开门预警（DOW）系统硬件设计

张绍山

摘 要：开门预警系统可以在停车状态即将开启车门时，监测车辆后方可能危及到安全的状况，并通过声音或光学方式给予报警， 从而避免可能发生的安全事故。系统检测的对象包括自行车、电瓶车、三轮车、摩托车等非机动车辆， 卡车、轿车、大巴等机动车辆，行人及其它移动的可能危及交通安全的对象，有效避免一些开门事故。

关键词：开门预警；系统；设计

1、系统用途和主要功能指标

1.1、系統用途

DOW硬件系统主要用于配合CW毫米波雷达前端，实现开门警示功能，具体包括采集相关开关信号，对CW雷达返回的I，Q信号进行处理，实现区域范围内目标有无探测，速度探测和运动趋势探测。系统能够实现视觉和声觉报警功能。

1.2、功能指标

本控制器用于实现CW毫米波雷达系统的后端处理其中包括：1）对毫米波雷达前端输出的I，Q中频信号进行处理，高速A/D转换以及DSP信号处理，输出所探测区域的有效目标的存在、速度和运动趋势（方向）信息。

具体功能技术指标如下：

1）2路（模拟）中频回波信号处理电路。（模拟中频信号的处理）

2）2路ADC高速模数转换电路。（实现A/D转换）

3）DSP系统数字信号处理电路。（对数字化后的中频信号进行算法处理得到中频信号的频率参数）

4）开关量信号采集：包括车速信号、倒车开关信号、前后车门开关、点火开关信号的采集。

5）整车熄火后，系统延时关闭，满足漏电流要求。

6）输出驱动控制电路：包括视觉报警LED指示灯和蜂鸣器声觉报警控制电路。

7）I，Q中频信号相位识别电路。（硬件实现方向判别）。

1.2.1、输入信号

1）雷达中频接收信号：IF。信号类型：发射信号和接收信号经过混频放大后的中频信号。

2）12V车速脉冲信号，本电路电阻上拉。

3）12V倒车灯电平信号，本电路电阻下拉。

4）12V点火开关电平信号，本电路电阻上拉。

5）2路12V车门电平信号，本电路电阻上拉。

1.2.2、输出信号

1）12V或者5V蜂鸣器驱动PWM控制电路。

2）12V或者5V视觉报警LED指示灯PWM电源输出电路。

2、电源设计及功耗计算

2.1、系统各元件功耗以及电源芯片最大电流见表1所示。

合计总电流为200mA，12V供电，故保险丝只要大于1A即可。12V转5V采用LDO线性电源。

2.2、模块电路选型

电源模块是否是院内成熟电路模块，是不需要说明。

电源模块选用成熟的电源模块。中频信号处理电路和波形发生部分电路均为新设计的电路。

3、ROW系统后端硬件系统详细设计

要求如下：

1）、如果用院内成熟模块，则不需要过多说明。

2）、如果是新设计方案，必须有详细的计算过程文档，3.1即是计算过程

3）、对于选用的IC要阐明器件参数选择的依据。

4）、设计报告里面—对于新方案，在实现同等技术指标条件下，必须进行至少2种方案的比对，并写进报告。

本系统所有元件选型均经过了对比分析，综合考虑同时参考竞品，确定所用元器件如下，每种元器件均为目前主推量产器件。

3.1、新设计方案，详细计算过程。

本系统主要包含5V，3.3V，1.25V三种电源，本系统电源从电池取得，经过一个系统手动开启或者关闭按钮开关，再经过一个由P-MOS构成的整车熄火延时关闭电路。

12V电源入口处加TVS用于抑制瞬间干扰脉冲。增加电容用于消除高频干扰信号，增加二极管用于防反接，增加保险丝用于系统电源短路保护，增加共模电感用于抑制共模干扰。

TVS选用SMBJ24CA，参数关断电压VBR：26.7～29.5V VWM：24V钳位电压VCL：38.9V。主要是针对电源线5个脉冲干扰抑制。用于保护LM317BD2TG （输入电压范围0～40V）。

3.1.1、5V供电：

器件选LM317BD2TG，封装D2PAK-3，生产商安森美，网站单价$0.46。负载调整率（Load Regulation）为0.1～0.5%（5～25mV/5V）

供电范围9-16V，DC5V输出电流0.2A，LDO效率按70%计算。LDO功率为（16-0.8*3-5）V*0.2A/0.7=2.5W。根据元件Spec，当器件散热面积大于（15mm）2时，额定功率将大于2.5W。

3.1.2、3.3V供电：

器件选NCV1117DT33T5G，封装DPAK，生产商安森美，网站单价$0.12。负载调整率（Load Regulation）为0.2～0.4%（4.3～10mV/3.3V）

输入电压DC5V，输出电流0.2A，LDO效率按70%计算。器件功率为（5-3.3）V*0.2A/0.7=0.49W，根据元件Spec，器件额定功率1.2V*0.8A=0.96W，可满足功率要求。

3.1.3、1.25V供电：

器件选NCV1117STAT3G，封装SOT-223，生产商安森美。

输入电压DC3.3V，输出电流0.06A，LDO效率按70%计算。器件功率为（3.3-1.25）V*0.06A/0.7=0.18W，根据元件Spec，器件额定功率0.6W，可满足功率要求。

3.2电源电路设计

3.2.1 LM317电源电路设计

LM317输入电压范围0～40V，最大输出电流1.5A，输出电压可调。、

3.2.2 NCV1117电源电路设计

NCV1117输入电压范围0V～6.5V，最大输出电流1A，满足系统最大230mA的电流需求。3.3V電路中芯片封装为DPAK，固定3.3V输出；1.25V电路中为SOT-223封装，可调电压输出。

3.3、DSC及外围接口电路设计

3.3.1、DSC系统电源电路设计

DSP系统外围接口电路供电电压3.3V，内核供电电压1.25V。TAB接地，系统电源电路原理图如图1所示。

3.3.2、DSC系统JTAG接口电路设计

JTAG电路原理图如图2所示。

3.3.3、DSP系统外部时钟接口电路设计

该DSP内部内置有振荡电路，支持有源晶振和无源晶体两种方式提供时钟。

3.3.4、DSC系统SPI外扩FLASH接口电路设计

该DSP提供SPI接口引导加载运行代码。通过BMODE2，1，0引脚进行配置。配置为010，从SPI1以Master方式启动。

3.4、输入/输出接口电路设计

3.4.1、输入接口电路设计

5路开关信号采集电路如图4所示。

输入开关信号可以采用价格合理的比较器实现隔离和滤波的作用，四通道比较器NCV2901DG，价格约$0.1733，约1.2元。共计5路开关信号，采用2个比较器，再加入口电容，分压电阻，RC滤波即可。和采用分压、稳压限流的方案相比，虽然高点，但是采用比较器可以起到隔离和滤波的作用，对MCU起保护作用。为了防止瞬间过高电压损坏比较器在入口位置增加了TVS和磁珠（EMC考虑）。

鉴于此处为12V开关信号，电流要求很小，所以将前面加TVS和磁珠的方案变更为先47K电阻分压，电流很小后，通过稳压管UDZS 18B，成本约0.1元实现对运放的保护和瞬间干扰信号的滤除。

3.4.2、输出接口电路设计

蜂鸣器采用12V直流供电的较便宜的无源蜂鸣器实现，板外给蜂鸣器并联续流二极管，通过PWM控制P-MOS PWM驱动蜂鸣器发声。LED报警灯则板端输出12V电源，给LED供电，通过板内的P-MOS实现控制。这样的输出结构使得接线简单，LED及蜂鸣器的另一端直接搭铁接地。

3.5、中频信号调理电路设计

IPM265 CW雷达前端模块的中频信号频率范围：1HZ～500HZ。中频信号的频率的影响因素包括调制信号的调谐斜率、调频周期以及由于距离和多谱勒效应引起的频率变化等。

中频信号经过2级带通放大器进行滤波放大后，经过2路LAN把单端单极性信号变为差分信号，输入到ADC7266。ADC7266内置2个AD转换模块。

3.6、相位识别电路设计

中频返回信号I，Q相位相差180度。假如返回的是单目标的中频回波信号。通过判别某一时刻相位的前后顺序，通过识别电路。最终输出I/O 3.3V的电平信号。

4、结束语

当今社会汽车的拥有量越来越大，停车开门下客时往往遇有后方自行车或其他车辆突然擦车而过，造成撞击车门或撞伤甚至压死人员的交通事故，本文讲述的开门预警（DOW）系统能有效避免一些开门事故，减少一些安全事故，但是同时也要不断改进使其更佳。