電動車入侵電梯報警系統(tǒng)設計研究

趙宏程 張子楊 宋宇

摘要：本文指出了電梯轎廂內(nèi)攜帶危險物品可能引發(fā)的公共安全問題，并介紹了一種智能識別電動車進入電梯的報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括攝像識別、語音聲光報警、電梯運行限制和輔助功能等，有效增強了視頻監(jiān)控效能，使電梯安全管理由被動轉(zhuǎn)向主動。

關鍵詞：單片機；攝像識別；語音聲光報警；舵機

引言

隨著城市化進程的加快，城市電動車數(shù)量迅猛增長。然而，這一增長導致了許多居民將電動車帶入住宅樓，甚至通過電梯搬移至家中進行充電。這種行為不僅給居民樓帶來了安全隱患，而且電動車在充電過程中發(fā)生事故的頻率也大幅增加。因此，電動車檢測報警系統(tǒng)成為了解決這一問題的關鍵。

一、電動自行車類危險物品進入電梯轎廂對公共區(qū)域的危害

根據(jù)權(quán)威統(tǒng)計數(shù)據(jù)，乘客的不安全行為在電梯事故中占據(jù)了高達40%的比例^[1]。這一觸目驚心的數(shù)字，無疑向我們揭示了一個嚴峻的問題：乘客的安全意識亟待提高。為了應對這一挑戰(zhàn)，政府出臺了《關于規(guī)范電動自行車停放充電加強火災防范的通告》，明確禁止在建筑物內(nèi)的公共區(qū)域，如共用走道、樓梯間和安全出口等，停放電動自行車或為電動自行車充電^[2]。

盡管有明文規(guī)定，個別市民仍然心存僥幸，無視安全告示。他們將電動自行車搬運到樓道或家中存放并充電。一旦這種違規(guī)行為引發(fā)火災，封堵的不僅是居民樓的安全出口和逃生通道，更可能是無數(shù)無辜的生命。特別是在電梯運行過程中，如果電動自行車在轎廂內(nèi)起火或爆炸，后果不堪設想。為了提高市民的安全意識，有必要深入分析這種違規(guī)行為的根源。從技術(shù)層面來說，電梯制造商和物業(yè)部門也應采取措施，提高電梯的安全性能。例如，可以在電梯內(nèi)安裝煙霧報警器、滅火裝置等設備，以便在發(fā)生火災時能夠及時報警并撲滅火源。同時，對于電動自行車進入電梯的問題，也可以通過技術(shù)手段進行限制，如安裝智能識別系統(tǒng)，阻止電動自行車進入電梯。

二、電梯轎廂不適合安裝常規(guī)消防滅火裝置

電梯是一個封閉的有限空間，這一特點決定了它并不適合存放某些特定的物品。特別是對于一些消防器材，如干粉滅火器、CO₂滅火器和七氟丙烷滅火器等，它們在使用過程中可能會對封閉空間內(nèi)的乘客造成傷害。干粉滅火器主要通過干粉滅火劑迅速釋放大量的非活性氣體來抑制火焰燃燒。然而，這種滅火器在釋放干粉時，可能會在封閉空間內(nèi)形成有害的粉塵云，這種環(huán)境對人體會有負面影響。CO₂滅火器則利用其高濃度的二氧化碳氣體來稀釋空氣中的氧氣，從而達到滅火的效果。然而，過度吸入這種高濃度的二氧化碳氣體可能導致窒息危險，對于電梯轎廂這樣的封閉空間來說，這無疑是一個巨大的安全隱患^[3]。七氟丙烷滅火器則是通過釋放大量的七氟丙烷氣體來稀釋空氣中的氧氣或化學反應滅火。這種氣體對人體有害，長時間暴露可能導致健康問題。除了這些消防器材，我們還應該盡可能防止電動車進入電梯。

三、電動車進入電梯轎廂識別報警系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

地感應線圈阻車系統(tǒng)：這個系統(tǒng)在電梯箱體入口的底部放置了一根地感應線圈，可以通過探測電動車材質(zhì)的金屬，將地感應線圈與控制器連接^[4]，并使其與執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)通，執(zhí)行機構(gòu)控制執(zhí)行元件，阻止電梯門關閉控制器連接揚聲器，發(fā)聲時現(xiàn)語音，以阻止電動車推入轎廂。所述執(zhí)行機構(gòu)可以與電梯非接觸連接，并且還可以與光幕電源電路連接^[5]。

采集板阻車系統(tǒng)是一種通過在電梯箱體入口處設置采集板來實現(xiàn)的。該采集板包括處理器模塊和與其電性相連的金屬檢測模塊、壓重檢測模塊、電梯驅(qū)動模塊、報警模塊和語音提示模塊。金屬檢測模塊用于感知電動車材質(zhì)的金屬物體是否靠近電梯箱體的信號，并將信號發(fā)送給處理器模塊。同時，壓重檢測模塊會實時監(jiān)測電梯箱體內(nèi)的壓重數(shù)據(jù)，并將其傳輸給處理器模塊^[6]。當金屬物體接近電梯箱體并且電梯箱體內(nèi)的壓重數(shù)據(jù)信號發(fā)生變化時，處理器模塊會綜合判斷是否有電動車進入電梯箱體。如果判斷為有電動車進入，報警模塊會發(fā)出報警提示，并通過電梯驅(qū)動模塊控制電梯停止運行，禁止關閉電梯門，語音提示推離電動車，阻止電動車推入轎廂^[7]。

圖像識別阻車系統(tǒng)有三種情況：通過分析電梯內(nèi)的圖像信息，判斷是否有電動車存在。如果存在電動車，系統(tǒng)會記錄第一次檢測到電動車的時間，并統(tǒng)計在預設時間內(nèi)電動車的識別次數(shù)。同時，系統(tǒng)也會記錄在預設時間內(nèi)未檢測到電動車的次數(shù)。然后，系統(tǒng)會比較第一次檢測到電動車的次數(shù)和未檢測到電動車的次數(shù)，如果第一次檢測到電動車的次數(shù)大于未檢測到電動車的次數(shù)，控制器會執(zhí)行禁止電動車乘坐的指令，阻止電梯門關閉，并觸發(fā)語音功能，提醒乘客將電動車推離電梯。如果在電動車的第二次識別中，第一次檢測到電動車的次數(shù)仍然大于未檢測到電動車的次數(shù)，控制器會同樣執(zhí)行禁止電動車乘坐的指令，阻止電梯門關閉，并觸發(fā)語音功能，提醒乘客將電動車推離電梯；通過識別圖像中的電車動車牌，根據(jù)是否有車牌信息來自動判斷電梯內(nèi)是否存在電動車；基于深度學習的目標檢測識別圖像中的電車動信息，自動判斷電梯內(nèi)是否存在電動車，阻止電動車推入轎廂。目標檢測技術(shù)主要用于在圖像中檢測和識別感興趣的物體，通過分析結(jié)果，用戶能夠準確確認圖像中物體的位置和身份。

四、禁止電動自行車進入電梯轎廂識別報警系統(tǒng)的缺點

地感線圈阻車系統(tǒng)缺點在于容易對所有金屬都有反應，導致過度觸發(fā)率高，使電梯無端停運，給日常生活帶來極大不便，而且對電梯周圍的地面要求非常高，不能有金屬物體存在。采集板阻車系統(tǒng)缺點在于電梯加裝阻車配件的安裝方法較其他兩種系統(tǒng)復雜，價格偏高，且采集板在電梯頻繁運送重物、家具等大型物品時容易損壞，而采集板更換價格與整個系統(tǒng)價格相當，還需廠家專業(yè)人員更換維修調(diào)試。圖像識別阻車系統(tǒng)缺點在于圖像檢測成功率比較低，預置圖像更新跟不上實際車型變化。如果在車前部稍加偽裝或用物品覆蓋此車就無法正確識別，而且攝像頭也極容易被阻擋，失去應有作用。電動車車牌安裝位置、大小不一致，且部分電動車未安裝車牌，并且會存在遮擋車牌的情況，導致漏檢。電梯中乘客較多，容易出現(xiàn)電動車目標被遮擋問題，或者將電動車與自行車混淆，降低了電動車入侵預警的準確度，導致漏檢^[8]。

五、電動車入侵電梯轎廂識別報警系統(tǒng)的組成

為避免上述系統(tǒng)缺點，設計一款基于STM32F103C8T6單片機核心控制器的電動車入侵電梯報警系統(tǒng)。系統(tǒng)組成包括K210電動車識別模塊、ASRPRO語音報警模塊以及舵機控制，旨在提高電梯的安全性和便捷性。該系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成：攝像識別系統(tǒng)、語音聲光報警系統(tǒng)、電梯運行限制系統(tǒng)和輔助功能系統(tǒng)，如圖1所示。這四部分協(xié)同工作，確保電梯安全運行。

K210電動車識別模塊：該模塊用于識別和驗證電動車。通過采集電動車輪廓與特征信息、進行特征提取和匹配，系統(tǒng)可以確認是否為電動車闖入電梯。這有賴于深度學習模型的應用，以確保準確性和可靠性。ASRPRO語音報警模塊：語音識別模塊用于實現(xiàn)語音交互和播報功能。系統(tǒng)可以接收用戶的語音指令，提供實時反饋。此外，系統(tǒng)可根據(jù)情況觸發(fā)警報提示。舵機控制電梯門模塊：系統(tǒng)使用舵機或其他執(zhí)行器來模擬電梯門的開合動作。系統(tǒng)必須精確控制舵機以確保模擬電梯門的運行，以便非電動車、人或物體可以進入或離開電梯。

應用圖像識別技術(shù)，K210電動車識別模塊可以采集電動車輪廓特征信息，進行特征提取和比對，以驗證判別，可能需要深度學習模型的訓練和優(yōu)化。語音播報是關鍵組件，通過ASRPRO語音報警模塊，系統(tǒng)能夠進行語音播報，提供實時反饋。播報適應系統(tǒng)需求的語音。舵機的控制是系統(tǒng)的核心，編寫控制程序，確保舵機能夠模擬電梯門的開啟和關閉，要求舵機動作的準確性和穩(wěn)定性。最后測試和性能優(yōu)化至關重要，對系統(tǒng)進行全面測試，模擬各種情況，包括合法用戶和非法入侵的場景，以驗證系統(tǒng)的正常運行和可靠性。通過不斷的系統(tǒng)優(yōu)化，確保其在實際使用中能夠滿足項目需求，提高性能和安全性。這些方法和手段將有助于成功設計和實現(xiàn)電動車入侵電梯報警系統(tǒng)，保障系統(tǒng)的可靠性和功能性。

攝像識別系統(tǒng)發(fā)揮著至關重要的作用。它利用轎廂內(nèi)的攝像頭捕捉視頻信息，并實時監(jiān)測進入電梯的物品。一旦系統(tǒng)識別到有電動自行車等危險物品進入，值班室的顯示屏會立即顯示鎖定狀態(tài)，同時發(fā)出警告提示。當系統(tǒng)檢測到危險物品進入電梯時，它會啟動聲光報警裝置，發(fā)出清晰、響亮的警告提示，如“電動車，嚴禁進入”。這種聲光警告提示可以引起人們的注意，提醒他們立即離開電梯。為了確保電梯在危險物品離開前不會關閉，電梯運行限制系統(tǒng)發(fā)揮了關鍵作用。一旦接收到報警信號，這個系統(tǒng)將使用信號處理模塊連接到光幕或開門系統(tǒng)，使電梯門保持開啟狀態(tài)，直到危險物品完全離開轎廂。輔助功能系統(tǒng)是為了避免誤觸發(fā)報警而設計的。它可以辨別非危險品，如人力自行車、滑板車、老人推車和兒童輪椅車等。這樣，當這些物品進入電梯時，系統(tǒng)不會觸發(fā)報警，從而避免了不必要的停運和等待時間。

總之，禁止危險物品進入電梯轎廂的智能識別報警系統(tǒng)通過攝像識別、聲光報警、運行限制和輔助功能等手段，為電梯的安全運行提供了有力保障。它不僅提高了人們乘梯的安全意識，還降低了因電動自行車等危險物品進入電梯而引發(fā)的安全事故風險。

結(jié)語

該系統(tǒng)利用先進的視頻監(jiān)控技術(shù)和人工智能算法來實現(xiàn)，能夠?qū)崟r監(jiān)測電梯內(nèi)部情況，并迅速識別出電動自行車等易燃易爆物品。相比傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，禁止電動車入侵電梯轎廂智能識別報警系統(tǒng)具有更高的效率和準確性。它不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控電梯的運行狀態(tài)，還能夠主動識別出潛在的危險因素，并及時發(fā)出警報。這會讓電梯安全管理從被動取證轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訄缶蟠筇岣吡斯芾硇剩ㄟ^減少乘客不安全行為，降低電梯事故發(fā)生概率。此外，該系統(tǒng)的應用還具有廣泛的社會意義。它不僅保障了乘客的安全，還能夠提升物業(yè)管理單位的管理效能。

禁止電動車進入電梯轎廂智能識別報警系統(tǒng)的應用是一項重要的舉措，旨在確保電梯的安全，并提高管理效率。它的出現(xiàn)不僅體現(xiàn)了科技在安全管理方面的巨大潛力，也為創(chuàng)造一個更加安全、和諧的居住環(huán)境提供了有力支持。

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作者簡介：趙宏程（2002- ），男，漢族，陜西神木人，本科在讀，研究方向：單片機。

基金項目：本文為2023年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目-基于FPGA+ARM的電梯電動車入侵報警系統(tǒng)設計（項目編號：S202312715053）。