游乐场地的安全预警系统

薛珂磊 赵哲韬 刘亚林 沈诗婕 赵飞洋 诸梦瑶 瞿子文 陈灵敏 汪泽钰 袁伟荣

摘   要：本文从当下儿童安全状况出发，分析了玩耍中儿童遭遇意外危险的原因，发现低头族现象的增加使监管者减弱了对儿童的监护，在分析相关技术现状后，提出了一种使用红外线传感器与单片机控制技术，可在有固定区域的游乐场、小区中的草坪及靠近河道和马路的空地等地点使用的预警系统，该系统可实现对玩耍中的儿童的安全保护与对监护者的危险警示，为未来增强对儿童的监护力度，降低儿童意外死亡率提供了思路。

关键词：孩童监护  红外传感  信息交互  智能预警

中图分类号：TP27                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0228-05

1  研究背景

2016年10月27日，国家统计局网站发布的统计数据显示：2016年5岁以下儿童死亡率仍高达10.2‰，因意外伤害造成儿童死亡占我国儿童死亡总量的1/4，其中最大因素是交通事故[1-3]。在对游乐场地与公园、住宅小区等地的观察中，发现如下问题：（1）游乐场所监管不到位。有一些儿童游乐场所，如充气城堡等，往往建于露天广场边，靠近马路，而由于充气物体对视线的遮挡、监管人员与游玩儿童的人数比小，儿童有可能会在某处爬出游玩场所甚至跑到马路上。这造成了儿童的安全系数下降，可能会导致不可挽回的后果。（2）家长监管不到位。随着科技的发展，人们普遍养成了手机不离身的习惯，并一定程度上有长时间低头看手机的恶习。在小区中，常常有家长带着孩子玩耍，但是一段时间后，家长会不自觉的拿出手机，渐渐将注意力从孩子身上转移到手机上。孩子有可能会处于无人看管状态。由于小区的楼房高，树木多，造成了对视线的阻挡;汽车行驶的道路窄，造成了车辆躲避范围小;儿童身高矮，体型小，跑动突然、無规律，造成车辆躲避反应不及时，极可能会出现儿童与车辆碰撞的事故。

目前能够对进入与离开固定场所的人群进行检测的技术有：CX-T9单向检测器、CX-V8三向检测器、IRC9000热像检测器、CX-009A红外对射式检测器。但是目前的这些技术与发明都是针对于商场、车站等场所的入口处检测人流的，并且存在体积较大，对使用场地限制大、对儿童这一特殊类别的人群的检测难以精确智能识别等问题，无法做到对孩童的智能检测。

目前能够对儿童进行定位式实时检测的技术有：基于GIS的儿童安全监护系统及基于GSM技术的儿童安全智能监护系统等[4-8]，但是此类系统需要使用GPS定位与信息远程传输技术，适用于监护者与被监护者距离较远时的情况，若孩子即将出现危险情况，监护者难以起到保护作用。

对于上述情况，为了降低儿童的意外死亡率，我们设计制作了一种可以在孩童玩耍的空地、草坪等处使用的便携式安全预警系统，其利用红外传感与单片机技术，可以做到对儿童这一特殊人群的智能识别，并且在孩子单独离开安全区域时会进行视听觉的实时报警，让监护者切实起到对孩童的保护作用，解决了上述现有技术的两大缺陷。

2  系统构成与主要模块介绍

2.1 简介

系统主要由个5部分组成：主CPU、红外感应探头、声光报警器、数字显示屏、升缩支架与伸缩连杆。

2.2 主CPU

单片机用于接受并处理来自红外感应探头的行人穿行方向信息，经过分析后，控制声光报警器报警与数字显示屏显示进入人次与离开人次。

2.3 红外感应探头

红外感应探头以一定周期对外发射红外线，当无物体遮挡时，反射后接收到的能量较小，有物体遮挡时，反射回来的能量较大，其可将能量信号转换为电压型号输入主CPU。系统有3个红外感应探头，其中两个位于同一水平高度，相距20cm以上，用于检测是否有行人通过，并由两者的触发顺序分辨进入与离开行为。第3个红外感应探头位于上述两红外感应探头连接线中点上方，用于分辨通过的行人为儿童还是成年人。

2.4 报警与显示模块

由LED灯与蜂鸣器组成的报警器用于在孩子单独离开玩耍的安全区域，即将出现危险情况时接受主CPU的控制发出警报，提醒监护者与警示儿童。主CUP可在接收到红外感应探头传入的信号的同时对进入与离开行为进行计数，并控制数字显示屏，在显示屏上显示当前记录的离开人次与进入人次。

2.5 伸缩模块

系统外部设有伸缩连杆与伸缩支架，伸缩连杆可以调节3个红外感应探头的相对位置，伸缩支架可以调节系统的整体高度，两者综合使用，可以使系统针对不同的使用场地进行调节，适应游乐场地中的儿童与成年人的身高。

3  系统应用模拟与逻辑流程

3.1 模拟场景介绍

如图1所示在高楼之间有一块可供孩子玩耍的空地，空地中有成年人与孩童两类人群，空地右侧为对孩子存在威胁的马路，由于高楼的遮挡，司机无法看到空地内的情况而提前减速。实际使用时将系统放置在空地与马路之间，使红外感应探头朝向与马路平行。

3.2 情况模拟

图2为无人通行的情况，此时三个红外感应探头均未检测到人群，系统判断为无人通过。

（1）数字显示屏上显示的进入人次与离开人次不变。

（2）报警器不报警。

图3为儿童单独离开的情况，此时下方红外感应探头被由内而外触发，而上方红外感应探头未被触发，系统判断为危险情况。

（1）数字显示屏上显示的离开人次增加一次。

（2）报警器报警。

图4为成年人单独离开的情况，此时下方红外感应探头被由内而外触发，上方红外感应探头也被触发，系统判断为安全情况。

（1）数字显示屏上显示的离开人次增加一次。

（2）报警器不报警。

图5为成年人带着儿童离开的情况，此时下方红外感应探头被由内而外触发，上方红外感应探头也被触发，系统判断为安全情况。

（1）数字显示屏上显示的离开人次增加一次。

（2）报警器不报警。

图6为儿童单独进入的情况，此时下方红外探头被由外而内触发，而上方红外感应探头未被触发，系统判断为安全情况。

（1）数字显示屏上显示的进入人次增加一次。

（2）报警器不报警。

3.3 系统实物图

安全预警系统的实物如图7所示。

3.4 逻辑流程图

安全预警系统的逻辑流程如图8所示。

4  结语

随着经济的发展，人们的生活水平日益提高，手机等现代化娱乐办公产品的出现，让家长或娱乐场所的管理人员转移了注意力，儿童意外死亡仍然是中国儿童的一大死亡原因，儿童的监护者的疏忽大意是导致儿童意外死亡的主要原因，这就要求有新的技术的提出来弥补监护者被转移的注意力，从而增强对儿童安全的保护。我们提出的警示系统以这一情况与需求为背景，应用红外传感来实现对儿童进出安全区域的监测与对可能出现的危险情况进行警示，从而达到对儿童进行可靠有效的安全保护的目的。LED灯与蜂鸣器的组合可以满足不同监护者的需求，避免因监护者本身的特殊情况（如视力问题或听力问题）而导致的警示无效。此系统可以在一些有固定区域的游乐场所使用，也可以作为便携设备在家庭日常出行时使用。后续的开发中，可以实现与手机APP相结合，实现多方式迅速警示，真正实现技术“保护人”、“解放人”的目的，成为可靠的儿童监管保护助手。

参考文献

[1] 杨雄，陈建军.关于中国儿童安全现状的若干思考[J].当代青年研究，2005（11）：1-8.

[2] 刘建君.关于儿童安全问题的思考[J].幼儿教育，2002（4）.

[3] 鐘丽.儿童意外伤害不可忽视[J].幼儿教育：父母孩子，2008（Z2）.

[4] 产秀秀，金玥，齐平平，等.基于儿童安全的智能监护系统[J].电子制作，2018（2）：46-47.

[5] 王明政，李喜文，黄耀强.基于GIS的儿童安全监护系统的研究[J].黑龙江科技信息，2012（23）：53.

[6] 刘汇.基于互联网技术的汽车内儿童安全预警系统研究[J].科技视界，2017（1）：234.

[7] 徐益明，陶杰.基于物联网的儿童个性化培养和安全监护综合服务平台[J].数字技术与应用，2012（6）：191.

[8] 张倩.基于报警模式的婴儿监护系统专利技术综述[J].中国高新区，2018（14）：21.