識別門禁系統(tǒng)。

（1）密碼門禁系統(tǒng)：通過輸入密碼，系統(tǒng)判斷密碼正確就驅(qū)動電鎖，打開門放行。但速度慢，輸入密碼一般需要好幾秒中，如果進出的人員過多，需要排隊。如果輸入錯誤，還需重新輸入，耗時更長。安全性差，旁邊的人容易通過手勢記住別人的密碼，密碼 容易忘記或者泄露。趨勢：密碼門禁使用的場合越來越少了，只在對安全性要求低，成本低，使用不頻繁的場合還在使用。同時還無法做到記錄人數(shù)的作用。無法預(yù)防天臺盜竊事件

（2）刷卡門禁系統(tǒng)：根據(jù)卡的種類又分為接觸卡門禁系統(tǒng)和非接觸卡）門禁系統(tǒng)。

接觸卡門禁系統(tǒng)由于接觸卡片容易磨損，使用次數(shù)不多，卡片容易損壞，并且還不容易保存，居民樓內(nèi)的一旦忘記攜帶卡片將會引起極大的不便。除此之外，如果卡被一些不法分子撿到，那么就可能會發(fā)生平凡盜竊案，嚴重影響了居名的安全性。

為此，如何做出一個高效又簡單的裝置來對人數(shù)進行控制管理，并且在必要情況下可以做到對居民生活安全的保障呢？我組成員針對此類問題進行了天臺人數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)。

2 設(shè)計思路

2.1 人數(shù)監(jiān)測

參考省圖書館的人數(shù)監(jiān)測裝置，如圖

在兩個機器之間進出時，系統(tǒng)會自動根據(jù)人數(shù)變化進行運算。此類機器很簡便的運算出每日館內(nèi)的人流數(shù)量?？墒窃趯嵉仳炞C后，適宜寬度下，若是兩個人并排走過，系統(tǒng)只會辨別出一次數(shù)據(jù)，也就是說兩個人并排進入后，系統(tǒng)仍只會+1，而兩人依次出去后，系統(tǒng)顯示人數(shù)為-1的情況也是可能的。

基于以上的問題，在計算圖書館客流量時可以允許誤差的存在，但是天臺本身的人流量較小，更加便于統(tǒng)計；同時天臺作為人們生活地方的公共區(qū)域，關(guān)系到居民的生活環(huán)境安全。故本裝置的容錯率要幾乎為零才可以實現(xiàn)真正的人數(shù)監(jiān)測。

同樣，為更加簡便地計算出人數(shù)的進出，我組決定使用紅外線傳感器作為核心。但是為減小測量的誤差，另一方面更好的保證小區(qū)安全，我組決定再安裝一個小型天臺可自動開關(guān)記錄儀，作為圖像的接收器和儲存器。

以單純的反射式紅外傳感器作為主體，程序思路如下：

在過道兩側(cè)墻壁上裝有反射式紅外一號、二號傳感器。

并且有以下邏輯程序：

2.2 攝像頭使用及警報

根據(jù)以上邏輯程序可以判斷出人員的進出與離開。并且通過計算得出現(xiàn)階段天臺人數(shù)。

為更好保證居民生活安全，可以設(shè)置一下程序：

人數(shù)的統(tǒng)計可在當(dāng)天設(shè)置時間內(nèi)歸零并重新開始計數(shù)。

當(dāng)遇到特殊情況時安保人員可以通過調(diào)取天臺可自動開關(guān)記錄儀上的畫面進行偵辨。在更大程度上保障了居民的生活安全。

3 材料應(yīng)用

3.1 Arduino 板

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。（本項目中使用的是Arduino UNO）。

Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。對Arduino的編程是利用 Arduino編程語言 （基于 Wiring）和Arduino開發(fā)環(huán)境（基于 Processing）來實現(xiàn)的。

通過Arduino我們可以更加方便地控制電路。

3.2 面包板

面包板是由于板子上有很多小插孔，專為電子電路的無焊接實驗設(shè)計制造的。由于各種電子元器件可根據(jù)需要隨意插入或拔出，免去了焊接，節(jié)省了電路的組裝時間，而且元件可以重復(fù)使用，非常適合電子電路的組裝、調(diào)試。

通過使用面包板來擴充電路，可以方便接線，使模型看起來簡潔。

3.3 紅外線傳感器

利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點。

3.4 電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片也稱電阻應(yīng)變計，簡稱應(yīng)變片或應(yīng)變計，是由敏感柵等構(gòu)成用于測量應(yīng)變的元件。它能將機械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。電阻應(yīng)變片是由Φ=0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀（或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣薄片中（基底）制成。用鍍銀銅線與應(yīng)變片絲柵連接，作為電阻片引線。 電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將其牢固地粘貼在構(gòu)件的測點上，構(gòu)件受力后由于測點發(fā)生應(yīng)變，應(yīng)變片也隨之變形而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。

3.5 項目總結(jié)

本次項目較為低成本的實現(xiàn)了理想化人數(shù)控制，在精確度上使用了天臺可自動開關(guān)記錄儀原理的儀器記錄畫面，也便于提取。其中，紅外線開關(guān)式的觸動令記錄儀節(jié)省了大部分記錄的內(nèi)存，使得記錄儀在無人狀態(tài)下可以休眠待機。

3.5.1 測試結(jié)果

我組在特定場合對系統(tǒng)進行測試，結(jié)果表明，不在特殊情況下，裝置可以順利進行統(tǒng)計計數(shù)并對數(shù)據(jù)作出處理。

而在特殊情況下我組可以順利調(diào)出有關(guān)畫面監(jiān)控。裝置各部分運行完善。

3.5.2 產(chǎn)品不足

經(jīng)過團隊的分析以及老師的指導(dǎo)，我組發(fā)現(xiàn)若是兩個人并排走或者一個人抱著另一個人進入，系統(tǒng)無法及時準(zhǔn)確判別出人數(shù)，也會出現(xiàn)人數(shù)上的誤差。

一般天臺門是很難兩個人并排通過的，但是另一方面無法解決緊密相貼的情況。為此我組進行進一步研究，有以下可行方案推廣。

3.5.3 可選方案推廣

我組利用人行盲道磚點型的設(shè)計，避免系統(tǒng)無法準(zhǔn)確識別進出人數(shù)從而產(chǎn)生誤差，帶來安全上的隱患，

在類似盲道磚上的器材上加入壓力感應(yīng)裝置，點型分散分布在各處，以觸發(fā)裝置的多少來判斷人數(shù)的多少。

同時間加上方案一的前后紅外感應(yīng)裝置，判別物體的進與出，從而進行進一步統(tǒng)計。

盲道磚規(guī)格一般有150*150*15/20/30mm

200*200*15/20/30mm

300*300*15/20/30mm幾種規(guī)格。

根據(jù)該裝置使用的地方與尺寸的大小，小組決定使用的300mm*300mm尺寸，形狀恰好契合門檻大小，放置在人行的必要位置，確保每個進出的人可以踏在裝置上，從而準(zhǔn)確的進行計數(shù)

裝置將應(yīng)變片分布到裝置的圓點上，在相應(yīng)數(shù)量的應(yīng)變片一旦被激活，由程序判定人數(shù)的多少。根據(jù)日常生活的觀察，一般人踏在盲道300mm*300mm點型磚上時會觸發(fā)6-10個不同的點。因此有以下邏輯：

由于此方案編程過于復(fù)雜加之Arduino數(shù)據(jù)板限制，仍處于開放當(dāng)中。相信此方案能帶來更好的解決辦法。

（作者單位：四川省成都市玉林中學(xué)）