电动车入侵电梯报警系统设计研究

赵宏程 张子杨 宋宇

摘要：本文指出了电梯轿厢内携带危险物品可能引发的公共安全问题，并介绍了一种智能识别电动车进入电梯的报警系统。该系统包括摄像识别、语音声光报警、电梯运行限制和辅助功能等，有效增强了视频监控效能，使电梯安全管理由被动转向主动。

关键词：单片机；摄像识别；语音声光报警；舵机

引言

随着城市化进程的加快，城市电动车数量迅猛增长。然而，这一增长导致了许多居民将电动车带入住宅楼，甚至通过电梯搬移至家中进行充电。这种行为不仅给居民楼带来了安全隐患，而且电动车在充电过程中发生事故的频率也大幅增加。因此，电动车检测报警系统成为了解决这一问题的关键。

一、电动自行车类危险物品进入电梯轿厢对公共区域的危害

根据权威统计数据，乘客的不安全行为在电梯事故中占据了高达40%的比例^[1]。这一触目惊心的数字，无疑向我们揭示了一个严峻的问题：乘客的安全意识亟待提高。为了应对这一挑战，政府出台了《关于规范电动自行车停放充电加强火灾防范的通告》，明确禁止在建筑物内的公共区域，如共用走道、楼梯间和安全出口等，停放电动自行车或为电动自行车充电^[2]。

尽管有明文规定，个别市民仍然心存侥幸，无视安全告示。他们将电动自行车搬运到楼道或家中存放并充电。一旦这种违规行为引发火灾，封堵的不仅是居民楼的安全出口和逃生通道，更可能是无数无辜的生命。特别是在电梯运行过程中，如果电动自行车在轿厢内起火或爆炸，后果不堪设想。为了提高市民的安全意识，有必要深入分析这种违规行为的根源。从技术层面来说，电梯制造商和物业部门也应采取措施，提高电梯的安全性能。例如，可以在电梯内安装烟雾报警器、灭火装置等设备，以便在发生火灾时能够及时报警并扑灭火源。同时，对于电动自行车进入电梯的问题，也可以通过技术手段进行限制，如安装智能识别系统，阻止电动自行车进入电梯。

二、电梯轿厢不适合安装常规消防灭火装置

电梯是一个封闭的有限空间，这一特点决定了它并不适合存放某些特定的物品。特别是对于一些消防器材，如干粉灭火器、CO₂灭火器和七氟丙烷灭火器等，它们在使用过程中可能会对封闭空间内的乘客造成伤害。干粉灭火器主要通过干粉灭火剂迅速释放大量的非活性气体来抑制火焰燃烧。然而，这种灭火器在释放干粉时，可能会在封闭空间内形成有害的粉尘云，这种环境对人体会有负面影响。CO₂灭火器则利用其高浓度的二氧化碳气体来稀释空气中的氧气，从而达到灭火的效果。然而，过度吸入这种高浓度的二氧化碳气体可能导致窒息危险，对于电梯轿厢这样的封闭空间来说，这无疑是一个巨大的安全隐患^[3]。七氟丙烷灭火器则是通过释放大量的七氟丙烷气体来稀释空气中的氧气或化学反应灭火。这种气体对人体有害，长时间暴露可能导致健康问题。除了这些消防器材，我们还应该尽可能防止电动车进入电梯。

三、电动车进入电梯轿厢识别报警系统研究现状

地感应线圈阻车系统：这个系统在电梯箱体入口的底部放置了一根地感应线圈，可以通过探测电动车材质的金属，将地感应线圈与控制器连接^[4]，并使其与执行机构联通，执行机构控制执行元件，阻止电梯门关闭控制器连接扬声器，发声时现语音，以阻止电动车推入轿厢。所述执行机构可以与电梯非接触连接，并且还可以与光幕电源电路连接^[5]。

采集板阻车系统是一种通过在电梯箱体入口处设置采集板来实现的。该采集板包括处理器模块和与其电性相连的金属检测模块、压重检测模块、电梯驱动模块、报警模块和语音提示模块。金属检测模块用于感知电动车材质的金属物体是否靠近电梯箱体的信号，并将信号发送给处理器模块。同时，压重检测模块会实时监测电梯箱体内的压重数据，并将其传输给处理器模块^[6]。当金属物体接近电梯箱体并且电梯箱体内的压重数据信号发生变化时，处理器模块会综合判断是否有电动车进入电梯箱体。如果判断为有电动车进入，报警模块会发出报警提示，并通过电梯驱动模块控制电梯停止运行，禁止关闭电梯门，语音提示推离电动车，阻止电动车推入轿厢^[7]。

图像识别阻车系统有三种情况：通过分析电梯内的图像信息，判断是否有电动车存在。如果存在电动车，系统会记录第一次检测到电动车的时间，并统计在预设时间内电动车的识别次数。同时，系统也会记录在预设时间内未检测到电动车的次数。然后，系统会比较第一次检测到电动车的次数和未检测到电动车的次数，如果第一次检测到电动车的次数大于未检测到电动车的次数，控制器会执行禁止电动车乘坐的指令，阻止电梯门关闭，并触发语音功能，提醒乘客将电动车推离电梯。如果在电动车的第二次识别中，第一次检测到电动车的次数仍然大于未检测到电动车的次数，控制器会同样执行禁止电动车乘坐的指令，阻止电梯门关闭，并触发语音功能，提醒乘客将电动车推离电梯；通过识别图像中的电车动车牌，根据是否有车牌信息来自动判断电梯内是否存在电动车；基于深度学习的目标检测识别图像中的电车动信息，自动判断电梯内是否存在电动车，阻止电动车推入轿厢。目标检测技术主要用于在图像中检测和识别感兴趣的物体，通过分析结果，用户能够准确确认图像中物体的位置和身份。

四、禁止电动自行车进入电梯轿厢识别报警系统的缺点

地感线圈阻车系统缺点在于容易对所有金属都有反应，导致过度触发率高，使电梯无端停运，给日常生活带来极大不便，而且对电梯周围的地面要求非常高，不能有金属物体存在。采集板阻车系统缺点在于电梯加装阻车配件的安装方法较其他两种系统复杂，价格偏高，且采集板在电梯频繁运送重物、家具等大型物品时容易损坏，而采集板更换价格与整个系统价格相当，还需厂家专业人员更换维修调试。图像识别阻车系统缺点在于图像检测成功率比较低，预置图像更新跟不上实际车型变化。如果在车前部稍加伪装或用物品覆盖此车就无法正确识别，而且摄像头也极容易被阻挡，失去應有作用。电动车车牌安装位置、大小不一致，且部分电动车未安装车牌，并且会存在遮挡车牌的情况，导致漏检。电梯中乘客较多，容易出现电动车目标被遮挡问题，或者将电动车与自行车混淆，降低了电动车入侵预警的准确度，导致漏检^[8]。

五、电动车入侵电梯轿厢识别报警系统的组成

为避免上述系统缺点，设计一款基于STM32F103C8T6单片机核心控制器的电动车入侵电梯报警系统。系统组成包括K210电动车识别模块、ASRPRO语音报警模块以及舵机控制，旨在提高电梯的安全性和便捷性。该系统主要由四部分构成：摄像识别系统、语音声光报警系统、电梯运行限制系统和辅助功能系统，如图1所示。这四部分协同工作，确保电梯安全运行。

K210电动车识别模块：该模块用于识别和验证电动车。通过采集电动车轮廓与特征信息、进行特征提取和匹配，系统可以确认是否为电动车闯入电梯。这有赖于深度学习模型的应用，以确保准确性和可靠性。ASRPRO语音报警模块：语音识别模块用于实现语音交互和播报功能。系统可以接收用户的语音指令，提供实时反馈。此外，系统可根据情况触发警报提示。舵机控制电梯门模块：系统使用舵机或其他执行器来模拟电梯门的开合动作。系统必须精确控制舵机以确保模拟电梯门的运行，以便非电动车、人或物体可以进入或离开电梯。

应用图像识别技术，K210电动车识别模块可以采集电动车轮廓特征信息，进行特征提取和比对，以验证判别，可能需要深度学习模型的训练和优化。语音播报是关键组件，通过ASRPRO语音报警模块，系统能够进行语音播报，提供实时反馈。播报适应系统需求的语音。舵机的控制是系统的核心，编写控制程序，确保舵机能够模拟电梯门的开启和关闭，要求舵机动作的准确性和稳定性。最后测试和性能优化至关重要，对系统进行全面测试，模拟各种情况，包括合法用户和非法入侵的场景，以验证系统的正常运行和可靠性。通过不断的系统优化，确保其在实际使用中能够满足项目需求，提高性能和安全性。这些方法和手段将有助于成功设计和实现电动车入侵电梯报警系统，保障系统的可靠性和功能性。

摄像识别系统发挥着至关重要的作用。它利用轿厢内的摄像头捕捉视频信息，并实时监测进入电梯的物品。一旦系统识别到有电动自行车等危险物品进入，值班室的显示屏会立即显示锁定状态，同时发出警告提示。当系统检测到危险物品进入电梯时，它会启动声光报警装置，发出清晰、响亮的警告提示，如“电动车，严禁进入”。这种声光警告提示可以引起人们的注意，提醒他们立即离开电梯。为了确保电梯在危险物品离开前不会关闭，电梯运行限制系统发挥了关键作用。一旦接收到报警信号，这个系统将使用信号处理模块连接到光幕或开门系统，使电梯门保持开启状态，直到危险物品完全离开轿厢。辅助功能系统是为了避免误触发报警而设计的。它可以辨别非危险品，如人力自行车、滑板车、老人推车和儿童轮椅车等。这样，当这些物品进入电梯时，系统不会触发报警，从而避免了不必要的停运和等待时间。

总之，禁止危险物品进入电梯轿厢的智能识别报警系统通过摄像识别、声光报警、运行限制和辅助功能等手段，为电梯的安全运行提供了有力保障。它不仅提高了人们乘梯的安全意识，还降低了因电动自行车等危险物品进入电梯而引发的安全事故风险。

结语

该系统利用先进的视频监控技术和人工智能算法来实现，能够实时监测电梯内部情况，并迅速识别出电动自行车等易燃易爆物品。相比传统的视频监控系统，禁止电动车入侵电梯轿厢智能识别报警系统具有更高的效率和准确性。它不仅能够实时监控电梯的运行状态，还能够主动识别出潜在的危险因素，并及时发出警报。这会让电梯安全管理从被动取证转变为主动报警，大大提高了管理效率，通过减少乘客不安全行为，降低电梯事故发生概率。此外，该系统的应用还具有广泛的社会意义。它不仅保障了乘客的安全，还能够提升物业管理单位的管理效能。

禁止电动车进入电梯轿厢智能识别报警系统的应用是一项重要的举措，旨在确保电梯的安全，并提高管理效率。它的出现不仅体现了科技在安全管理方面的巨大潜力，也为创造一个更加安全、和谐的居住环境提供了有力支持。

参考文献

[1]陈廷儒.一种禁止危险物品进入电梯轿厢智能识别报警系统[J].中国电梯，2022，33（06）：64-65.

[2]俞雪雷.上海电动自行车发展历程及运行特征与管理策略[J].交通与运输，2020，33（S2）：219-222.

[3]秦高峰.电梯实时监控与故障报警系统设计[J].电子制作，2022，30（16）：98-100.

[4]孫复庆，杨金星，马云涛.电梯轿厢车辆阻止系统[P].山东：CN107601236A，2018-01-19.

[5]游阳.电动车阻车系统研究[J].消防界（电子版），2021，7（01）：69-70.

[6]周平.用于电梯箱体的车辆检测系统、电梯[P].江苏省：CN210914854U，2020-07-03.

[7]戚振中，王刚.电动车识别方法、装置和系统[P].江苏省：CN110222659A，2019-09-10.

[8]毕陈帅，赵秋洪，戴光宇，等.基于ACSI的特种设备安全监管工作公众满意度测评模型构建[J].中国电梯，2021，32（20）：18-25.

作者简介：赵宏程（2002- ），男，汉族，陕西神木人，本科在读，研究方向：单片机。

基金项目：本文为2023年大学生创新创业训练计划项目-基于FPGA+ARM的电梯电动车入侵报警系统设计（项目编号：S202312715053）。