基于E3JK-DR11-C光電傳感器立體停車位檢測系統研究

高 猛 吳雪娜 韓 雄 高遠路

（1．沈陽工學院機械工程與自動化學院，遼寧 撫順 113122；2．遼寧通用重型機械股份有限公司，遼寧 調兵山 112700）

1 立體停車位結構原理

立體停車位為路邊式雙層或多層鋼結構車位，車位縮短了車位長度方向的尺寸，這樣的設計與常規停車位相比，大大縮短了停車入位時所需車位的額外長度（常規停車位長7.5 m，設計的停車位長5 m，2.5 m 長度為駕駛員泊車的額外操作空間），提高了路邊停車位長度方向的利用率，同時雙層或多層結構設計也大大提高了高度方向的利用率。設計方案以4 個常規停車位空間為例，設計成路邊式雙層鋼結構車位后，2 層就可以停放12 臺家用轎車，空間利用率可提高到300%，停車位結構原理圖如圖1 所示[1]。

基于立體停車位的特殊停車操作過程，該文開發了一種傳感檢測系統。具體停車過程為駕駛員駕駛車輛駛入立體停車位區域后，減速并靠近車位停車，將車輛前后輪分別停置在與路面平齊的2-板車上，然后確認車體前后端距離車位立柱的安全距離后，熄火下車，沿板車軌道方向推車體側方，車便在板車上沿軌道停入車位，上下層停車位原理相同，駕駛員可經1-引橋駛入3-上層車位，采用同樣的方式停車入位。由于車位長度尺寸與車體前后端的預留空間非常小，加之車輪必須停置在板車上，導致這種立體車位對駕駛員停車位置的精確度要求非常高，必須在車庫的容差范圍內，且由于車型不同，對停車精確度的要求也不同，車體越長，容差范圍越小，對停車位置的精度要求越高，反之亦然。這就導致對駕駛員的駕駛技術有很高要求，為方便駕駛員停車，提高駕駛員的停車效率以及停車的精確度和安全性，該文開發了基于E3JK-DR11-C 光電傳感器的立體停車位檢測系統[2]。

2 傳感器檢測系統設計

針對車位停車功能要求，確立了傳感檢測系統具有的3個基本功能。1）檢測車輪與板車的相對位置，確定車輪位置信息，確保車輪均停在板車上。2）檢測車體前后端與車位立柱的安全距離，確保無干涉碰撞危險。3）以信號燈形式向駕駛員傳達停車位置信息，使駕駛員不需要下車，便可調整車體位置，最終確定合格的停車位置。

具體檢測過程如下：停車輔助傳感檢測系統由4 個E3JK-DR11-C 光電傳感器作為信號采集端，3 個信號指示燈作為輸出端，由單片機控制[3]。每個立體停車位的前柱與后柱分別安置2 個漫反射光電傳感器，監測汽車車體前后端是否與停車位前后立柱存在干涉碰撞危險，如果傳感器檢測到車體前后端的干涉信息，則相應側的信號指示燈亮紅燈，駕駛員需要根據信號燈的信息，調整車體的前后位置，前側紅燈亮，緩慢倒車一段距離，至前側紅燈熄滅為止，后側處理方式相同。在每個車位的2 個板車的中線位置分別安置1 個漫反射光電傳感器，檢測車輪是否在板車上，如果2 個傳感器至少有1 個捕捉到了車輪信號，則綠燈亮起。在前后信號指示燈無紅燈且中間位綠燈亮起時，駕駛員即可熄火泊車，然后推車入位。

圖1 立體停車位結構原理圖

3 光電傳感器選型設計

漫反射光電傳感器以光電效應為物理基礎，漫反射光電開關是一種集發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器上，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電傳感器是首選的傳感器類別。

漫反射光電傳感器基本符合立體停車監測系統的設計要求，與其他原理的傳感器相比，漫反射光電傳感器的檢測距離非常長，且為無接觸式檢測，所以不會損傷檢測物體，使用壽命長并且穩定性強。工作時，漫反射光電傳感器是對檢測對象的表面進行反射，不受檢測物體材料的制約。漫反射光電傳感器在檢測的過程中，傳感器內部無機械運動，檢測反應速度非常快。

漫反射光電傳感器也具有一定的缺點，在戶外立體車位設計的過程中，應盡可能地將傳感器放置在粉塵污染小的地方，采取一定的防塵措施并建立維護制度。設計傳感器的位置時，應盡可能地將傳感器放置在車位內部，避免陽光直射[4]。

基于立體停車位的停車操作規程及傳感器停車檢測系統的功能要求，傳感檢測系統所選用的傳感器必須滿足反應快、精度高、使用壽命長、綠色環保等基本要求。立體停車位停車檢測系統選用了歐姆龍的E3JK-DR11-C 擴散反射型光電傳感器。傳感器性能參數見表1。

表1 歐姆龍的E3JK-DR11-C 擴散反射型光電傳感器參數表

4 傳感檢測系統實物仿真

傳感檢測系統實物仿真模塊用于驗證傳感器檢測性能及控制系統程序的可靠性，采用2-型材框架模擬單個停車位的框架結構，在框架左側上方安置3-前端檢測傳感器，用于模擬檢測車體前端與車位立柱的相對位置關系信息，在框架右側上方安置8-后端檢測傳感器，用于模擬檢測車體后端與車位立柱的相對位置關系信息，在框架下沿，按照實際車位方案設計的板車距離與車位長度尺寸比例安置4-前輪檢測傳感器和9-后輪檢測傳感器，用于模擬檢測汽車車輪位置信號，框架正上方中間安置3 個LED 小燈，分別是5-前端信號燈，6-車輪信號燈，7-后端信號燈，用于模擬停車位傳感器檢測系統的信號輸出顯示。用大小合適的1-模型小車沿車位長度方向前后運動，模擬汽車停車過程，觀察5-前端信號燈，6-車輪信號燈，7-后端信號燈的信號輸出狀態，5-前端信號燈亮紅燈，表示車體前端超出停車范圍，橫向入庫時候會與車位前立柱發生碰撞，需要駕駛員倒車至5-前端信號燈熄滅。同理，7-后端信號燈亮紅燈，表示車體后端超出停車范圍，橫向入庫時候會與車位后立柱發生碰撞，需要駕駛員驅車前進至7-后端信號燈熄滅，調整至5、7 信號燈均熄滅且6-車輪信號燈亮綠燈時候，滿足停車要求。特別注意模型輪胎材料為橡膠，以便檢驗4-前輪檢測傳感器和9-后輪檢測傳感器對橡膠的檢測效果。傳感檢測系統實物仿真模塊可以真實模擬仿真車位停車過程及檢測系統工作過程，確定了檢測系統功能的有效性及單片機程序的適用性。傳感檢測系統實物仿真模塊如圖2 所示。

圖2 傳感檢測系統實物仿真

5 結論

經過實物模型仿真測試，基于歐姆龍E3JK-DR11-C 擴散反射型光電傳感器的停車位檢測系統，可以有效實現其檢測系統的設計功能，并且設計結構簡單、成本低、檢測效率高、信號反應快，檢測系統穩定，單片機檢測程序的可靠性、適用性高。立體停車位檢測系統可以有效提高駕駛員停車的精確度和安全性，對該類立體停車位的應用與推廣具有重要意義，同時對其他類似結構的汽車或大型物體的定位檢測具有借鑒意義。