基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置的制作方法

本发明属于安全保护技术领域，尤其涉及一种防止幼儿独自乘坐自动扶梯拦截装置，该拦截装置能识别独自靠近自动扶梯入口的幼儿，并将幼儿在自动扶梯入口处拦截防止其独自乘坐自动扶梯。

背景技术：

随着科学技术的进步和经济的发展，为了人们生活能够更加的便利，多数建筑内安装自动扶梯方便行人上下楼。但由于自动扶梯本身的设计缺陷，近几年发生多起乘客在自动扶梯上受伤的意外事故，受伤者以幼儿居多。

幼儿自我保护意识和安全防护意识比较薄弱，并且活泼好动，有时因监护人看管不当或者粗心大意，在脱离监护人的视线范围内的幼儿很有可能会发生意外。自动扶梯对于幼儿来说就是一种安全隐患，因幼儿好动，脱离监护人看管的幼儿可能会乘坐自动扶梯玩耍，但独自乘坐自动扶梯的幼儿可能会因为错误的乘坐方式发生意外。目前针对幼儿独自乘坐自动扶梯产生的安全隐患问题并没有很好的防护措施，幼儿仍然可以没有任何阻碍的独自乘坐自动扶梯，因此近几年发生多起幼儿因独自乘坐自动扶梯受伤事件。

为了保护幼儿的安全，防止此类危险的发生，而采用工作人员去看管的方式需要耗费大量人力，因此迫切需要发明一款防止幼儿独自乘坐自动扶梯的智能拦截装置。

技术实现要素：

本发明填补目前拦截幼儿装置领域的不足，旨在避免幼儿因独自乘坐自动扶梯而发生意外事故，提供一种基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置。该装置设置自动扶梯入口处，通过使用红外感应技术在设定高度上感知是否有移动的人体的方式将幼儿和其他乘客区分开来，并以此根据来控制拦截门的开关。此外考虑为避免伤害到幼儿，在现有防冲装置中增加缓冲装置和定时电磁复位功能，在现有限位开关的基础上增加限位电磁感应装置。

本发明的技术方案是：

一种基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置，该装置包括拦截装置、红外感知装置、图像采集及显示装置和单片机处理器；所述的拦截装置安装在距离自动扶梯入口10～15厘米处，红外感应装置安装在拦截装置前方10～15厘米处；

所述拦截装置包括组成相同的左右两部分，每部分包括箱体、摆臂、摆闸门；摆闸门和摆臂固定相连，摆臂通过转轴和箱体相连；

所述摆臂内部包括机芯和传动装置；

所述机芯包括限位开关、电机、螺母、限位电磁感应片、轴承盖板、轴承、从动齿轮、机芯转轴、主动齿轮、机芯壳、螺母和机芯底座；所述的限位开关包括关门限位开关和开门限位开关；

其中，所述的机芯底座上安装有台阶状的机芯壳，机芯壳的左侧上部，安装有电机，电机的驱动轴向下穿过机芯壳，与主动齿轮轴连接；从动齿轮位于机芯壳内部右侧，与主动齿轮啮合；从动齿轮安装在轴承的下部，轴承上安装有轴承盖；机芯转轴上端穿过机芯壳右侧处的圆孔，机芯转轴中部依次穿过轴承盖板、轴承和从动齿轮的轴中心位置，最后其尾端穿过机芯底座的圆孔内；机芯壳最外侧四个顶角位置固定在机芯底座上；机芯底座的两侧固定在箱体上端外壳内部；

所述的机芯壳右侧表面，分别安装有关门限位开关、开门限位开关；开门限位开关和关门限位开关的结构相同，均以机芯转轴的轴线为圆弧的圆心；限位电磁感应片的一端通过螺母与机芯转轴的顶部相连，另一端位于限位开关的弧形电磁感应装置自身的中间空隙处；

所述传动装置包括转轴、连接件和固定件；所述的转轴上端和机芯转轴的尾端相连，转轴的两端还分别有一个圆台型垫片，上垫片与机芯转轴之间装有一个空心垫片上垫片固定在箱体上，下垫片将转轴的下端固定在箱体底部，箱体固定在地面上；转轴的中段通过螺母分别固定有上、下两个连接件的一端，连接件的另一端与固定件相连，固定件再与摆固定相连；

所述防撞装置包括基座、缓冲弹簧、防撞装置转动端、电磁感应吸附装置，基座竖立固定在箱体上，中间位置偏摆闸门打开方向，缓冲弹簧安装在基座中间位置，防撞装置转动端与转轴底部相连，电磁感应吸附装置安装在防撞装置转动端的四个边角上；基座内装有通电螺旋管；

所述相同的两套红外感知装置分别位于拦截装置的两侧，包括红外阵列传感器和仪器安装柱；所述仪器安装柱固定在地面，位置为拦截装置两侧前方15～30厘米处，仪器安装柱均安装两个红外阵列传感器，两个红外阵列传感器距离地面高度分别为30厘米和120厘米，方向与水平方向成60度夹角。

所述图像采集显示装置包括相机、显示器和语音播放器，显示器安装在左侧仪器安装柱顶部，语音播放器安装在显示器的左下方位置；

所述智能控制模块包括单片机处理器，安装在箱体内部，单片机处理器分别与相机、4个红外阵列传感器、显示器、语音播放器、闸门控制装置和防撞装置相连。

本发明的实质性特点为：

(1)本发明使用红外感应技术在设定高度上感知是否有移动的人体的方式将幼儿和其他乘客区分开来，当只有距离地面30厘米的红外阵列传感器感知到移动的人体时，而距离地面120厘米的红外阵列传感器未感知到移动的人体时，将其视为幼儿，启动拦截装置。红外感应装置的感应范围在80厘米，能在较大范围内进行幼儿的感知，提前做出拦截幼儿的判断，避免因感知范围太小，幼儿在拦截门还未及时关闭时已乘坐上自动扶梯。

(2)本装置所采用的机芯在限位开关上做出创新性的改进，当前的摆闸门常用的限位开关是光电限位开关，当摆臂进行摆动时，摆轴的运动带动挡光片的运动，当挡光片遮挡住限位开关的光源时，电机反转，使摆臂停止运动。若感光装置出现问题，此限位开关便无法正常工作。因此，本装置所设计的限位开关，在现有限位开关的基础上，增加了电磁感应装置。即当限位电磁感应片移动到限位开关的中间空隙位置时，限位关开对限位电磁感应片产生磁力吸引力，并且力的大小逐渐上升，使摆闸门在摆动过程中减速，当电磁感应片移动到限位开关的中间位置时，及限定的打开或者关闭的位置时，磁力吸引力达到最大值，迫使转轴停止转动，并且保证摆闸门关闭或开始过程中将要达到限位位置时，摆动速度缓缓减慢。

(3)本装置的防撞缓冲装置，采用弹簧进行缓冲与电磁感应力控制复位的结合。当幼儿冲撞摆闸门时，摆闸门会随之冲撞打开一定的角度，弹簧会对摆闸门打开时的速度进行减速，避免摆闸门打开一定角度过程中打开速度过快，对幼儿造成惯性上的跌倒性伤害。当摆闸门打开一定的角度后，通过基座内通电螺线管产生的磁场对缓冲装置四个顶角的电磁感应吸附装置的产生的吸引力使摆闸门固定在此开启的角度，避免门体弹回对幼儿造成伤害。门体进行复位时，通过电磁感应力逐渐减小的方式，使摆闸门缓缓复位。

本发明有益效果在于：

1、本发明从幼儿的人身安全角度考虑，填补目前幼儿拦截装置的不足，通过拦截门和红外阵列传感器的结合实现智能拦截幼儿的功能，从设定的红外阵列传感器的两个感知高度范围内是否有移动的人体，判断是否有幼儿独自靠近电梯，从幼儿和其他乘客最为客观的区别进行判断，增加幼儿拦截的成功率。

2、拦截门的类别选择摆闸门，反应机制速度快，以免出现因拦截门未及时关闭而导致拦截失败。在防冲装置上增加缓冲功能和基于电磁感应的复位装置。当幼儿冲撞拦截门时，拦截门会随之幼儿的碰撞打开一定的角度，缓冲弹簧起到缓冲的作用，防止拦截门被撞击时，打开过快对幼儿产生伤害，同时也减少碰撞对摆闸门造成机械上的损伤。基于电磁感应的复位装置避免摆闸门快速弹回复位对幼儿造成伤害，而是通过磁场对电磁感应吸附装置的吸引力的大小，控制摆闸门在没有障碍物的情况下缓慢复位。

3、本发明的限位开关在现有技术的基础上结合电磁感应技术，开、关门限位开关空隙中间位置装有挡光感应装置和电磁感应装置，当光源被遮挡时，电机反转。与此为避免挡光感应出现误差，不能及时反转电机，造成开、关门角度超过阈值，对摆闸门造成伤害和导致拦截失败，当限位电磁感应片随机芯转轴转动到达开、关门限位开关中间空隙位置时，开、关门限位开关的电磁感应装置与限位电磁感应片的磁力吸引力达到最大值，在一定程度上阻止机芯转轴的转动。

4、本发明采用人脸识别、情绪识别和人脸相似度对比的技术，便于监护人和路人根据显示器的人脸图像信息及时找到丢失的幼儿。

5、本发明的拦截装置为全自动智能控制，不需要人力的帮助，在避免意外发生，保护幼儿安全的同时，大大减少人力资源的浪费，同时延时开门设置又保证幼儿能在监护人的看护下乘坐自动扶梯。

附图说明

图1为本发明基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置整体结构示意图；

图2为本发明基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置拦截装置剖面示意图；

图3为本发明基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置的机芯立体结构俯视示意图；

图4为本发明基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置的机芯立体结构仰视示意图；

图5为本发明基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置的限位开关结构示意图；

图6为本发明基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置的摆臂内部立体结构示意图；

图7为本发明基于红外—可见光谱技术的防止幼儿独自乘坐扶梯装置的防撞装置立体结构示意图；

图8为本发明的工作流程图；

图中：1、箱体；2、摆臂；3、摆闸门；4、相机；5、电机；6、限位开关；601、关门限位开关；602、开门限位开关；7、螺母；8、限位电磁感应片；9、轴承盖板；10、轴承；11、从动齿轮；12、机芯转轴；13、主动齿轮；14、机芯壳；15、螺母；16、机芯底座；17、转轴；18、连接件；19、固定件；20、防撞装置；201、基座；202、缓冲弹簧；203、防撞装置阈值端；204、电磁感应吸附装置；21、显示器；22、语音播放器；23、仪器安装柱；24、红外阵列传感器。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本发明基于红外—可见光谱技术的智能幼儿拦截系统(简称系统，参见图1)包括拦截装置、红外感知装置、图像采集及显示装置和单片机处理器；所述的拦截装置安装在距离自动扶梯入口10～15厘米处，红外感应装置安装在拦截装置前方10～15厘米处；

所述拦截装置包括组成相同的左右两部分，每部分如图2所示，包括箱体1、摆臂2、摆闸门3；摆闸门3和摆臂2固定相连，摆臂2通过转轴17和箱体1相连；

所述摆臂2内部包括机芯和传动装置；

所述机芯如图3-4所示，包括限位开关6、关门限位开关601、开门限位开关602、电机5、螺母7、限位电磁感应片8、轴承盖板9、轴承10、从动齿轮11、机芯转轴12、主动齿轮13、机芯壳14、螺母15和机芯底座16；

其中，所述的机芯底座16上安装有台阶状的机芯壳14，机芯壳14的左侧(低台阶处)上部，安装有电机5，电机5的驱动轴向下穿过机芯壳14，与主动齿轮13轴连接；从动齿轮11位于机芯壳内部右侧，与主动齿轮11啮合；从动齿轮11安装在轴承10的下部，轴承10上安装有轴承盖9；机芯转轴12上端穿过机芯壳14右侧(高台阶处)处的圆孔，机芯转轴12中部依次穿过轴承盖板9、轴承10和从动齿轮11的轴中心位置，最后其尾端穿过机芯底座的圆孔内；机芯壳14最外侧四个顶角位置通过螺母15固定在机芯底座16上；16的两侧固定在箱体上端外壳内部；

如图5所示，所述的机芯壳14右侧表面，分别安装有关门限位开关601、开门限位开关602；开门限位开关601和关门限位开关602的结构相同，均为中间有贯穿的水平滑槽的弧形电磁感应装置，内部装有通电螺旋管，贯穿的水平滑槽的中间位置装有挡光感应装置，安装在机芯壳14右侧(高台阶处)的相邻的直角边的位置，并均以机芯转轴12的轴线为圆弧的圆心；限位电磁感应片8的一端通过螺母7与机芯转轴12的顶部相连，另一端位于限位开关6的弧形电磁感应装置自身的中间空隙处；

所述的限位开关为公知技术，在开、关门限位开关空隙中间位置装有挡光感应装置和电磁感应装置，当光源被遮挡时，电机反转。所述的限位开关包括关门限位开关和开门限位开关；与此为避免挡光感应出现误差，不能及时进行电机反转，造成开、关门角度超过阈值，对摆闸门造成伤害和导致拦截失败，当限位电磁感应片随机芯转轴转动到达开、关门限位开关中间空隙位置时，开、关门限位开关的电磁感应装置与限位电磁感应片的磁力吸引力达到最大值，在一定程度上阻止机芯转轴的转动。

所述的电机5的转动带动主动齿轮13的转动，主动齿轮13能带动从动齿轮11的转动，从动齿轮11的转动带动机芯转轴12的转动，转轴17随机芯转轴12的转动而转动。

所述传动装置如图6所示，包括转轴17、连接件18和固定件19；所述的转轴17上端和机芯转轴12的尾端相连，转轴17的两端还分别有一个圆台型垫片，上垫片与机芯转轴12之间装有一个空心垫片，使上垫片起到支撑机芯的作用，上垫片固定在箱体上，下垫片起到固定作用，将转轴17的下端固定在箱体1底部，箱体1固定在地面上；转轴17的中段通过螺母20分别固定有上、下两个连接件18的一端，连接件18的另一端与固定件19相连，固定件19再与摆臂2固定相连；

所述的机芯转轴12的转动带动转轴17的转动，连接件18随转轴17而摆动，带动摆臂2摆动，从而带动摆闸门3的摆动。

所述的箱体1内部装有摆闸门控制装置；所述的摆闸门控制装置为微耕l02门禁控制器，控制板输入端与开闸、关闸光电和电位等相连，输出端与电机5相连，电源接线端子与蓄电池相连，蓄电池为限位开关上的电机和限位开关供电。

所述防撞装置如图7所示，包括基座201、缓冲弹簧202、防撞装置转动端203、电磁感应装置204，基座201竖立固定在箱体1，中间位置偏摆闸门打开方向，缓冲弹簧202安装在基座201中间位置，防撞装置转动端203与转轴17底部相连，电磁感应装置204安装在防撞装置转动端203的四个边角上；

基座201内装有通电螺旋管，根据通电的电压大小可以产生强度不同的磁场，防撞装置转动端203为长方体器件，是电磁感应装置204的安装载体，在转动一定的角度防撞装置转动端203与底座201相触时，起到阻止转轴继续转动的作用；

当儿童冲撞摆闸门时，门体会随之打开一定的角度，在此过程中，缓冲弹簧202会起到减速作用，到达一定的角度后，防撞装置转动端203会与底座201相抵合，阻止摆闸门继续打开，底座201内壁与压敏传感器相连，压敏传感器与单片机相连，当压敏传感器受到力的作用时将此信息传递给单片机，单片机得到信息后，控制给通电螺旋管加上足够强电压，产生足够强的磁场，使电磁感应吸附装置204由于磁场力吸附在底座201上，使摆闸门不会弹回，伤害到幼儿；随后，通电的电压逐渐减小，通电螺旋管产生的磁场逐渐减小，对电磁感应吸附装置204产生的磁力缓缓减小，底座201和防撞装置转动端203缓缓分开，摆闸门逐渐复位，防止摆闸门复位速度过快对幼儿造成伤害；

所述的电磁感应吸附装置为扁圆柱形的金属铁，以此来保证通电螺线管产生的磁场对其吸附性达到最好。

所述相同的两套红外感知装置位于拦截装置的两侧，如图1所示，包括红外阵列传感器24和仪器安装柱23；所述仪器安装柱固定在地面，位置为拦截装置两侧前方20厘米处，仪器安装柱均安装两个红外阵列传感器，两个红外阵列传感器距离地面高度分别为30厘米和120厘米，方向与水平方向成60度夹角。

所述图像采集显示装置,如图1的左侧，包括相机4、显示器21和语音播放器22，显示器21安装在左侧仪器安装柱顶部，语音播放器22安装在显示器的左下方位置；

所述智能控制模块包括单片机处理器，安装在箱体内部，单片机处理器分别与相机、4个红外阵列传感器、显示器、语音播放器、闸门控制装置相连；显示器和闸门控制装置与电机相连。单片机处理器为stc系列单片机，相机为佳能单反相机，显示器为三星液晶显示器，红外阵列传感器为panasonicgrid-eye系列。

相关的控制软件为公知，用c语言编程即可实现；

本发明系统的工作流程是：拦截装置初始为开启静止状态，若四个红外阵列传感器均感知到移动的人体，则拦截装置保持静止状态，行人可以自由乘坐自由扶梯；

若只有低处红外阵列传感器感知到移动的人体，则拦截门关闭，将自动扶梯入口阻挡，幼儿无法乘坐自动扶梯，同时，显示器显示幼儿图像和可能监护人图像，语音播放播放提示语音；

若在只有低处红外阵列传感器感知到移动人体的三秒内高处红外阵列传感器也感知到移动的人体，则时隔五秒后关闭拦截装置和人像采集及显示装置；若此条件不成立，则维持当前状态；

若在只有低处红外阵列传感器感知到移动的人体后一段时间，低处红外阵列传感器不再感知到移动的人体，则关闭拦截装置和人像采集及显示装置，否则仍维持当前状态。

实施例1

本实施例基于红外—可见光谱技术的自动拦截系统包括拦截装置、红外感知装置、图像采集及显示装置和单片机处理器。

所述拦截装置包括组成相同的左右两部分，每部分如图2所示，包括箱体1、摆臂2、摆闸门3；摆闸门3和摆臂2固定相连，摆臂2通过转轴17和箱体1相连；

所述摆臂2内部包括机芯和传动装置；

所述机芯如图3-4所示，包括限位开关6、关门限位开关601、开门限位开关602、电机5、螺母7、限位电磁感应片8、轴承盖板9、轴承10、从动齿轮11、机芯转轴12、主动齿轮13、机芯壳14、螺母15和机芯底座16；

其中，所述的机芯底座16上安装有台阶状的机芯壳14，机芯壳14的左侧(低台阶处)上部，安装有电机5，电机5的驱动轴向下穿过机芯壳14，与主动齿轮13轴连接；从动齿轮11位于机芯壳内部右侧，与主动齿轮11啮合；从动齿轮11安装在轴承10的下部，轴承10上安装有轴承盖9；机芯转轴12上端穿过机芯壳14右侧(高台阶处)处的圆孔，机芯转轴12中部依次穿过轴承盖板9、轴承10和从动齿轮11的轴中心位置，最后其尾端穿过机芯底座的圆孔内；机芯壳14最外侧四个顶角位置通过螺母15固定在机芯底座16上；16的两侧固定在箱体上端外壳内部；

如图5所示，所述的机芯壳14右侧表面，分别安装有关门限位开关601、开门限位开关602；开门限位开关601和关门限位开关602的结构相同，均为中间有贯穿的水平滑槽的弧形电磁感应装置，内部装有通电螺旋管，贯穿的水平滑槽的中间位置装有挡光感应装置，安装在机芯壳14右侧(高台阶处)的相邻的直角边的位置，并均以机芯转轴12的轴线为圆弧的圆心；限位电磁感应片8的一端通过螺母7与机芯转轴12的顶部相连，另一端位于限位开关6的弧形电磁感应装置自身的中间空隙处；

所述的电机5的转动带动主动齿轮13的转动，主动齿轮13能带动从动齿轮11的转动，从动齿轮11的转动带动机芯转轴12的转动，转轴17随机芯转轴12的转动而转动。

所述传动装置如图6所示，包括转轴17、连接件18和固定件19；所述的转轴17上端和机芯转轴12的尾端相连，转轴17的两端还分别有一个圆台型垫片，上垫片与机芯转轴12之间装有一个空心垫片，使上垫片起到支撑机芯的作用，上垫片固定在箱体上，下垫片起到固定作用，将转轴17的下端固定在箱体1底部，箱体1固定在地面上；转轴17的中段通过螺母20分别固定有上、下两个连接件18的一端，连接件18的另一端与固定件19相连，固定件19再与摆臂2固定相连；

所述的机芯转轴12的转动带动转轴17的转动，连接件18随转轴17而摆动，带动摆臂2摆动，从而带动摆闸门3的摆动。

所述的箱体1内部装有摆闸门控制装置；所述的摆闸门控制装置为微耕l02门禁控制器，控制板输入端与开闸、关闸光电和电位等相连，输出端与电机5相连，电源接线端子与蓄电池相连，蓄电池为限位开关上的电机和限位开关供电。

所述防撞装置如图7所示，包括基座201、缓冲弹簧202、防撞装置转动端203、电磁感应装置204，基座201竖立固定在箱体1，中间位置偏摆闸门打开方向，缓冲弹簧202安装在基座201中间位置，防撞装置转动端203与转轴17底部相连，电磁感应装置204安装在防撞装置转动端203的四个边角上；

基座201内装有通电螺旋管，根据通电的电压大小可以产生强度不同的磁场，防撞装置转动端203为长方体器件，是电磁感应装置204的安装载体，在转动一定的角度防撞装置转动端203与底座201相触时，起到阻止转轴继续转动的作用；

所述的电磁感应吸附装置为扁圆柱形的金属铁，以此来保证通电螺线管产生的磁场对其吸附性达到最好。

所述相同的两套红外感知装置位于拦截装置的两侧，如图1所示，包括红外阵列传感器24和仪器安装柱23；所述仪器安装柱固定在地面，位置为拦截装置两侧前方20厘米处，仪器安装柱均安装两个红外阵列传感器，两个红外阵列传感器距离地面高度分别为30厘米和120厘米，方向与水平方向成60度夹角。

所述图像采集显示装置,如图1的左侧，包括相机4、显示器21和语音播放器22，显示器21安装在左侧仪器安装柱顶部，语音播放器22安装在显示器的左下方位置；

所述智能控制模块包括单片机处理器，安装在箱体内部，单片机处理器分别与相机、4个红外阵列传感器、显示器、语音播放器、闸门控制装置相连；显示器和闸门控制装置与电机相连。单片机处理器为stc系列单片机，相机为佳能单反相机，显示器为三星液晶显示器，红外阵列传感器为panasonicgrid-eye系列。

上述实施例仅为本发明的较佳的实例而已，并非是对本发明实施方式的限一种基于奇异值特征的神经网络人脸识别新途径定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明涉及的识别方法均为公知技术，所述的人脸识别算法：利用神经网络进行识别，参考文献“甘俊英,张有为.一种基于奇异值特征的神经网络人脸识别新途径[j].电子学报,2004(01):170-173.”、基于生理信号的情绪识别方法，参考文献“张迪,万柏坤,明东.基于生理信号的情绪识别研究进展[j].生物医学工程学杂志,2015,32(01):229-234”、人脸相似度识别算法，参考文献“邹国锋,傅桂霞,李海涛,高明亮,王科俊.多姿态人脸识别综述[j].模式识别与人工智能,2015,28(07):613-625”、红外阵列传感技术为现有技术。

本发明未述及之处适用于现有技术。