游樂場地的安全預(yù)警系統(tǒng)

薛珂磊 趙哲韜 劉亞林 沈詩婕 趙飛洋 諸夢瑤 瞿子文 陳靈敏 汪澤鈺 袁偉榮

摘 ? 要：本文從當(dāng)下兒童安全狀況出發(fā)，分析了玩耍中兒童遭遇意外危險的原因，發(fā)現(xiàn)低頭族現(xiàn)象的增加使監(jiān)管者減弱了對兒童的監(jiān)護(hù)，在分析相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀后，提出了一種使用紅外線傳感器與單片機控制技術(shù)，可在有固定區(qū)域的游樂場、小區(qū)中的草坪及靠近河道和馬路的空地等地點使用的預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對玩耍中的兒童的安全保護(hù)與對監(jiān)護(hù)者的危險警示，為未來增強對兒童的監(jiān)護(hù)力度，降低兒童意外死亡率提供了思路。

關(guān)鍵詞：孩童監(jiān)護(hù) ?紅外傳感 ?信息交互 ?智能預(yù)警

中圖分類號：TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0228-05

1 ?研究背景

2016年10月27日，國家統(tǒng)計局網(wǎng)站發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2016年5歲以下兒童死亡率仍高達(dá)10.2‰，因意外傷害造成兒童死亡占我國兒童死亡總量的1/4，其中最大因素是交通事故[1-3]。在對游樂場地與公園、住宅小區(qū)等地的觀察中，發(fā)現(xiàn)如下問題：（1）游樂場所監(jiān)管不到位。有一些兒童游樂場所，如充氣城堡等，往往建于露天廣場邊，靠近馬路，而由于充氣物體對視線的遮擋、監(jiān)管人員與游玩兒童的人數(shù)比小，兒童有可能會在某處爬出游玩場所甚至跑到馬路上。這造成了兒童的安全系數(shù)下降，可能會導(dǎo)致不可挽回的后果。（2）家長監(jiān)管不到位。隨著科技的發(fā)展，人們普遍養(yǎng)成了手機不離身的習(xí)慣，并一定程度上有長時間低頭看手機的惡習(xí)。在小區(qū)中，常常有家長帶著孩子玩耍，但是一段時間后，家長會不自覺的拿出手機，漸漸將注意力從孩子身上轉(zhuǎn)移到手機上。孩子有可能會處于無人看管狀態(tài)。由于小區(qū)的樓房高，樹木多，造成了對視線的阻擋;汽車行駛的道路窄，造成了車輛躲避范圍小;兒童身高矮，體型小，跑動突然、無規(guī)律，造成車輛躲避反應(yīng)不及時，極可能會出現(xiàn)兒童與車輛碰撞的事故。

目前能夠?qū)M(jìn)入與離開固定場所的人群進(jìn)行檢測的技術(shù)有：CX-T9單向檢測器、CX-V8三向檢測器、IRC9000熱像檢測器、CX-009A紅外對射式檢測器。但是目前的這些技術(shù)與發(fā)明都是針對于商場、車站等場所的入口處檢測人流的，并且存在體積較大，對使用場地限制大、對兒童這一特殊類別的人群的檢測難以精確智能識別等問題，無法做到對孩童的智能檢測。

目前能夠?qū)和M(jìn)行定位式實時檢測的技術(shù)有：基于GIS的兒童安全監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及基于GSM技術(shù)的兒童安全智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等[4-8]，但是此類系統(tǒng)需要使用GPS定位與信息遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，適用于監(jiān)護(hù)者與被監(jiān)護(hù)者距離較遠(yuǎn)時的情況，若孩子即將出現(xiàn)危險情況，監(jiān)護(hù)者難以起到保護(hù)作用。

對于上述情況，為了降低兒童的意外死亡率，我們設(shè)計制作了一種可以在孩童玩耍的空地、草坪等處使用的便攜式安全預(yù)警系統(tǒng)，其利用紅外傳感與單片機技術(shù)，可以做到對兒童這一特殊人群的智能識別，并且在孩子單獨離開安全區(qū)域時會進(jìn)行視聽覺的實時報警，讓監(jiān)護(hù)者切實起到對孩童的保護(hù)作用，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的兩大缺陷。

2 ?系統(tǒng)構(gòu)成與主要模塊介紹

2.1 簡介

系統(tǒng)主要由個5部分組成：主CPU、紅外感應(yīng)探頭、聲光報警器、數(shù)字顯示屏、升縮支架與伸縮連桿。

2.2 主CPU

單片機用于接受并處理來自紅外感應(yīng)探頭的行人穿行方向信息，經(jīng)過分析后，控制聲光報警器報警與數(shù)字顯示屏顯示進(jìn)入人次與離開人次。

2.3 紅外感應(yīng)探頭

紅外感應(yīng)探頭以一定周期對外發(fā)射紅外線，當(dāng)無物體遮擋時，反射后接收到的能量較小，有物體遮擋時，反射回來的能量較大，其可將能量信號轉(zhuǎn)換為電壓型號輸入主CPU。系統(tǒng)有3個紅外感應(yīng)探頭，其中兩個位于同一水平高度，相距20cm以上，用于檢測是否有行人通過，并由兩者的觸發(fā)順序分辨進(jìn)入與離開行為。第3個紅外感應(yīng)探頭位于上述兩紅外感應(yīng)探頭連接線中點上方，用于分辨通過的行人為兒童還是成年人。

2.4 報警與顯示模塊

由LED燈與蜂鳴器組成的報警器用于在孩子單獨離開玩耍的安全區(qū)域，即將出現(xiàn)危險情況時接受主CPU的控制發(fā)出警報，提醒監(jiān)護(hù)者與警示兒童。主CUP可在接收到紅外感應(yīng)探頭傳入的信號的同時對進(jìn)入與離開行為進(jìn)行計數(shù)，并控制數(shù)字顯示屏，在顯示屏上顯示當(dāng)前記錄的離開人次與進(jìn)入人次。

2.5 伸縮模塊

系統(tǒng)外部設(shè)有伸縮連桿與伸縮支架，伸縮連桿可以調(diào)節(jié)3個紅外感應(yīng)探頭的相對位置，伸縮支架可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體高度，兩者綜合使用，可以使系統(tǒng)針對不同的使用場地進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)游樂場地中的兒童與成年人的身高。

3 ?系統(tǒng)應(yīng)用模擬與邏輯流程

3.1 模擬場景介紹

如圖1所示在高樓之間有一塊可供孩子玩耍的空地，空地中有成年人與孩童兩類人群，空地右側(cè)為對孩子存在威脅的馬路，由于高樓的遮擋，司機無法看到空地內(nèi)的情況而提前減速。實際使用時將系統(tǒng)放置在空地與馬路之間，使紅外感應(yīng)探頭朝向與馬路平行。

3.2 情況模擬

圖2為無人通行的情況，此時三個紅外感應(yīng)探頭均未檢測到人群，系統(tǒng)判斷為無人通過。

（1）數(shù)字顯示屏上顯示的進(jìn)入人次與離開人次不變。

（2）報警器不報警。

圖3為兒童單獨離開的情況，此時下方紅外感應(yīng)探頭被由內(nèi)而外觸發(fā)，而上方紅外感應(yīng)探頭未被觸發(fā)，系統(tǒng)判斷為危險情況。

（1）數(shù)字顯示屏上顯示的離開人次增加一次。

（2）報警器報警。

圖4為成年人單獨離開的情況，此時下方紅外感應(yīng)探頭被由內(nèi)而外觸發(fā)，上方紅外感應(yīng)探頭也被觸發(fā)，系統(tǒng)判斷為安全情況。

（1）數(shù)字顯示屏上顯示的離開人次增加一次。

（2）報警器不報警。

圖5為成年人帶著兒童離開的情況，此時下方紅外感應(yīng)探頭被由內(nèi)而外觸發(fā)，上方紅外感應(yīng)探頭也被觸發(fā)，系統(tǒng)判斷為安全情況。

（1）數(shù)字顯示屏上顯示的離開人次增加一次。

（2）報警器不報警。

圖6為兒童單獨進(jìn)入的情況，此時下方紅外探頭被由外而內(nèi)觸發(fā)，而上方紅外感應(yīng)探頭未被觸發(fā)，系統(tǒng)判斷為安全情況。

（1）數(shù)字顯示屏上顯示的進(jìn)入人次增加一次。

（2）報警器不報警。

3.3 系統(tǒng)實物圖

安全預(yù)警系統(tǒng)的實物如圖7所示。

3.4 邏輯流程圖

安全預(yù)警系統(tǒng)的邏輯流程如圖8所示。

4 ?結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，手機等現(xiàn)代化娛樂辦公產(chǎn)品的出現(xiàn)，讓家長或娛樂場所的管理人員轉(zhuǎn)移了注意力，兒童意外死亡仍然是中國兒童的一大死亡原因，兒童的監(jiān)護(hù)者的疏忽大意是導(dǎo)致兒童意外死亡的主要原因，這就要求有新的技術(shù)的提出來彌補監(jiān)護(hù)者被轉(zhuǎn)移的注意力，從而增強對兒童安全的保護(hù)。我們提出的警示系統(tǒng)以這一情況與需求為背景，應(yīng)用紅外傳感來實現(xiàn)對兒童進(jìn)出安全區(qū)域的監(jiān)測與對可能出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行警示，從而達(dá)到對兒童進(jìn)行可靠有效的安全保護(hù)的目的。LED燈與蜂鳴器的組合可以滿足不同監(jiān)護(hù)者的需求，避免因監(jiān)護(hù)者本身的特殊情況（如視力問題或聽力問題）而導(dǎo)致的警示無效。此系統(tǒng)可以在一些有固定區(qū)域的游樂場所使用，也可以作為便攜設(shè)備在家庭日常出行時使用。后續(xù)的開發(fā)中，可以實現(xiàn)與手機APP相結(jié)合，實現(xiàn)多方式迅速警示，真正實現(xiàn)技術(shù)“保護(hù)人”、“解放人”的目的，成為可靠的兒童監(jiān)管保護(hù)助手。

參考文獻(xiàn)

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