天台人数控制报警系统

蒲喆

引言：本文主要概述了如何对天台公共场所人数的控制、统计，该装置利用反射式红外监测仪控制人数进出，使用arduino开源电子版控制，并连接系统指定摄像头对画面进行监控，能严格监察控制天台进出人数并实时汇报。后期能有效查找有关录像。

1 研究背景

据新闻报道，2016年元月初家住崇明县城桥镇某小区高层住宅的居民姚先生接到对门邻居的电话，称楼里遭了窃贼，让其回家查看一下有无财物被盗。经警方调查，犯罪嫌疑人是由楼梯上到顶楼天台后经天台攀爬至高层进行入室盗窃。该嫌疑人一系列的作案，令我十分震惊。现在有很多小区住户都是由外露天台与室内居家组成，天台逐渐为公共区域，安全隐患较高。所以如何增强居民生活安全，并且对天台等公共区域进行有效的监管成为了问题。在老师提示下，我组对为天台设置的防盗人数控制报警系统进行了开发。

为此小组成员对近几年来的各大门禁系统进行了统计，结果发现如下：

近几年随着社会电子化智能程度的深入，现在我们看到的门禁系统依据输入设备、介质和方法的不同可以分为：密码门禁系统 ， 刷卡门禁系统，生物识别门禁系统。

（1）密码门禁系统：通过输入密码，系统判断密码正确就驱动电锁，打开门放行。但速度慢，输入密码一般需要好几秒中，如果进出的人员过多，需要排队。如果输入错误，还需重新输入，耗时更长。安全性差，旁边的人容易通过手势记住别人的密码，密码 容易忘记或者泄露。趋势：密码门禁使用的场合越来越少了，只在对安全性要求低，成本低，使用不频繁的场合还在使用。同时还无法做到记录人数的作用。无法预防天台盗窃事件

（2）刷卡门禁系统：根据卡的种类又分为接触卡门禁系统和非接触卡）门禁系统。

接触卡门禁系统由于接触卡片容易磨损，使用次数不多，卡片容易损坏，并且还不容易保存，居民楼内的一旦忘记携带卡片将会引起极大的不便。除此之外，如果卡被一些不法分子捡到，那么就可能会发生平凡盗窃案，严重影响了居名的安全性。

为此，如何做出一个高效又简单的装置来对人数进行控制管理，并且在必要情况下可以做到对居民生活安全的保障呢？我组成员针对此类问题进行了天台人数监测系统的研究与开发。

2 设计思路

2.1 人数监测

参考省图书馆的人数监测装置，如图

在两个机器之间进出时，系统会自动根据人数变化进行运算。此类机器很简便的运算出每日馆内的人流数量。可是在实地验证后，适宜宽度下，若是两个人并排走过，系统只会辨别出一次数据，也就是说两个人并排进入后，系统仍只会+1，而两人依次出去后，系统显示人数为-1的情况也是可能的。

基于以上的问题，在计算图书馆客流量时可以允许误差的存在，但是天台本身的人流量较小，更加便于统计；同时天台作为人们生活地方的公共区域，关系到居民的生活环境安全。故本装置的容错率要几乎为零才可以实现真正的人数监测。

同样，为更加简便地计算出人数的进出，我组决定使用红外线传感器作为核心。但是为减小测量的误差，另一方面更好的保证小区安全，我组决定再安装一个小型天台可自动开关记录仪，作为图像的接收器和储存器。

以单纯的反射式红外传感器作为主体，程序思路如下：

在过道两侧墙壁上装有反射式红外一号、二号传感器。

并且有以下逻辑程序：

2.2 摄像头使用及警报

根据以上逻辑程序可以判断出人员的进出与离开。并且通过计算得出现阶段天台人数。

为更好保证居民生活安全，可以设置一下程序：

人数的统计可在当天设置时间内归零并重新开始计数。

当遇到特殊情况时安保人员可以通过调取天台可自动开关记录仪上的画面进行侦辨。在更大程度上保障了居民的生活安全。

3 材料应用

3.1 Arduino 板

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。（本项目中使用的是Arduino UNO）。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是利用 Arduino编程语言 （基于 Wiring）和Arduino开发环境（基于 Processing）来实现的。

通過Arduino我们可以更加方便地控制电路。

3.2 面包板

面包板是由于板子上有很多小插孔，专为电子电路的无焊接实验设计制造的。由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，非常适合电子电路的组装、调试。

通过使用面包板来扩充电路，可以方便接线，使模型看起来简洁。

3.3 红外线传感器

利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。

3.4 电阻应变片

电阻应变片也称电阻应变计，简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片中（基底）制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。 电阻应变片作为传感元件，将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化。

3.5 项目总结

本次项目较为低成本的实现了理想化人数控制，在精确度上使用了天台可自动开关记录仪原理的仪器记录画面，也便于提取。其中，红外线开关式的触动令记录仪节省了大部分记录的内存，使得记录仪在无人状态下可以休眠待机。

3.5.1 测试结果

我组在特定场合对系统进行测试，结果表明，不在特殊情况下，装置可以顺利进行统计计数并对数据作出处理。

而在特殊情况下我组可以顺利调出有关画面监控。装置各部分运行完善。

3.5.2 产品不足

经过团队的分析以及老师的指导，我组发现若是两个人并排走或者一个人抱着另一个人进入，系统无法及时准确判别出人数，也会出现人数上的误差。

一般天台门是很难两个人并排通过的，但是另一方面无法解决紧密相贴的情况。为此我组进行进一步研究，有以下可行方案推广。

3.5.3 可选方案推广

我组利用人行盲道砖点型的设计，避免系统无法准确识别进出人数从而产生误差，带来安全上的隐患，

在类似盲道砖上的器材上加入压力感应装置，点型分散分布在各处，以触发装置的多少来判断人数的多少。

同时间加上方案一的前后红外感应装置，判别物体的进与出，从而进行进一步统计。

盲道砖规格一般有150*150*15/20/30mm

200*200*15/20/30mm

300*300*15/20/30mm几种规格。

根据该装置使用的地方与尺寸的大小，小组决定使用的300mm*300mm尺寸，形状恰好契合门槛大小，放置在人行的必要位置，确保每个进出的人可以踏在装置上，从而准确的进行计数

装置将应变片分布到装置的圆点上，在相应数量的应变片一旦被激活，由程序判定人数的多少。根据日常生活的观察，一般人踏在盲道300mm*300mm点型砖上时会触发6-10个不同的点。因此有以下逻辑：

由于此方案编程过于复杂加之Arduino数据板限制，仍处于开放当中。相信此方案能带来更好的解决办法。

（作者单位：四川省成都市玉林中学）