楼梯拥挤报警器

学校的教学楼楼梯宽度有限，学生上下课時易造成拥挤，一旦有人摔倒，就可能引发踩踏事件。

所以，我想设计一种能按上楼和下楼人数的密度及时报警的楼梯拥挤报警器。

一、研究过程

如何用最简单、可靠的方法把人群是否拥挤的信号提取出来？我初步设计了四种方案。

1.利用被动式热释电红外探测感应

人体恒温在37℃左右，会发出波长约10um的红外线，通过菲泥尔滤光片可将其增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，它在接收人体红外辐射时会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

但这种方法有很多缺点。如易受各种热源、光源干扰，被动红外穿透力差等。

2.利用多个密布红外发射、接收器监测进入楼梯的人数

经过上网搜索，我发现有很多相关的研究，但对学校楼梯状况做进一步调研后，发现这种方法很不实用。因为学校的楼梯行人并行的情况很多，并且有的人上、有的人下，无法准确测出人数。

3.使用重力传感器

这种方法比较科学，需在楼梯土建工程开始时就进行预设，再将楼梯整体称重，当叠加的重量超过设定值时就会发出报警声。但在整体土建工程完成后再次安装，非常不便。

4.采用高响应红外对射探头

用高响应红外对射探头扫描人群，统计出人流密度后再由控制器进行比较运算，得出整个楼梯的人流密度值。多次对比实际使用时的情况，设置合适的报警密度值，当人流密度超过该值时，触发报警继电器，带动相应的报警设施，提醒学生注意安全。

综合考虑后，我确定第四种方案为最终的项目制作方案。

二、设计原理

楼梯拥挤报警器由发射、接收红外线的盒子、红外线发射、接收模块、控制器构成。结构示意图如图l所示。

使用时，将发射红外线的盒子固定在楼梯的栏杆上，也可将其与栏杆制成一个整体，接收红外线的盒子安装在与发射红外线的盒子相对的一侧墙体上。

学生下楼梯时，如果人流在监视区内不连续，表明人流密度不大，报警器不工作；如果人流在监视区内连续，所有的光线均被阻挡，表明人流密度大，报警器立即报警。

楼梯拥挤报警器为继电器模块，可带动灯光、声音等外部报警终端。

三、实验测试

我将楼梯拥挤报警器拿到昌邑市职教中心实验楼进行实验。该实验楼层高3.8m，楼层之间有两段楼梯，楼梯宽度为1.5m，每段有12层台阶。在每段楼梯设3个红外对射探头实验。为了便于分析数据，中央控制模块只外接了3对红外对射探头。

通过编程软件对单片机程序进行如下设置：每对探头的响应时间为0.02秒，一对探头红外对射完全隔绝时的人流密度为33%，三对探头完全隔绝时为99%。人流密度每3秒钟统计一次，结果显示在数码管上，分析得出拥挤时报警的合理人流密度值。

通过35名同学反复进行上楼和下楼人流密度测试，我找出了合适的临界报警人流密度值，最终确定将人流密度为65%时设置为报警的临界点。