天臺人數控制報警系統

蒲喆

引言：本文主要概述了如何對天臺公共場所人數的控制、統計，該裝置利用反射式紅外監測儀控制人數進出，使用arduino開源電子版控制，并連接系統指定攝像頭對畫面進行監控，能嚴格監察控制天臺進出人數并實時匯報。后期能有效查找有關錄像。

1 研究背景

據新聞報道，2016年元月初家住崇明縣城橋鎮某小區高層住宅的居民姚先生接到對門鄰居的電話，稱樓里遭了竊賊，讓其回家查看一下有無財物被盜。經警方調查，犯罪嫌疑人是由樓梯上到頂樓天臺后經天臺攀爬至高層進行入室盜竊。該嫌疑人一系列的作案，令我十分震驚。現在有很多小區住戶都是由外露天臺與室內居家組成，天臺逐漸為公共區域，安全隱患較高。所以如何增強居民生活安全，并且對天臺等公共區域進行有效的監管成為了問題。在老師提示下，我組對為天臺設置的防盜人數控制報警系統進行了開發。

為此小組成員對近幾年來的各大門禁系統進行了統計，結果發現如下：

近幾年隨著社會電子化智能程度的深入，現在我們看到的門禁系統依據輸入設備、介質和方法的不同可以分為：密碼門禁系統 ， 刷卡門禁系統，生物識別門禁系統。

（1）密碼門禁系統：通過輸入密碼，系統判斷密碼正確就驅動電鎖，打開門放行。但速度慢，輸入密碼一般需要好幾秒中，如果進出的人員過多，需要排隊。如果輸入錯誤，還需重新輸入，耗時更長。安全性差，旁邊的人容易通過手勢記住別人的密碼，密碼 容易忘記或者泄露。趨勢：密碼門禁使用的場合越來越少了，只在對安全性要求低，成本低，使用不頻繁的場合還在使用。同時還無法做到記錄人數的作用。無法預防天臺盜竊事件

（2）刷卡門禁系統：根據卡的種類又分為接觸卡門禁系統和非接觸卡）門禁系統。

接觸卡門禁系統由于接觸卡片容易磨損，使用次數不多，卡片容易損壞，并且還不容易保存，居民樓內的一旦忘記攜帶卡片將會引起極大的不便。除此之外，如果卡被一些不法分子撿到，那么就可能會發生平凡盜竊案，嚴重影響了居名的安全性。

為此，如何做出一個高效又簡單的裝置來對人數進行控制管理，并且在必要情況下可以做到對居民生活安全的保障呢？我組成員針對此類問題進行了天臺人數監測系統的研究與開發。

2 設計思路

2.1 人數監測

參考省圖書館的人數監測裝置，如圖

在兩個機器之間進出時，系統會自動根據人數變化進行運算。此類機器很簡便的運算出每日館內的人流數量。可是在實地驗證后，適宜寬度下，若是兩個人并排走過，系統只會辨別出一次數據，也就是說兩個人并排進入后，系統仍只會+1，而兩人依次出去后，系統顯示人數為-1的情況也是可能的。

基于以上的問題，在計算圖書館客流量時可以允許誤差的存在，但是天臺本身的人流量較小，更加便于統計；同時天臺作為人們生活地方的公共區域，關系到居民的生活環境安全。故本裝置的容錯率要幾乎為零才可以實現真正的人數監測。

同樣，為更加簡便地計算出人數的進出，我組決定使用紅外線傳感器作為核心。但是為減小測量的誤差，另一方面更好的保證小區安全，我組決定再安裝一個小型天臺可自動開關記錄儀，作為圖像的接收器和儲存器。

以單純的反射式紅外傳感器作為主體，程序思路如下：

在過道兩側墻壁上裝有反射式紅外一號、二號傳感器。

并且有以下邏輯程序：

2.2 攝像頭使用及警報

根據以上邏輯程序可以判斷出人員的進出與離開。并且通過計算得出現階段天臺人數。

為更好保證居民生活安全，可以設置一下程序：

人數的統計可在當天設置時間內歸零并重新開始計數。

當遇到特殊情況時安保人員可以通過調取天臺可自動開關記錄儀上的畫面進行偵辨。在更大程度上保障了居民的生活安全。

3 材料應用

3.1 Arduino 板

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。（本項目中使用的是Arduino UNO）。

Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。對Arduino的編程是利用 Arduino編程語言 （基于 Wiring）和Arduino開發環境（基于 Processing）來實現的。

通過Arduino我們可以更加方便地控制電路。

3.2 面包板

面包板是由于板子上有很多小插孔，專為電子電路的無焊接實驗設計制造的。由于各種電子元器件可根據需要隨意插入或拔出，免去了焊接，節省了電路的組裝時間，而且元件可以重復使用，非常適合電子電路的組裝、調試。

通過使用面包板來擴充電路，可以方便接線，使模型看起來簡潔。

3.3 紅外線傳感器

利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。任何物質，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應快等優點。

3.4 電阻應變片

電阻應變片也稱電阻應變計，簡稱應變片或應變計，是由敏感柵等構成用于測量應變的元件。它能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化。電阻應變片是由Φ=0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀（或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣薄片中（基底）制成。用鍍銀銅線與應變片絲柵連接，作為電阻片引線。 電阻應變片作為傳感元件，將其牢固地粘貼在構件的測點上，構件受力后由于測點發生應變，應變片也隨之變形而使應變片的電阻發生變化。

3.5 項目總結

本次項目較為低成本的實現了理想化人數控制，在精確度上使用了天臺可自動開關記錄儀原理的儀器記錄畫面，也便于提取。其中，紅外線開關式的觸動令記錄儀節省了大部分記錄的內存，使得記錄儀在無人狀態下可以休眠待機。

3.5.1 測試結果

我組在特定場合對系統進行測試，結果表明，不在特殊情況下，裝置可以順利進行統計計數并對數據作出處理。

而在特殊情況下我組可以順利調出有關畫面監控。裝置各部分運行完善。

3.5.2 產品不足

經過團隊的分析以及老師的指導，我組發現若是兩個人并排走或者一個人抱著另一個人進入，系統無法及時準確判別出人數，也會出現人數上的誤差。

一般天臺門是很難兩個人并排通過的，但是另一方面無法解決緊密相貼的情況。為此我組進行進一步研究，有以下可行方案推廣。

3.5.3 可選方案推廣

我組利用人行盲道磚點型的設計，避免系統無法準確識別進出人數從而產生誤差，帶來安全上的隱患，

在類似盲道磚上的器材上加入壓力感應裝置，點型分散分布在各處，以觸發裝置的多少來判斷人數的多少。

同時間加上方案一的前后紅外感應裝置，判別物體的進與出，從而進行進一步統計。

盲道磚規格一般有150*150*15/20/30mm

200*200*15/20/30mm

300*300*15/20/30mm幾種規格。

根據該裝置使用的地方與尺寸的大小，小組決定使用的300mm*300mm尺寸，形狀恰好契合門檻大小，放置在人行的必要位置，確保每個進出的人可以踏在裝置上，從而準確的進行計數

裝置將應變片分布到裝置的圓點上，在相應數量的應變片一旦被激活，由程序判定人數的多少。根據日常生活的觀察，一般人踏在盲道300mm*300mm點型磚上時會觸發6-10個不同的點。因此有以下邏輯：

由于此方案編程過于復雜加之Arduino數據板限制，仍處于開放當中。相信此方案能帶來更好的解決辦法。

（作者單位：四川省成都市玉林中學）