張紹山

摘 要：開門預(yù)警系統(tǒng)可以在停車狀態(tài)即將開啟車門時，監(jiān)測車輛后方可能危及到安全的狀況，并通過聲音或光學(xué)方式給予報警， 從而避免可能發(fā)生的安全事故。系統(tǒng)檢測的對象包括自行車、電瓶車、三輪車、摩托車等非機(jī)動車輛， 卡車、轎車、大巴等機(jī)動車輛，行人及其它移動的可能危及交通安全的對象，有效避免一些開門事故。

關(guān)鍵詞：開門預(yù)警；系統(tǒng)；設(shè)計

1、系統(tǒng)用途和主要功能指標(biāo)

1.1、系統(tǒng)用途

DOW硬件系統(tǒng)主要用于配合CW毫米波雷達(dá)前端，實現(xiàn)開門警示功能，具體包括采集相關(guān)開關(guān)信號，對CW雷達(dá)返回的I，Q信號進(jìn)行處理，實現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)有無探測，速度探測和運(yùn)動趨勢探測。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)視覺和聲覺報警功能。

1.2、功能指標(biāo)

本控制器用于實現(xiàn)CW毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的后端處理其中包括：1）對毫米波雷達(dá)前端輸出的I，Q中頻信號進(jìn)行處理，高速A/D轉(zhuǎn)換以及DSP信號處理，輸出所探測區(qū)域的有效目標(biāo)的存在、速度和運(yùn)動趨勢（方向）信息。

具體功能技術(shù)指標(biāo)如下：

1）2路（模擬）中頻回波信號處理電路。（模擬中頻信號的處理）

2）2路ADC高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。（實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換）

3）DSP系統(tǒng)數(shù)字信號處理電路。（對數(shù)字化后的中頻信號進(jìn)行算法處理得到中頻信號的頻率參數(shù)）

4）開關(guān)量信號采集：包括車速信號、倒車開關(guān)信號、前后車門開關(guān)、點火開關(guān)信號的采集。

5）整車熄火后，系統(tǒng)延時關(guān)閉，滿足漏電流要求。

6）輸出驅(qū)動控制電路：包括視覺報警LED指示燈和蜂鳴器聲覺報警控制電路。

7）I，Q中頻信號相位識別電路。（硬件實現(xiàn)方向判別）。

1.2.1、輸入信號

1）雷達(dá)中頻接收信號：IF。信號類型：發(fā)射信號和接收信號經(jīng)過混頻放大后的中頻信號。

2）12V車速脈沖信號，本電路電阻上拉。

3）12V倒車燈電平信號，本電路電阻下拉。

4）12V點火開關(guān)電平信號，本電路電阻上拉。

5）2路12V車門電平信號，本電路電阻上拉。

1.2.2、輸出信號

1）12V或者5V蜂鳴器驅(qū)動PWM控制電路。

2）12V或者5V視覺報警LED指示燈PWM電源輸出電路。

2、電源設(shè)計及功耗計算

2.1、系統(tǒng)各元件功耗以及電源芯片最大電流見表1所示。

合計總電流為200mA，12V供電，故保險絲只要大于1A即可。12V轉(zhuǎn)5V采用LDO線性電源。

2.2、模塊電路選型

電源模塊是否是院內(nèi)成熟電路模塊，是不需要說明。

電源模塊選用成熟的電源模塊。中頻信號處理電路和波形發(fā)生部分電路均為新設(shè)計的電路。

3、ROW系統(tǒng)后端硬件系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計

要求如下：

1）、如果用院內(nèi)成熟模塊，則不需要過多說明。

2）、如果是新設(shè)計方案，必須有詳細(xì)的計算過程文檔，3.1即是計算過程

3）、對于選用的IC要闡明器件參數(shù)選擇的依據(jù)。

4）、設(shè)計報告里面—對于新方案，在實現(xiàn)同等技術(shù)指標(biāo)條件下，必須進(jìn)行至少2種方案的比對，并寫進(jìn)報告。

本系統(tǒng)所有元件選型均經(jīng)過了對比分析，綜合考慮同時參考競品，確定所用元器件如下，每種元器件均為目前主推量產(chǎn)器件。

3.1、新設(shè)計方案，詳細(xì)計算過程。

本系統(tǒng)主要包含5V，3.3V，1.25V三種電源，本系統(tǒng)電源從電池取得，經(jīng)過一個系統(tǒng)手動開啟或者關(guān)閉按鈕開關(guān)，再經(jīng)過一個由P-MOS構(gòu)成的整車熄火延時關(guān)閉電路。

12V電源入口處加TVS用于抑制瞬間干擾脈沖。增加電容用于消除高頻干擾信號，增加二極管用于防反接，增加保險絲用于系統(tǒng)電源短路保護(hù)，增加共模電感用于抑制共模干擾。

TVS選用SMBJ24CA，參數(shù)關(guān)斷電壓VBR：26.7～29.5V VWM：24V鉗位電壓VCL：38.9V。主要是針對電源線5個脈沖干擾抑制。用于保護(hù)LM317BD2TG （輸入電壓范圍0～40V）。

3.1.1、5V供電：

器件選LM317BD2TG，封裝D2PAK-3，生產(chǎn)商安森美，網(wǎng)站單價$0.46。負(fù)載調(diào)整率（Load Regulation）為0.1～0.5%（5～25mV/5V）

供電范圍9-16V，DC5V輸出電流0.2A，LDO效率按70%計算。LDO功率為（16-0.8*3-5）V*0.2A/0.7=2.5W。根據(jù)元件Spec，當(dāng)器件散熱面積大于（15mm）2時，額定功率將大于2.5W。

3.1.2、3.3V供電：

器件選NCV1117DT33T5G，封裝DPAK，生產(chǎn)商安森美，網(wǎng)站單價$0.12。負(fù)載調(diào)整率（Load Regulation）為0.2～0.4%（4.3～10mV/3.3V）

輸入電壓DC5V，輸出電流0.2A，LDO效率按70%計算。器件功率為（5-3.3）V*0.2A/0.7=0.49W，根據(jù)元件Spec，器件額定功率1.2V*0.8A=0.96W，可滿足功率要求。

3.1.3、1.25V供電：

器件選NCV1117STAT3G，封裝SOT-223，生產(chǎn)商安森美。

輸入電壓DC3.3V，輸出電流0.06A，LDO效率按70%計算。器件功率為（3.3-1.25）V*0.06A/0.7=0.18W，根據(jù)元件Spec，器件額定功率0.6W，可滿足功率要求。

3.2電源電路設(shè)計

3.2.1 LM317電源電路設(shè)計

LM317輸入電壓范圍0～40V，最大輸出電流1.5A，輸出電壓可調(diào)。、

3.2.2 NCV1117電源電路設(shè)計

NCV1117輸入電壓范圍0V～6.5V，最大輸出電流1A，滿足系統(tǒng)最大230mA的電流需求。3.3V電路中芯片封裝為DPAK，固定3.3V輸出；1.25V電路中為SOT-223封裝，可調(diào)電壓輸出。

3.3、DSC及外圍接口電路設(shè)計

3.3.1、DSC系統(tǒng)電源電路設(shè)計

DSP系統(tǒng)外圍接口電路供電電壓3.3V，內(nèi)核供電電壓1.25V。TAB接地，系統(tǒng)電源電路原理圖如圖1所示。

3.3.2、DSC系統(tǒng)JTAG接口電路設(shè)計

JTAG電路原理圖如圖2所示。

3.3.3、DSP系統(tǒng)外部時鐘接口電路設(shè)計

該DSP內(nèi)部內(nèi)置有振蕩電路，支持有源晶振和無源晶體兩種方式提供時鐘。

3.3.4、DSC系統(tǒng)SPI外擴(kuò)FLASH接口電路設(shè)計

該DSP提供SPI接口引導(dǎo)加載運(yùn)行代碼。通過BMODE2，1，0引腳進(jìn)行配置。配置為010，從SPI1以Master方式啟動。

3.4、輸入/輸出接口電路設(shè)計

3.4.1、輸入接口電路設(shè)計

5路開關(guān)信號采集電路如圖4所示。

輸入開關(guān)信號可以采用價格合理的比較器實現(xiàn)隔離和濾波的作用，四通道比較器NCV2901DG，價格約$0.1733，約1.2元。共計5路開關(guān)信號，采用2個比較器，再加入口電容，分壓電阻，RC濾波即可。和采用分壓、穩(wěn)壓限流的方案相比，雖然高點，但是采用比較器可以起到隔離和濾波的作用，對MCU起保護(hù)作用。為了防止瞬間過高電壓損壞比較器在入口位置增加了TVS和磁珠（EMC考慮）。

鑒于此處為12V開關(guān)信號，電流要求很小，所以將前面加TVS和磁珠的方案變更為先47K電阻分壓，電流很小后，通過穩(wěn)壓管UDZS 18B，成本約0.1元實現(xiàn)對運(yùn)放的保護(hù)和瞬間干擾信號的濾除。

3.4.2、輸出接口電路設(shè)計

蜂鳴器采用12V直流供電的較便宜的無源蜂鳴器實現(xiàn)，板外給蜂鳴器并聯(lián)續(xù)流二極管，通過PWM控制P-MOS PWM驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。LED報警燈則板端輸出12V電源，給LED供電，通過板內(nèi)的P-MOS實現(xiàn)控制。這樣的輸出結(jié)構(gòu)使得接線簡單，LED及蜂鳴器的另一端直接搭鐵接地。

3.5、中頻信號調(diào)理電路設(shè)計

IPM265 CW雷達(dá)前端模塊的中頻信號頻率范圍：1HZ～500HZ。中頻信號的頻率的影響因素包括調(diào)制信號的調(diào)諧斜率、調(diào)頻周期以及由于距離和多譜勒效應(yīng)引起的頻率變化等。

中頻信號經(jīng)過2級帶通放大器進(jìn)行濾波放大后，經(jīng)過2路LAN把單端單極性信號變?yōu)椴罘中盘?，輸入到ADC7266。ADC7266內(nèi)置2個AD轉(zhuǎn)換模塊。

3.6、相位識別電路設(shè)計

中頻返回信號I，Q相位相差180度。假如返回的是單目標(biāo)的中頻回波信號。通過判別某一時刻相位的前后順序，通過識別電路。最終輸出I/O 3.3V的電平信號。

4、結(jié)束語

當(dāng)今社會汽車的擁有量越來越大，停車開門下客時往往遇有后方自行車或其他車輛突然擦車而過，造成撞擊車門或撞傷甚至壓死人員的交通事故，本文講述的開門預(yù)警（DOW）系統(tǒng)能有效避免一些開門事故，減少一些安全事故，但是同時也要不斷改進(jìn)使其更佳。