【意法半导体(ST)】驾驶员监控系统 (DMS)解决方案

一、核心功能与架构

DMS 系统通过图像采集、红外照明、视觉处理、电源管理与车载通信的协同，实现驾驶员状态的实时监控（系统架构见文末示意图）：

· 驾驶员识别与状态监控：通过全局快门图像传感器采集驾驶员面部图像，实现驾驶员身份识别、警觉性评估与最早困倦信号检测，为高度自主驾驶的人机共驾提供关键状态输入。

· 扩展座舱感知：支持车内乘客检测、儿童座椅占用与姿势分析，以及非接触式手势控制，增强信息娱乐交互体验，将座舱安全与智能化推向更高水平。

· 图像采集与红外照明：HDR 全局快门图像传感器配合镜头采集高动态范围、无运动模糊的驾驶员图像；汽车 LED 驱动器驱动近红外（NIR）LED 阵列，在 940nm 波段提供均匀、不可见的主动照明，确保全天候（含夜间）图像质量。

· 视觉处理与控制：驾驶员监控处理器集成微控制器（MCU）与微处理器（MPU），运行计算机视觉算法，实现人脸检测、视线追踪、哈欠 / 闭眼识别、头部姿态估计等功能，并输出告警与控制指令。

· 电源管理：12V 车载电源经保护与信号调理电路、ASIL-D 多通道稳压器，为图像传感器、处理器、LED 驱动器与各子系统提供稳定、灵活、功能安全的多路供电。

· 车载通信与安全：通过以太网 PHY 与 CAN FD 收发器连接整车网络，配合数据线保护器件保障通信可靠；安全元件（Secure Elements）与串行 EEPROM 保障功能安全、数据加密与配置参数存储。

二、核心物料推荐与优势

1. HDR 全局快门图像传感器（视觉核心）

• 核心参数：车规级 HDR 全局快门 CMOS 图像传感器，支持 1.6 MP（1464×1104）@75fps（1/3"光学格式）与 2.3 MP（1944×1204）@60fps（1/2.5" 光学格式）两种配置；3.2µm 像素 GS-HDR 技术，单色，覆盖可见光与红外光谱；近红外（940nm）波段具有极高 MTF（调制传递函数）；BSI（背照式）3D 堆叠工艺，卓越近红外量子效率；部分型号集成网络安全功能。
• 推荐型号：VG5761（1.6MP / 2.3MP 双配置，HDR 全局快门）、VB56G4A（1.5MP BSI 全局快门，940nm 近红外优化，专为 DMS 设计）、VB56G6A（1.5MP NIR 全局快门，集成网络安全）。
• 方案价值：全局快门消除高速运动与振动下的图像模糊，HDR 技术应对车内强逆光与明暗剧变，近红外高灵敏度确保 940nm LED 主动照明下的低噪声图像；高 MTF 减少对 ISP（图像信号处理器）的依赖，单 LED 即可运行，降低系统成本与功耗，是 DMS 视觉采集的核心器件。

2. ASIL-D 多通道稳压器（电源核心）

• 核心参数：专为汽车视觉系统设计的多重电压调节器；集成多路 Buck 预稳 / 后稳器、Boost、LDO 及精密电压基准源；灵活可配置的电源时序与输出电压；符合汽车安全完整性等级（ASIL-D）要求；支持功能安全诊断与监控。
• 推荐型号：L5965（多重电源管理 IC，2 路 Buck 预稳 + 2 路 Buck 后稳 + Boost+LDO + 基准源，ASIL 支持，专为汽车视觉和雷达系统设计）。
• 方案价值：DMS 属于安全关键应用，电源管理必须满足 ASIL-D 功能安全要求；单芯片集成多路稳压器减少外围器件、简化电源树设计，灵活可配置的电源时序适配图像传感器、处理器与 LED 驱动器的不同上电需求，是 DMS 系统的电源核心。

3. 汽车 LED 驱动器（近红外主动照明）

• 核心参数：车规级单片 LED 驱动器，配合外部 MOSFET 驱动近红外（NIR）LED 阵列；支持高电流脉冲驱动与精确电流调节，适配 940nm NIR LED 的频闪照明需求；具备过流、过温、短路保护功能；AEC-Q100 车规认证。
• 推荐型号：ST 单片汽车 LED 驱动器系列 + 功率 MOSFET（STripFET 系列）。
• 方案价值：DMS 依赖 940nm 近红外 LED 提供不可见主动照明，LED 驱动器的精确电流控制与脉冲调制直接决定照明均匀性与图像质量；高集成度驱动器减少外围元件，车规级保护保障 LED 阵列安全运行，是 DMS 图像质量的关键配套器件。

4. 驾驶员监控处理器（视觉计算与控制）

• 核心参数：集成微控制器（MCU）与微处理器（MPU）的驾驶员监控处理器，支持高端计算机视觉算法运行；集成丰富外设（MIPI / SPI / I2C / 以太网 / CAN FD），连接图像传感器、LED 驱动器与车载网络；满足 AEC-Q100 与功能安全要求。
• 推荐型号：STM32MP1 / STM32MP2 系列（MPU，视觉处理）、SPC560P / SPC58 系列（车规 MCU，控制与功能安全）、STM32H7（高性能 Cortex-M，辅助视觉处理）。
• 方案价值：为 DMS 提供实时计算机视觉算力，运行人脸检测、视线追踪、困倦识别等算法；统一的 STM32 / SPC5 开发生态降低研发成本，车规级可靠性与功能安全支持保障 ADAS 系统的稳定运行。

5. MEMS 传感器（环境与运动感知）

• 核心参数：车规级 MEMS 传感器，涵盖加速度计、温度传感器等，低功耗数字输出，支持 I2C / SPI 接口；用于监测设备振动、温度与运动状态，为 DMS 系统提供环境感知与故障诊断数据。
• 推荐型号：LIS2DW12（超低功耗加速度计，±16g）、STTS22H（温度传感器，0.5°C 精度）、LSM6DSOX（6 轴 IMU）。
• 方案价值：实时监测 DMS 模块的工作温度（过热保护与散热管理）与振动状态（安装校准、故障诊断），提升系统可靠性与可维护性；低功耗设计不影响系统整体能效。

6. 车载通信、安全与存储（连接与数据保护）

• 核心参数：车规级以太网 PHY 与 CAN FD 收发器，配合数据线保护器件，实现 DMS 与整车网络的高速可靠通信；安全元件（Secure Elements）支持硬件加密、安全启动与身份认证；串行 EEPROM 存储配置参数与校准数据。
• 推荐型号：CAN FD 收发器（L9616 等）、以太网 PHY、ESDCAN 系列（数据线保护）、STSAFE 系列（安全元件）、M24 系列（串行 EEPROM）。
• 方案价值：保障 DMS 告警数据与控制指令在整车网络中的实时传输；安全元件防止固件篡改与未授权访问，满足汽车网络安全合规要求；EEPROM 保障配置参数与传感器校准数据的安全存储，是 DMS 系统可靠运行的配套保障。