樓梯擁擠報(bào)警器

學(xué)校的教學(xué)樓樓梯寬度有限，學(xué)生上下課時(shí)易造成擁擠，一旦有人摔倒，就可能引發(fā)踩踏事件。

所以，我想設(shè)計(jì)一種能按上樓和下樓人數(shù)的密度及時(shí)報(bào)警的樓梯擁擠報(bào)警器。

一、研究過程

如何用最簡(jiǎn)單、可靠的方法把人群是否擁擠的信號(hào)提取出來？我初步設(shè)計(jì)了四種方案。

1.利用被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)感應(yīng)

人體恒溫在37℃左右，會(huì)發(fā)出波長(zhǎng)約10um的紅外線，通過菲泥爾濾光片可將其增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，它在接收人體紅外輻射時(shí)會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

但這種方法有很多缺點(diǎn)。如易受各種熱源、光源干擾，被動(dòng)紅外穿透力差等。

2.利用多個(gè)密布紅外發(fā)射、接收器監(jiān)測(cè)進(jìn)入樓梯的人數(shù)

經(jīng)過上網(wǎng)搜索，我發(fā)現(xiàn)有很多相關(guān)的研究，但對(duì)學(xué)校樓梯狀況做進(jìn)一步調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)這種方法很不實(shí)用。因?yàn)閷W(xué)校的樓梯行人并行的情況很多，并且有的人上、有的人下，無法準(zhǔn)確測(cè)出人數(shù)。

3.使用重力傳感器

這種方法比較科學(xué)，需在樓梯土建工程開始時(shí)就進(jìn)行預(yù)設(shè)，再將樓梯整體稱重，當(dāng)疊加的重量超過設(shè)定值時(shí)就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。但在整體土建工程完成后再次安裝，非常不便。

4.采用高響應(yīng)紅外對(duì)射探頭

用高響應(yīng)紅外對(duì)射探頭掃描人群，統(tǒng)計(jì)出人流密度后再由控制器進(jìn)行比較運(yùn)算，得出整個(gè)樓梯的人流密度值。多次對(duì)比實(shí)際使用時(shí)的情況，設(shè)置合適的報(bào)警密度值，當(dāng)人流密度超過該值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警繼電器，帶動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警設(shè)施，提醒學(xué)生注意安全。

綜合考慮后，我確定第四種方案為最終的項(xiàng)目制作方案。

二、設(shè)計(jì)原理

樓梯擁擠報(bào)警器由發(fā)射、接收紅外線的盒子、紅外線發(fā)射、接收模塊、控制器構(gòu)成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖l所示。

使用時(shí)，將發(fā)射紅外線的盒子固定在樓梯的欄桿上，也可將其與欄桿制成一個(gè)整體，接收紅外線的盒子安裝在與發(fā)射紅外線的盒子相對(duì)的一側(cè)墻體上。

學(xué)生下樓梯時(shí)，如果人流在監(jiān)視區(qū)內(nèi)不連續(xù)，表明人流密度不大，報(bào)警器不工作；如果人流在監(jiān)視區(qū)內(nèi)連續(xù)，所有的光線均被阻擋，表明人流密度大，報(bào)警器立即報(bào)警。

樓梯擁擠報(bào)警器為繼電器模塊，可帶動(dòng)燈光、聲音等外部報(bào)警終端。

三、實(shí)驗(yàn)測(cè)試

我將樓梯擁擠報(bào)警器拿到昌邑市職教中心實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)樓層高3.8m，樓層之間有兩段樓梯，樓梯寬度為1.5m，每段有12層臺(tái)階。在每段樓梯設(shè)3個(gè)紅外對(duì)射探頭實(shí)驗(yàn)。為了便于分析數(shù)據(jù)，中央控制模塊只外接了3對(duì)紅外對(duì)射探頭。

通過編程軟件對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行如下設(shè)置：每對(duì)探頭的響應(yīng)時(shí)間為0.02秒，一對(duì)探頭紅外對(duì)射完全隔絕時(shí)的人流密度為33%，三對(duì)探頭完全隔絕時(shí)為99%。人流密度每3秒鐘統(tǒng)計(jì)一次，結(jié)果顯示在數(shù)碼管上，分析得出擁擠時(shí)報(bào)警的合理人流密度值。

通過35名同學(xué)反復(fù)進(jìn)行上樓和下樓人流密度測(cè)試，我找出了合適的臨界報(bào)警人流密度值，最終確定將人流密度為65%時(shí)設(shè)置為報(bào)警的臨界點(diǎn)。