隨著人們生活水平的提高，公路上的私家車輛也增多了，但隨之帶來的問題就是交通事故發生率居高不下，嚴重危害著人們的生命安全。文中就如何預防交通事故發生，研究設計一種響應迅速、高可靠性并且經濟實用的汽車防擅報警設備。該設備在設計過程中的關鍵任務是利用置于汽車車頭左右兩端的雙路通道高速采集激光雷達回波信號并對其進行實時存儲和處理，進而快速測量自身交通工具與障礙物之間的距離及相對速度。

1 系統概述

對用于高速公路中的雷達系統而言，考慮到開車的速度比較快，對于一些突發事件無法立刻做出響應，因此就要求設計的防撞雷達探測距離盡量長些，可讓駕駛員提前做好安全準備工作，因此這種高速公路防撞系統一般選用激光探測法。采用激光測距的汽車防撞系統結構圖，如圖1所示。

2 硬件總體設計原理及框圖

對于激光雷達回波信號經過光電器件轉換后形成的電信號，其信號頻率高，脈沖寬度相對比較窄，信號幅度低，背景噪音大，如果是選用低速的數據采集系統進行數據采集的話，那么將會存在數據精度不高的不足，所以必須采用高采樣率、高分辨率的數據采集系統。系統總體原理框圖如圖2所示。

該系統的主要信號流程：由激光傳感器獲得的2路激光雷達回波信號先通過緩沖放大等前端調理后，同時送到AD轉換電路進行模數轉換，然后可以同時被中央邏輯控制模塊FPGA來采集，這樣相對于用DSP的分時采集來說，極大的提高了速度。FPGA一方面完成對A／D的采樣控制，另一方面與DSP的EMIF接口形成傳輸通道，完成了AD與DSP之間的數據傳輸任務，避免了ADC直接與DSP通信，降低了對大量的數據傳輸的壓力。

2．1 前端信號調理電路

2．1．1 前端放大電路

從傳感器中輸出的信號必須經過調理才能夠有效地進行數據采集，為了達到最高的測量精度，應該使被測信號的電壓變化范圍放大至ADC最大量程附近，所以需要將傳感器出來的小信號通過前端放大電路線性放大成適合系統的的電信號。在本系統中主要選用了AD公司生產的AD8062低成本的運放模塊來實現的，如圖3所示。

2．1．2 前端差分電路

為了消除偶次諧波分量，抑制共模噪聲源，起到系統抗干擾的效果，本系統的AD轉換電路采用差分輸入的形式，而信號經過放大電路后得到的是單端信號，所以，必須要將前端的輸入單端信號轉化為差分信號。本設計選用了ADI公司生產的AD8620驅動芯片構成差分驅動電路，其具體電路設計如圖4所示。

2．2 AD轉化電路

在數據采集系統中AD是比較重要的環節，主要完成對激光回波信號的采集工作，而采樣時鐘信號可以由FPGA電路內部的時鐘模塊來提供。ADI公司的AD9481，可以采用差分輸入，采樣率達到250 MSPS，并且采用250 M的PECL標準的時鐘信號，為此在設計中為產生該差分時鐘信號，考慮選用MC100LEL16的時鐘芯片。AD9481的數字輸出屬于并行接口，有16位的數據流，對于這么高速的數據與存儲會出現競爭冒險，使系統不穩定，因此在設計時AD與FPGA的輸出端之間串接了一個100 Ω的電阻，可以消除出現在0～1之間的毛刺與高速數據線之間的干擾，具體的AD硬件原理如圖5所示。

2．3 數據處理部分硬件電路

本系統數據處理部分由FPGA和DSP兩個部分來完成。根據前一級AD電路的信號輸出時序進行VHDL編程，來實現同時對兩路AD輸出的數字信號的采集，將數據輸入到FIFO模塊中，然后通過EMIF總線將數據快速傳輸到DSP里進行相關算法的運算。

2．3．1 FPGA電路

FPGA采用硬件編程實現復雜的邏輯功能，不僅能夠對采集到的大批量數據流進行預處理，而且作為整個控制系統的核心部分，提供系統所需的時鐘信號，保證數據的有序采集，而且作為數據傳輸的紐帶，保證了AD與DSP進行數據傳輸。結合采樣存儲傳輸等功能FPGA的模塊主要分為4個部分：時鐘管理模塊、A／D控制模塊、FIFO緩存模塊、與DSP的EMIF接口模塊：

1）時鐘管理模塊，該部分主要是產生系統所需的各模塊的時鐘信號，本系統采用ISE軟件自帶的DCM模塊來實現。