游樂場地的安全預警系統

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：本文從當下兒童安全狀況出發，分析了玩耍中兒童遭遇意外危險的原因，發現低頭族現象的增加使監管者減弱了對兒童的監護，在分析相關技術現狀后，提出了一種使用紅外線傳感器與單片機控制技術，可在有固定區域的游樂場、小區中的草坪及靠近河道和馬路的空地等地點使用的預警系統，該系統可實現對玩耍中的兒童的安全保護與對監護者的危險警示，為未來增強對兒童的監護力度，降低兒童意外死亡率提供了思路。

關鍵詞：孩童監護 ?紅外傳感 ?信息交互 ?智能預警

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

1 ?研究背景

2016年10月27日，國家統計局網站發布的統計數據顯示：2016年5歲以下兒童死亡率仍高達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、住宅小區等地的觀察中，發現如下問題：（1）游樂場所監管不到位。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、監管人員與游玩兒童的人數比小，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下降，可能會導致不可挽回的后果。（2）家長監管不到位。隨著科技的發展，人們普遍養成了手機不離身的習慣，并一定程度上有長時間低頭看手機的惡習。在小區中，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移到手機上。孩子有可能會處于無人看管狀態。由于小區的樓房高，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、無規律，造成車輛躲避反應不及時，極可能會出現兒童與車輛碰撞的事故。

目前能夠對進入與離開固定場所的人群進行檢測的技術有：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與發明都是針對于商場、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。

目前能夠對兒童進行定位式實時檢測的技術有：基于GIS的兒童安全監護系統及基于GSM技術的兒童安全智能監護系統等[4-8]，但是此類系統需要使用GPS定位與信息遠程傳輸技術，適用于監護者與被監護者距離較遠時的情況，若孩子即將出現危險情況，監護者難以起到保護作用。

對于上述情況，為了降低兒童的意外死亡率，我們設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警系統，其利用紅外傳感與單片機技術，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域時會進行視聽覺的實時報警，讓監護者切實起到對孩童的保護作用，解決了上述現有技術的兩大缺陷。

2 ?系統構成與主要模塊介紹

2.1 簡介

系統主要由個5部分組成：主CPU、紅外感應探頭、聲光報警器、數字顯示屏、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探頭的行人穿行方向信息，經過分析后，控制聲光報警器報警與數字顯示屏顯示進入人次與離開人次。

2.3 紅外感應探頭

紅外感應探頭以一定周期對外發射紅外線，當無物體遮擋時，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，其可將能量信號轉換為電壓型號輸入主CPU。系統有3個紅外感應探頭，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，并由兩者的觸發順序分辨進入與離開行為。第3個紅外感應探頭位于上述兩紅外感應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域，即將出現危險情況時接受主CPU的控制發出警報，提醒監護者與警示兒童。主CUP可在接收到紅外感應探頭傳入的信號的同時對進入與離開行為進行計數，并控制數字顯示屏，在顯示屏上顯示當前記錄的離開人次與進入人次。

2.5 伸縮模塊

系統外部設有伸縮連桿與伸縮支架，伸縮連桿可以調節3個紅外感應探頭的相對位置，伸縮支架可以調節系統的整體高度，兩者綜合使用，可以使系統針對不同的使用場地進行調節，適應游樂場地中的兒童與成年人的身高。

3 ?系統應用模擬與邏輯流程

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的情況而提前減速。實際使用時將系統放置在空地與馬路之間，使紅外感應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，此時三個紅外感應探頭均未檢測到人群，系統判斷為無人通過。

（1）數字顯示屏上顯示的進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，此時下方紅外感應探頭被由內而外觸發，而上方紅外感應探頭未被觸發，系統判斷為危險情況。

（1）數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，此時下方紅外感應探頭被由內而外觸發，上方紅外感應探頭也被觸發，系統判斷為安全情況。

（1）數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，此時下方紅外感應探頭被由內而外觸發，上方紅外感應探頭也被觸發，系統判斷為安全情況。

（1）數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為兒童單獨進入的情況，此時下方紅外探頭被由外而內觸發，而上方紅外感應探頭未被觸發，系統判斷為安全情況。

（1）數字顯示屏上顯示的進入人次增加一次。

（2）報警器不報警。

3.3 系統實物圖

安全預警系統的實物如圖7所示。

3.4 邏輯流程圖

安全預警系統的邏輯流程如圖8所示。

4 ?結語

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

參考文獻

[1] 楊雄，陳建軍.關于中國兒童安全現狀的若干思考[J].當代青年研究，2005（11）：1-8.

[2] 劉建君.關于兒童安全問題的思考[J].幼兒教育，2002（4）.

[3] 鐘麗.兒童意外傷害不可忽視[J].幼兒教育：父母孩子，2008（Z2）.

[4] 產秀秀，金玥，齊平平，等.基于兒童安全的智能監護系統[J].電子制作，2018（2）：46-47.

[5] 王明政，李喜文，黃耀強.基于GIS的兒童安全監護系統的研究[J].黑龍江科技信息，2012（23）：53.

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[7] 徐益明，陶杰.基于物聯網的兒童個性化培養和安全監護綜合服務平臺[J].數字技術與應用，2012（6）：191.

[8] 張倩.基于報警模式的嬰兒監護系統專利技術綜述[J].中國高新區，2018（14）：21.