多功能可拆卸防夾手裝置

■上海市向明中學(xué)高一（7）班 胡文盈

低齡兒童具有多動(dòng)、注意力不集中、好奇心強(qiáng)等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)導(dǎo)致他們易發(fā)生意外且對(duì)緊急事件缺乏迅速反應(yīng)的能力。

通過(guò)日常觀察，我發(fā)現(xiàn)低齡兒童被門夾手的事故不斷，尤其是夾手后由于孩子年幼無(wú)法及時(shí)逃脫，或因被夾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而易致其殘疾。如何避免事故的發(fā)生？我產(chǎn)生了制作防夾手裝置的想法。

一、現(xiàn)狀調(diào)查

在家長(zhǎng)的幫助下，我對(duì)生活中常見(jiàn)的門進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)容易夾手的門主要有旋轉(zhuǎn)門、室內(nèi)木門、移門、手推門、卷簾門等。

現(xiàn)有的防夾手裝置包括感應(yīng)門和位于感應(yīng)門上方的感應(yīng)探頭，感應(yīng)探頭與控制器輸入端連接，控制器的輸出端與驅(qū)動(dòng)門的電機(jī)連接。但若人的身高不夠，感應(yīng)探頭就無(wú)法感應(yīng)；若感應(yīng)太靈敏，又會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

通過(guò)查閱各類門夾手事件的發(fā)生過(guò)程，了解、分析被夾、求救的方式和效果，我想制作能檢測(cè)當(dāng)紅外線探測(cè)到有異物阻擋時(shí)，自動(dòng)彈出安全舌，防止門被關(guān)上，并可以發(fā)出警報(bào)的防夾手裝置，這樣既不影響門的正常使用，又可以起到安全預(yù)防的作用。

二、現(xiàn)狀分析

以旋轉(zhuǎn)門為例，紅外傳感器接收人體發(fā)出的紅外線后指示旋轉(zhuǎn)門旋轉(zhuǎn)，但這個(gè)信號(hào)必須達(dá)到一定強(qiáng)度。由于兒童身材矮小，發(fā)出的紅外線少，紅外傳感器接收的紅外線強(qiáng)度較弱，只有當(dāng)非常接近時(shí)才能啟動(dòng)。所以當(dāng)孩子進(jìn)入時(shí)，突然運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)門易對(duì)孩子造成傷害。

一般情況下，在固定門體距地面的一定距離與移動(dòng)門翼距離固定門翼的一定距離范圍內(nèi)，防夾傳感器無(wú)法感應(yīng)到信號(hào)，這個(gè)范圍因旋轉(zhuǎn)門不同而異。因此，遇到盲區(qū)內(nèi)的障礙物時(shí)旋轉(zhuǎn)門還會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于兒童較瘦小，夾碰后的阻力不夠，所以防碰傳感器也不會(huì)立即感應(yīng)，導(dǎo)致兒童的肢體被帶入移動(dòng)門翼與弧形玻璃之間的縫隙（一般為25mm～40mm）。

裝了防碰傳感器的旋轉(zhuǎn)門的移動(dòng)門翼觸碰人體后會(huì)立刻停止，但同時(shí)也會(huì)給人一個(gè)很強(qiáng)的反作用力。如果老人或兒童在旋轉(zhuǎn)門內(nèi)不慎摔倒，移動(dòng)門翼與地面的縫隙（一般為20mm～30mm）便會(huì)將其鞋子或肢體夾住。而人的皮膚都有一定彈性，再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)門的“寸勁兒”，身體受傷便不可避免。

導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的原因很可能是旋轉(zhuǎn)門只有一側(cè)安裝了防碰和防夾傳感器，也有可能是使用時(shí)間太長(zhǎng)而失效了。

三、初步設(shè)想

1.在門框的兩側(cè)上端安裝紅外線發(fā)射器，在下端相應(yīng)的位置安裝紅外線接收器，外接電源。兩處的紅外裝置并聯(lián)。

2.在門框上部靠近門鎖一側(cè)安裝電磁伸縮頭，當(dāng)紅外線接收器沒(méi)有接收到紅外線信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)電路，電磁伸縮頭自動(dòng)彈出，阻擋門閉合，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路。

3.當(dāng)紅外線接收器接收到紅外線信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)反向電路，伸縮頭縮回，斷開(kāi)報(bào)警電路。

根據(jù)以上設(shè)想，我設(shè)計(jì)的多功能可拆卸防夾手裝置由門、控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和紅外傳感器組成。其中門為移動(dòng)裝置，門框的側(cè)框中間設(shè)有紅外傳感器，紅外傳感器與控制器連接，控制器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，電機(jī)與門的移動(dòng)裝置連接。其設(shè)備原理圖如圖1，結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖1

圖2

四、設(shè)計(jì)原理

將紅外傳感器設(shè)置一個(gè)預(yù)設(shè)初值（門與門縫的距離不低于10cm）后安裝在門框的上方，紅外傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)門與門縫的距離，并將檢測(cè)結(jié)果傳給控制器，控制器根據(jù)其預(yù)設(shè)值進(jìn)行相應(yīng)的操作。當(dāng)門與門縫的距離小于10cm，并檢測(cè)有障礙物時(shí)，發(fā)出警報(bào)聲，自動(dòng)彈出安全舌，提醒進(jìn)出人員注意。

五、使用方法

本裝置中的紅外線發(fā)射器和接收器分別位于門的兩側(cè)，正常情況下，紅外線發(fā)射器不斷發(fā)射紅外線，紅外線接收器實(shí)時(shí)接收紅外線，此時(shí)紅外線接收器輸出一個(gè)高電平信號(hào)。當(dāng)有物體處于紅外線發(fā)射器與接收器之間時(shí)，紅外線接收器接收不到紅外線，此時(shí)紅外線接收器輸出一個(gè)低電平信號(hào)。

安裝時(shí)，紅外線接收器和門的控制主板安裝在門的同一側(cè)。中央處理器采用傳統(tǒng)的51單片機(jī)作為主控芯片，該芯片外圍接口豐富，編程簡(jiǎn)單，且成本低廉。

六、進(jìn)一步改進(jìn)

通過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)，這套多功能可拆卸防夾手裝置在理論上是有效可行的，但運(yùn)用到實(shí)際中仍有很多工作需完善。比如，選用或制作各種門探測(cè)傳感器和電路代替目前開(kāi)放的通用傳感器和電路，使系統(tǒng)更可靠、靈活，能適應(yīng)各種氣候和環(huán)境，還可以讓安裝簡(jiǎn)便化，使其能適用于大部分類型門的加裝。