電動車上樓自動報警系統(tǒng)

陳喆 張紹駿

近日，一段“電動車進入電梯后突發(fā)起火爆燃”的視頻在網(wǎng)上流傳。視頻中，一男子推著電動車進電梯后，電動車突然起火，火焰瞬間吞噬了電梯間。這樣的意外原本可以避免。

生活中，人們?yōu)榱朔辣I、充電，會將電動車推進電梯上樓。為了安全，物業(yè)會禁止電動車進電梯，并規(guī)范停放。但仍有人心存僥幸，不顧安全隱患，將電動車推進電梯上樓。

如何才能有效監(jiān)測、及時勸阻這一行為？我們對此進行了探究。

一、功能設(shè)計

現(xiàn)有的監(jiān)測方法主要是通過搭建局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將多個監(jiān)控畫面回傳至機房進行統(tǒng)一監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果在電梯轎廂中發(fā)出語音警報。這種監(jiān)測方式所需的攝像頭數(shù)量多，極度浪費服務(wù)器資源。此外，該方式僅支持相同公司相同解決方案的攝像頭與主機相互通信，對于非新建小區(qū)來說，要想獲得較好的監(jiān)控效果，需要更換全套安防設(shè)備，成本較高。

我們設(shè)計采用集中式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，既解決了監(jiān)測系統(tǒng)需大面積部署、覆蓋的難題，又降低了終端成本，提高終端部署的可行性。在完成部署后，各項設(shè)備與管理員可相互通信，能監(jiān)測監(jiān)控范圍內(nèi)是否有電動車進入電梯，并將結(jié)果呈現(xiàn)在可視化終端及云端上，通過短信通知有關(guān)責(zé)任人。

二、系統(tǒng)設(shè)計

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)由OpenMV、ArduinoMega2560開發(fā)板、ESP8266模塊、正點原子ATK-GM510 4G通信模塊構(gòu)成。

邊緣計算設(shè)備OpenMV進行圖像采集和視覺識別，ArduinoMega2560開發(fā)板作為主控板與4G通信模塊，與ESP8266模塊通信，實現(xiàn)遠程控制和短信提示。

2.工作流程

當電動車監(jiān)測模塊（OpenMV）識別有電動車進入電梯時會發(fā)送一個警報主題消息，ESP8266模塊通過互聯(lián)網(wǎng)與Blink平臺更新App信息，同時，ArduinoMega2560開發(fā)板與4G通信模塊進行數(shù)據(jù)交換，最終將警示短信發(fā)送至目標手機號。

三、制作過程

在制作開發(fā)過程中，我們首先遇到的難題是PIN口數(shù)據(jù)紊亂、PIN口高低電平讀取值異常，后來查閱相關(guān)資料得知，由于ESP8266開發(fā)板的PIN口原理是將MCU中MOS管的管腳引出，一旦管腳懸空，芯片邏輯門無法正確識別，這時，只要將管腳通過電阻下拉至共地開發(fā)板的PIN口即可。

我們設(shè)想使用ESP8266接入公網(wǎng)，向云服務(wù)商服務(wù)器發(fā)送短信接口api的POST請求，后來發(fā)現(xiàn)以ESP8266的編碼能力無法加密發(fā)送https（有效但成功率極低），暫無性能更好的ESP32，所以只好加入ATK_GM510 4G通信模塊發(fā)送短信和Arduino作控制板。

我們在研究短信模塊對其進行串口對接時，出現(xiàn)了一個致命問題——串口亂碼，在查閱大量資料后問題仍未解決，我們?yōu)榇死_數(shù)天，一度想要放棄。直到偶然想到查看Arduino開發(fā)板原理圖時才發(fā)現(xiàn)，由于Arduino uno的晶振為16 MHz，芯片性能較差，串口波特率115 200 Hz，所以造成在程序中使用多個高頻串口造成串口輸出異常，改用運行頻率更高的ATMELmega2560后問題解決。

發(fā)送16進制的串口通信數(shù)據(jù)中，進制轉(zhuǎn)換也是一大難點。為此，我們查閱了大量相關(guān)資料，調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，如需發(fā)送16進制數(shù)需調(diào)用Serial.write而非println函數(shù)，我們?nèi)岳^續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)知識，練好基本功。

四、優(yōu)勢分析

基于OpenMV+TensorFlowLite的電動車監(jiān)測方法能有效降低邊緣計算設(shè)備使用維護成本，提高識別精確度。使用經(jīng)過量化的TensorFlowLite模型能以5 fps～10 fps的幀速率進行實時離線監(jiān)測，在部署時僅需要將設(shè)備接入電源即可，無需拆除或升級現(xiàn)有的安防設(shè)備。

本系統(tǒng)實現(xiàn)成本低，技術(shù)限制少，可推廣使用，優(yōu)于目前主流的集群式電動車識別警示設(shè)備。同時，對于不聽從勸導(dǎo)的電動車主，負責(zé)人在收到短信提醒后，可上門對其進行警告或處罰，優(yōu)于目前市面上流行的語音提示等方法。（指導(dǎo)老師：劉延龍）

作者心聲

部分電動車主將電動車推進樓道、電梯中，為此，我們提出了電動車監(jiān)測以及提醒系統(tǒng)以保障居民安全。我們的系統(tǒng)在硬件上以O(shè)penMV為核心，各硬件之間通過串口通信的方式傳輸數(shù)據(jù)，能更好地發(fā)揮邊緣計算設(shè)備的優(yōu)勢，覆蓋范圍廣，實用性強。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面，我們使用廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域的TensorFlowLite與OpenMV作為主要網(wǎng)絡(luò)模型載體，進一步優(yōu)化現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)，降低部署難度與成本。最終，結(jié)合可視化App界面與短信通知，形成完整的電動車監(jiān)測以及提醒系統(tǒng)。

專家點評

電動車上樓自動報警系統(tǒng)是一項基于人們安全需要考慮的發(fā)明，從選題方法來看，它是基于“信息收集法”。這種創(chuàng)新意識和為他人安全著想的情懷，值得點贊。創(chuàng)新發(fā)明活動就是要培養(yǎng)青少年關(guān)心人民安危與疾苦的深厚感情，樹立造福人類的崇高目標。我國古代科學(xué)家李冰就是典范。

二千二百多年前的戰(zhàn)國時代，蜀國境內(nèi)成都盆地本是肥田沃野，但岷江卻年年為害，使這里十年九災(zāi)?？な乩畋先魏蟮牡谝患戮褪菐蟽鹤拥结航嫌尾闉?zāi)因，征求老百姓意見、確定治理方案，帶領(lǐng)老百姓治水。這就筑成了我國最古老的水利工程之一——都江堰，至今它仍在為成都盆地造福。3A4D964E-19C3-4017-AD18-A6BE687DA22B