游樂(lè)場(chǎng)地的安全預(yù)警系統(tǒng)

薛珂磊 趙哲韜 劉亞林 沈詩(shī)婕 趙飛洋 諸夢(mèng)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(xiǎn)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(duì)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(jī)控制技術(shù)，可在有固定區(qū)域的游樂(lè)場(chǎng)、小區(qū)中的草坪及靠近河道和馬路的空地等地點(diǎn)使用的預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)玩耍中的兒童的安全保護(hù)與對(duì)監(jiān)護(hù)者的危險(xiǎn)警示，為未來(lái)增強(qiáng)對(duì)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(lèi)號(hào)：TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（a）-0228-05

1 ?研究背景

2016年10月27日，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站發(fā)布的統(tǒng)計(jì)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(guó)兒童死亡總量的1/4，其中最大因素是交通事故[1-3]。在對(duì)游樂(lè)場(chǎng)地與公園、住宅小區(qū)等地的觀察中，發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：（1）游樂(lè)場(chǎng)所監(jiān)管不到位。有一些兒童游樂(lè)場(chǎng)所，如充氣城堡等，往往建于露天廣場(chǎng)邊，靠近馬路，而由于充氣物體對(duì)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(huì)在某處爬出游玩場(chǎng)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(huì)導(dǎo)致不可挽回的后果。（2）家長(zhǎng)監(jiān)管不到位。隨著科技的發(fā)展，人們普遍養(yǎng)成了手機(jī)不離身的習(xí)慣，并一定程度上有長(zhǎng)時(shí)間低頭看手機(jī)的惡習(xí)。在小區(qū)中，常常有家長(zhǎng)帶著孩子玩耍，但是一段時(shí)間后，家長(zhǎng)會(huì)不自覺(jué)的拿出手機(jī)，漸漸將注意力從孩子身上轉(zhuǎn)移到手機(jī)上。孩子有可能會(huì)處于無(wú)人看管狀態(tài)。由于小區(qū)的樓房高，樹(shù)木多，造成了對(duì)視線的阻擋;汽車(chē)行駛的道路窄，造成了車(chē)輛躲避范圍小;兒童身高矮，體型小，跑動(dòng)突然、無(wú)規(guī)律，造成車(chē)輛躲避反應(yīng)不及時(shí)，極可能會(huì)出現(xiàn)兒童與車(chē)輛碰撞的事故。

目前能夠?qū)M(jìn)入與離開(kāi)固定場(chǎng)所的人群進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)有：CX-T9單向檢測(cè)器、CX-V8三向檢測(cè)器、IRC9000熱像檢測(cè)器、CX-009A紅外對(duì)射式檢測(cè)器。但是目前的這些技術(shù)與發(fā)明都是針對(duì)于商場(chǎng)、車(chē)站等場(chǎng)所的入口處檢測(cè)人流的，并且存在體積較大，對(duì)使用場(chǎng)地限制大、對(duì)兒童這一特殊類(lèi)別的人群的檢測(cè)難以精確智能識(shí)別等問(wèn)題，無(wú)法做到對(duì)孩童的智能檢測(cè)。

目前能夠?qū)和M(jìn)行定位式實(shí)時(shí)檢測(cè)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(lèi)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(shí)的情況，若孩子即將出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，監(jiān)護(hù)者難以起到保護(hù)作用。

對(duì)于上述情況，為了降低兒童的意外死亡率，我們?cè)O(shè)計(jì)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(jī)技術(shù)，可以做到對(duì)兒童這一特殊人群的智能識(shí)別，并且在孩子單獨(dú)離開(kāi)安全區(qū)域時(shí)會(huì)進(jìn)行視聽(tīng)覺(jué)的實(shí)時(shí)報(bào)警，讓監(jiān)護(hù)者切實(shí)起到對(duì)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(jiǎn)介

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

2.2 主CPU

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

2.3 紅外感應(yīng)探頭

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

2.4 報(bào)警與顯示模塊

由LED燈與蜂鳴器組成的報(bào)警器用于在孩子單獨(dú)離開(kāi)玩耍的安全區(qū)域，即將出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)接受主CPU的控制發(fā)出警報(bào)，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(hào)的同時(shí)對(duì)進(jìn)入與離開(kāi)行為進(jìn)行計(jì)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(kāi)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(gè)紅外感應(yīng)探頭的相對(duì)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(duì)不同的使用場(chǎng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)游樂(lè)場(chǎng)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(chǎng)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(lèi)人群，空地右側(cè)為對(duì)孩子存在威脅的馬路，由于高樓的遮擋，司機(jī)無(wú)法看到空地內(nèi)的情況而提前減速。實(shí)際使用時(shí)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(wú)人通行的情況，此時(shí)三個(gè)紅外感應(yīng)探頭均未檢測(cè)到人群，系統(tǒng)判斷為無(wú)人通過(guò)。

（1）數(shù)字顯示屏上顯示的進(jìn)入人次與離開(kāi)人次不變。

（2）報(bào)警器不報(bào)警。

圖3為兒童單獨(dú)離開(kāi)的情況，此時(shí)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(xiǎn)情況。

（1）數(shù)字顯示屏上顯示的離開(kāi)人次增加一次。

（2）報(bào)警器報(bào)警。

圖4為成年人單獨(dú)離開(kāi)的情況，此時(shí)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(kāi)人次增加一次。

（2）報(bào)警器不報(bào)警。

圖5為成年人帶著兒童離開(kāi)的情況，此時(shí)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(kāi)人次增加一次。

（2）報(bào)警器不報(bào)警。

圖6為兒童單獨(dú)進(jìn)入的情況，此時(shí)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(bào)警器不報(bào)警。

3.3 系統(tǒng)實(shí)物圖

安全預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)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(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，手機(jī)等現(xiàn)代化娛樂(lè)辦公產(chǎn)品的出現(xiàn)，讓家長(zhǎng)或娛樂(lè)場(chǎng)所的管理人員轉(zhuǎn)移了注意力，兒童意外死亡仍然是中國(guó)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(lái)彌補(bǔ)監(jiān)護(hù)者被轉(zhuǎn)移的注意力，從而增強(qiáng)對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童進(jìn)出安全區(qū)域的監(jiān)測(cè)與對(duì)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況進(jìn)行警示，從而達(dá)到對(duì)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(mǎn)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(wèn)題或聽(tīng)力問(wèn)題）而導(dǎo)致的警示無(wú)效。此系統(tǒng)可以在一些有固定區(qū)域的游樂(lè)場(chǎng)所使用，也可以作為便攜設(shè)備在家庭日常出行時(shí)使用。后續(xù)的開(kāi)發(fā)中，可以實(shí)現(xiàn)與手機(jī)APP相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多方式迅速警示，真正實(shí)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。

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