学校楼道拥挤预警系统

乐羊羊

一、设计者和指导老师介绍

文敬滋，10岁，就读于南宁市逸夫小学，对计算机辅助设计与制造有着浓厚兴趣，曾荣获第35届广西青少年科技创新大赛小学生科技创新成果竞赛一等奖，已申请1个专利项目。

陆俊达，南宁市逸夫小学科技辅导员，曾荣获第65届德国纽伦堡世界发明展银奖、“全国十佳优秀科技辅导员”称号，已申请4个专利项目。

二、设计故事

文敬滋发现校园踩踏事故多发生在低层（3楼以下）楼道内，严密监控学校楼道及预防人员拥挤，是防止校园发生踩踏事故的重要手段。所以，她希望发明一套能够对学校楼道拥挤进行预警的智能系统。

三、准备材料

红外对射传感器、微控制器主板、语音芯片、警灯、可调焦广角摄像头、5mm厚度的奥松板、杜邦连接线等。

四、科创过程

第一步：确定设计方案

当楼道出现学生密集的情况时，安装在楼道内的语音系统会自动播放提醒语音;安装在楼道内的红外对射传感器可即时识别人员密度，然后根据各楼层楼道的人员流动趋势和拥挤程度，通过网络和app提醒负责安全的教师和安保人员及时前往现场疏散人群。

陆俊达：业内已对如何利用传感器检测楼道拥挤展开过相关研究，所以文敬滋在设计思路上创新性地强调了“预警”功能，而不是继续研究拥挤踩踏事故发生后的“报警”功能。

第二步：利用AutoCAD软件设计模型，切割并组装模型外壳

陆俊达：该部分涉及计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）相关的知识，对于多数中小学生来说，比较抽象和难以理解。科技辅导老师上信息技术课的时候，就要注意在CAD和CAM的概念讲解和实操指导上多下功夫，把高深晦涩的专业知识用学生能理解的语言描述出来，并引导他们形成相关的思维和解决问题的能力，这样学生才能快速上手。

第三步：编写程序

文敬滋用语音数据编程器，将录制好的报警语音文件写入语音芯片内;在arduino IDE開发环境中，用编程的方式实现读取和分析传感器数据、对数据进行逻辑判断和输出各种可能出现的情况等功能。

陆俊达：本项目研究使用了arduino IDE和米思齐（Mixly）图形编程软件。小学生在编写程序的过程中，遇到一些逻辑复杂的算法时，处理起来往往力不从心，容易出现逻辑混乱的错误。这个时候，就需要使用思维导图软件和纯代码开发环境来配合解决。

第四步：调试程序

每个楼层的楼道都需要安装红外对射传感器阵列，并将所有的传感器都连接到主控板上，这样主控板便可根据需要，驱动语音播放和警示灯亮起，同时还负责网络报警信号的发送和现场视频信号的转发任务。

陆俊达：程序的调试花费了很多时间，前后经过了数十次较大的修改，才达到了预先设计的效果。这主要是因为程序在人员拥挤判断和警报信息发送的任务切换上，很容易出现逻辑错误，导致预警功能无法实现。最后，文敬滋通过画思维导图，把各个传感器和执行部件的信号走向梳理清楚，再按照思维导图将程序设计出来，这才解决了程序容易出现逻辑混乱的问题。

五、未来优化方向

1.增加其他类型的传感器，避免单列队列下楼时误报情况发生。例如，增加一组接近传感器，与红外对射传感器配合，降低误报率。2.增加通过报警终端直接对楼道喊话的功能，方便负责安全的教师结合手机上的现场视频画面，直接通过楼道的警示语音播放器喊话，从而更高效地疏散楼道内的学生。3.增加教室广播系统播放拥挤警示语音的功能，可切入教室原有的广播系统，播放语音，提示各班学生目前某个楼道正出现拥挤风险，不要再前往。

陆俊达：做科学研究不会一帆风顺，遇到问题后，自己运用智慧把问题解决，是一件很有成就感的事情。科学技术是国家和民族的希望与未来，希望同学们不负韶华、努力前行，对科学研究保持足够的热情，早日实现自己的远大梦想！