基于E3JK-DR11-C光電傳感器立體停車位檢測系統(tǒng)研究

高 猛 吳雪娜 韓 雄 高遠(yuǎn)路

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

1 立體停車位結(jié)構(gòu)原理

立體停車位為路邊式雙層或多層鋼結(jié)構(gòu)車位，車位縮短了車位長度方向的尺寸，這樣的設(shè)計與常規(guī)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(guī)停車位長7.5 m，設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計也大大提高了高度方向的利用率。設(shè)計方案以4 個常規(guī)停車位空間為例，設(shè)計成路邊式雙層鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fā)了一種傳感檢測系統(tǒng)。具體停車過程為駕駛員駕駛車輛駛?cè)肓Ⅲw停車位區(qū)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(rèn)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(cè)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(jīng)1-引橋駛?cè)?-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(yù)留空間非常小，加之車輪必須停置在板車上，導(dǎo)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(nèi)，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(dǎo)致對駕駛員的駕駛技術(shù)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(fā)了基于E3JK-DR11-C 光電傳感器的立體停車位檢測系統(tǒng)[2]。

2 傳感器檢測系統(tǒng)設(shè)計

針對車位停車功能要求，確立了傳感檢測系統(tǒng)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(dá)停車位置信息，使駕駛員不需要下車，便可調(diào)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(tǒng)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(jiān)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(yīng)側(cè)的信號指示燈亮紅燈，駕駛員需要根據(jù)信號燈的信息，調(diào)整車體的前后位置，前側(cè)紅燈亮，緩慢倒車一段距離，至前側(cè)紅燈熄滅為止，后側(cè)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(jié)構(gòu)原理圖

3 光電傳感器選型設(shè)計

漫反射光電傳感器以光電效應(yīng)為物理基礎(chǔ)，漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器上，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)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(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)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(wěn)定性強。工作時，漫反射光電傳感器是對檢測對象的表面進(jìn)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(nèi)部無機械運動，檢測反應(yīng)速度非?？?。

漫反射光電傳感器也具有一定的缺點，在戶外立體車位設(shè)計的過程中，應(yīng)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(shè)計傳感器的位置時，應(yīng)盡可能地將傳感器放置在車位內(nèi)部，避免陽光直射[4]。

基于立體停車位的停車操作規(guī)程及傳感器停車檢測系統(tǒng)的功能要求，傳感檢測系統(tǒng)所選用的傳感器必須滿足反應(yīng)快、精度高、使用壽命長、綠色環(huán)保等基本要求。立體停車位停車檢測系統(tǒng)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(shù)見表1。

表1 歐姆龍的E3JK-DR11-C 擴散反射型光電傳感器參數(shù)表

4 傳感檢測系統(tǒng)實物仿真

傳感檢測系統(tǒng)實物仿真模塊用于驗證傳感器檢測性能及控制系統(tǒng)程序的可靠性，采用2-型材框架模擬單個停車位的框架結(jié)構(gòu)，在框架左側(cè)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(guān)系信息，在框架右側(cè)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(guān)系信息，在框架下沿，按照實際車位方案設(shè)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(tǒng)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(tài)，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(fā)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(fā)生碰撞，需要駕駛員驅(qū)車前進(jìn)至7-后端信號燈熄滅，調(diào)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(tǒng)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(tǒng)工作過程，確定了檢測系統(tǒng)功能的有效性及單片機程序的適用性。傳感檢測系統(tǒng)實物仿真模塊如圖2 所示。

圖2 傳感檢測系統(tǒng)實物仿真

5 結(jié)論

經(jīng)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(tǒng)，可以有效實現(xiàn)其檢測系統(tǒng)的設(shè)計功能，并且設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、成本低、檢測效率高、信號反應(yīng)快，檢測系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)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(yīng)用與推廣具有重要意義，同時對其他類似結(jié)構(gòu)的汽車或大型物體的定位檢測具有借鑒意義。