開門預警（DOW）系統硬件設計

張紹山

摘 要：開門預警系統可以在停車狀態即將開啟車門時，監測車輛后方可能危及到安全的狀況，并通過聲音或光學方式給予報警， 從而避免可能發生的安全事故。系統檢測的對象包括自行車、電瓶車、三輪車、摩托車等非機動車輛， 卡車、轎車、大巴等機動車輛，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。

關鍵詞：開門預警；系統；設計

1、系統用途和主要功能指標

1.1、系統用途

DOW硬件系統主要用于配合CW毫米波雷達前端，實現開門警示功能，具體包括采集相關開關信號，對CW雷達返回的I，Q信號進行處理，實現區域范圍內目標有無探測，速度探測和運動趨勢探測。系統能夠實現視覺和聲覺報警功能。

1.2、功能指標

本控制器用于實現CW毫米波雷達系統的后端處理其中包括：1）對毫米波雷達前端輸出的I，Q中頻信號進行處理，高速A/D轉換以及DSP信號處理，輸出所探測區域的有效目標的存在、速度和運動趨勢（方向）信息。

具體功能技術指標如下：

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高速模數轉換電路。（實現A/D轉換）

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

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

5）整車熄火后，系統延時關閉，滿足漏電流要求。

6）輸出驅動控制電路：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。（硬件實現方向判別）。

1.2.1、輸入信號

1）雷達中頻接收信號：IF。信號類型：發射信號和接收信號經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、電源設計及功耗計算

2.1、系統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生部分電路均為新設計的電路。

3、ROW系統后端硬件系統詳細設計

要求如下：

1）、如果用院內成熟模塊，則不需要過多說明。

2）、如果是新設計方案，必須有詳細的計算過程文檔，3.1即是計算過程

3）、對于選用的IC要闡明器件參數選擇的依據。

4）、設計報告里面—對于新方案，在實現同等技術指標條件下，必須進行至少2種方案的比對，并寫進報告。

本系統所有元件選型均經過了對比分析，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器件。

3.1、新設計方案，詳細計算過程。

本系統主要包含5V，3.3V，1.25V三種電源，本系統電源從電池取得，經過一個系統手動開啟或者關閉按鈕開關，再經過一個由P-MOS構成的整車熄火延時關閉電路。

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電源短路保護，增加共模電感用于抑制共模干擾。

TVS選用SMBJ24CA，參數關斷電壓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，生產商安森美，網站單價$0.46。負載調整率（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。根據元件Spec，當器件散熱面積大于（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，生產商安森美，網站單價$0.12。負載調整率（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電源電路設計

3.2.1 LM317電源電路設計

LM317輸入電壓范圍0～40V，最大輸出電流1.5A，輸出電壓可調。、

3.2.2 NCV1117電源電路設計

NCV1117輸入電壓范圍0V～6.5V，最大輸出電流1A，滿足系統最大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，可調電壓輸出。

3.3、DSC及外圍接口電路設計

3.3.1、DSC系統電源電路設計

DSP系統外圍接口電路供電電壓3.3V，內核供電電壓1.25V。TAB接地，系統電源電路原理圖如圖1所示。

3.3.2、DSC系統JTAG接口電路設計

JTAG電路原理圖如圖2所示。

3.3.3、DSP系統外部時鐘接口電路設計

該DSP內部內置有振蕩電路，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SPI外擴FLASH接口電路設計

該DSP提供SPI接口引導加載運行代碼。通過BMODE2，1，0引腳進行配置。配置為010，從SPI1以Master方式啟動。

3.4、輸入/輸出接口電路設計

3.4.1、輸入接口電路設計

5路開關信號采集電路如圖4所示。

輸入開關信號可以采用價格合理的比較器實現隔離和濾波的作用，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，通過穩壓管UDZS 18B，成本約0.1元實現對運放的保護和瞬間干擾信號的濾除。

3.4.2、輸出接口電路設計

蜂鳴器采用12V直流供電的較便宜的無源蜂鳴器實現，板外給蜂鳴器并聯續流二極管，通過PWM控制P-MOS PWM驅動蜂鳴器發聲。LED報警燈則板端輸出12V電源，給LED供電，通過板內的P-MOS實現控制。這樣的輸出結構使得接線簡單，LED及蜂鳴器的另一端直接搭鐵接地。

3.5、中頻信號調理電路設計

IPM265 CW雷達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制信號的調諧斜率、調頻周期以及由于距離和多譜勒效應引起的頻率變化等。

中頻信號經過2級帶通放大器進行濾波放大后，經過2路LAN把單端單極性信號變為差分信號，輸入到ADC7266。ADC7266內置2個AD轉換模塊。

3.6、相位識別電路設計

中頻返回信號I，Q相位相差180度。假如返回的是單目標的中頻回波信號。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、結束語

當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，本文講述的開門預警（DOW）系統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使其更佳。