開(kāi)門(mén)預(yù)警（DOW）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

張紹山

摘 要：開(kāi)門(mén)預(yù)警系統(tǒng)可以在停車(chē)狀態(tài)即將開(kāi)啟車(chē)門(mén)時(shí)，監(jiān)測(cè)車(chē)輛后方可能危及到安全的狀況，并通過(guò)聲音或光學(xué)方式給予報(bào)警， 從而避免可能發(fā)生的安全事故。系統(tǒng)檢測(cè)的對(duì)象包括自行車(chē)、電瓶車(chē)、三輪車(chē)、摩托車(chē)等非機(jī)動(dòng)車(chē)輛， 卡車(chē)、轎車(chē)、大巴等機(jī)動(dòng)車(chē)輛，行人及其它移動(dòng)的可能危及交通安全的對(duì)象，有效避免一些開(kāi)門(mén)事故。

關(guān)鍵詞：開(kāi)門(mén)預(yù)警；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

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(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)警示功能，具體包括采集相關(guān)開(kāi)關(guān)信號(hào)，對(duì)CW雷達(dá)返回的I，Q信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)有無(wú)探測(cè)，速度探測(cè)和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)探測(cè)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)視覺(jué)和聲覺(jué)報(bào)警功能。

1.2、功能指標(biāo)

本控制器用于實(shí)現(xiàn)CW毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的后端處理其中包括：1）對(duì)毫米波雷達(dá)前端輸出的I，Q中頻信號(hào)進(jìn)行處理，高速A/D轉(zhuǎn)換以及DSP信號(hào)處理，輸出所探測(cè)區(qū)域的有效目標(biāo)的存在、速度和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)（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(hào)處理電路。（模擬中頻信號(hào)的處理）

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

3）DSP系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理電路。（對(duì)數(shù)字化后的中頻信號(hào)進(jìn)行算法處理得到中頻信號(hào)的頻率參數(shù)）

4）開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集：包括車(chē)速信號(hào)、倒車(chē)開(kāi)關(guān)信號(hào)、前后車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)的采集。

5）整車(chē)熄火后，系統(tǒng)延時(shí)關(guān)閉，滿足漏電流要求。

6）輸出驅(qū)動(dòng)控制電路：包括視覺(jué)報(bào)警LED指示燈和蜂鳴器聲覺(jué)報(bào)警控制電路。

7）I，Q中頻信號(hào)相位識(shí)別電路。（硬件實(shí)現(xiàn)方向判別）。

1.2.1、輸入信號(hào)

1）雷達(dá)中頻接收信號(hào)：IF。信號(hào)類(lèi)型：發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻放大后的中頻信號(hào)。

2）12V車(chē)速脈沖信號(hào)，本電路電阻上拉。

3）12V倒車(chē)燈電平信號(hào)，本電路電阻下拉。

4）12V點(diǎn)火開(kāi)關(guān)電平信號(hào)，本電路電阻上拉。

5）2路12V車(chē)門(mén)電平信號(hào)，本電路電阻上拉。

1.2.2、輸出信號(hào)

1）12V或者5V蜂鳴器驅(qū)動(dòng)PWM控制電路。

2）12V或者5V視覺(jué)報(bào)警LED指示燈PWM電源輸出電路。

2、電源設(shè)計(jì)及功耗計(jì)算

2.1、系統(tǒng)各元件功耗以及電源芯片最大電流見(jiàn)表1所示。

合計(jì)總電流為200mA，12V供電，故保險(xiǎn)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(shuō)明。

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

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

要求如下：

1）、如果用院內(nèi)成熟模塊，則不需要過(guò)多說(shuō)明。

2）、如果是新設(shè)計(jì)方案，必須有詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程文檔，3.1即是計(jì)算過(guò)程

3）、對(duì)于選用的IC要闡明器件參數(shù)選擇的依據(jù)。

4）、設(shè)計(jì)報(bào)告里面—對(duì)于新方案，在實(shí)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(duì)，并寫(xiě)進(jìn)報(bào)告。

本系統(tǒng)所有元件選型均經(jīng)過(guò)了對(duì)比分析，綜合考慮同時(shí)參考競(jìng)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(jì)方案，詳細(xì)計(jì)算過(guò)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(guò)一個(gè)系統(tǒng)手動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉按鈕開(kāi)關(guān)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)由P-MOS構(gòu)成的整車(chē)熄火延時(shí)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(hào)，增加二極管用于防反接，增加保險(xiǎn)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(duì)電源線5個(gè)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(jià)$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(jì)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(shí)，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(jià)$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(jì)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(jì)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(jì)

3.2.1 LM317電源電路設(shè)計(jì)

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(jì)

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(jì)

3.3.1、DSC系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

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(jì)

JTAG電路原理圖如圖2所示。

3.3.3、DSP系統(tǒng)外部時(shí)鐘接口電路設(shè)計(jì)

該DSP內(nèi)部?jī)?nèi)置有振蕩電路，支持有源晶振和無(wú)源晶體兩種方式提供時(shí)鐘。

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

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

3.4、輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)

3.4.1、輸入接口電路設(shè)計(jì)

5路開(kāi)關(guān)信號(hào)采集電路如圖4所示。

輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)可以采用價(jià)格合理的比較器實(shí)現(xiàn)隔離和濾波的作用，四通道比較器NCV2901DG，價(jià)格約$0.1733，約1.2元。共計(jì)5路開(kāi)關(guān)信號(hào)，采用2個(gè)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(diǎn)，但是采用比較器可以起到隔離和濾波的作用，對(duì)MCU起保護(hù)作用。為了防止瞬間過(guò)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(kāi)關(guān)信號(hào)，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(guò)穩(wěn)壓管UDZS 18B，成本約0.1元實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)放的保護(hù)和瞬間干擾信號(hào)的濾除。

3.4.2、輸出接口電路設(shè)計(jì)

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

3.5、中頻信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

IPM265 CW雷達(dá)前端模塊的中頻信號(hào)頻率范圍：1HZ～500HZ。中頻信號(hào)的頻率的影響因素包括調(diào)制信號(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)2級(jí)帶通放大器進(jìn)行濾波放大后，經(jīng)過(guò)2路LAN把單端單極性信號(hào)變?yōu)椴罘中盘?hào)，輸入到ADC7266。ADC7266內(nèi)置2個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊。

3.6、相位識(shí)別電路設(shè)計(jì)

中頻返回信號(hào)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(hào)。通過(guò)判別某一時(shí)刻相位的前后順序，通過(guò)識(shí)別電路。最終輸出I/O 3.3V的電平信號(hào)。

4、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)汽車(chē)的擁有量越來(lái)越大，停車(chē)開(kāi)門(mén)下客時(shí)往往遇有后方自行車(chē)或其他車(chē)輛突然擦車(chē)而過(guò)，造成撞擊車(chē)門(mén)或撞傷甚至壓死人員的交通事故，本文講述的開(kāi)門(mén)預(yù)警（DOW）系統(tǒng)能有效避免一些開(kāi)門(mén)事故，減少一些安全事故，但是同時(shí)也要不斷改進(jìn)使其更佳。