實踐
作者:仲皓承
隨著人口老齡化,空巢老人獨處家中缺乏安全保障的情況逐漸增多。同時,由於工作壓力的加大和生活節奏的加快,中年人在家中突發意外的情況也時有發生,也是因為家中缺乏得力的監護而未能得到及時救治。因此,為保障人們的生活質量和身體健康,提高家庭監護自動化水平已成為當務之急。
研發智能車
實現家庭安全移動監護
市場調研得知,一套視頻監控係統少則幾千元多則幾萬元。我研究開發的這款經濟適用、安全監護智能車,集監護功能和報警功能於一身,實現人體的安全監護。它能做到跌倒檢測、自動避障、語音提示、可燃氣體檢測,實現了實時檢測與報警,可滿足普通家庭中的智能化監護需求。
我到電子城選購所需電子元器件,親自動手焊電路板,完成了超聲波電路製作。我又上網選購了4輪小車、熱釋電紅外傳感器模塊、語音錄放模塊、氣敏元件,設計並製作相應的電路板,選用了可編程控製器,進行了PLC軟件設計和調試,通過反複實驗,解決係統的穩定性和可靠性。經過應用驗證,家庭安全移動監護智能車的各項性能指標均達到了設計要求。
監護五功能
PLC控製係統是核心
我采用了PLC作為控製器,它是一種網絡化可編程控製器,比單片機更加高級、更加穩定可靠,與設備之間通過Zigbee無線通信來實現通信,低功耗、低成本、低速率、高通訊效率、高安全度。這輛智能車的一切操作均由PLC來處理,是整個係統設計中最核心的部分。
智能車首先實現人體的安全監護,它采用熱釋電紅外傳感器和超聲波傳感器,探測人的狀態。其二實現自動避障,超聲波傳感器配合車頭處兩個微動開關,檢測前方有無障礙物。其三實現語音提示功能,當人進屋,紅外傳感器發現信號,提示“請關門”;當人準備休息,則提示“請檢查門窗”“請關燈”;當發現可燃氣超標,則提示“請檢查煤氣”。其四實現可燃氣體檢測,MQ-2可燃氣體傳感器給出電壓信號,經放大比較進入PLC的DI口,給出報警信號。其五當有各種異常情況時,通過PLC與GPRS模塊通信,發送報警短信。
人體方位檢測
從盲區進入高靈敏區
熱釋電紅外傳感器前端有一個菲涅爾透鏡,檢測人體輻射的紅外信號時形成一個交替變化的“盲區”和“高靈敏區”,使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈衝形式輸入。
人體輻射的紅外線中心波長為9~10 um,我在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口,通光波長範圍為7~10 um,適合人體紅外輻射的探測,其他波長的紅外線由濾光片予以吸收。每個紅外傳感器檢測幅度角為110°,將兩個傳感器按圖1所示位置擺放,二者交疊範圍為20°。當兩個傳感器都檢測到信號時,就可確定人在車頭方向上,實現了人的方位判定。
當人由原地站立發生跌倒時,在地麵上的身體長度會不同,通過超聲波檢測車與人的距離,長時間恒定,則認定人已跌倒。發射裝置發出超聲波,接收到超聲波的時間差可算出距離。
設置三種模式
人機互動安全監護
安全移動監護智能車是自動化水平高、功能全麵的智能係統,適於老人監護、病房護理和家庭安全監控。根據需要選擇設置三種工作模式,分別是監護模式、遙控模式和安防模式,通過開關切換實現。智能車除自動行駛外,還可以使用遙控器通過Zigbee無線通信進行控製。移動性強、擴展性強、集成度高,同時具備語音提示與短信報警功能,提高了人機互動性。
曆時一年的探索實踐,從設計到研製,我熟悉了電子元器件,也學會了遇到問題怎樣通過查閱資料來解決。通過學習PLC編程技術,我對PLC及其工作方式、原理有了深入的理解,編寫智能車在自動運行時跟蹤人體的程序,以及人體跌倒狀態判斷程序,都讓我受益匪淺,提高了我的自主學習和動手能力,對計算機和自動控製方麵的科學研究興趣更加濃厚。創新實踐活動富於挑戰,真是其樂無窮。
(本項目獲得第20屆全國發明展覽會金獎。作者:遼寧省大連市育明高級中學學生;指導教師 :王震春)