Хорошее зрение с детства: датчик STMicroelectronics VL53L0x защитит глаза ребенка от последствий близкого нахождения перед телевизором

2 ноября

автомобильная электроникасветотехникапотребительская электроникаинтернет вещейSTMicroelectronicsстатьядатчикисредства разработки и материалыДатчик дальности

Александр Калачев (Г. Барнаул)

Самое ценное в жизни – это здоровье. Нахождение близко от экрана телевизора может нанести урон зрению ребенка. Разработка компании STMicroelectronics на основе датчиков VL53L0x позволяет проконтролировать расстояние до экрана и защитить глаза детей от негативного воздействия.

Микропроцессорные устройства постепенно проникают во все сферы нашей жизни, добавляя привычной электронике новый функционал или расширяя базовый. Также с распространением MEMS-технологий в приборы добавляются миниатюрные интегральные датчики, позволяющие реализовать новые возможности и функции. Одними из пионеров в данном процессе были смартфоны, планшеты и портативные устройства наподобие умных часов. В зависимости от набора датчиков, варьируются и способы применения новых устройств, а также расширяется круг решаемых ими задач.

Датчики приближения и измерения расстояния имеют очень широкий круг потенциальных задач и приложений. В зависимости от характеристик, датчики подходят для таких применений, как:

  • обнаружения движения;
  • обнаружения приближения/присутствия;
  • определение расстояния до объектов;
  • мониторинг наполнения/уровня в емкостях;
  • подсчет количества объектов;
  • подсчет посетителей;
  • бесконтактное управление;
  • запуск действий по появлению/удалению объекта в пределах контролируемой зоны и так далее.

Один из значимых игроков на рынке MEMS-датчиков компания STMicroelectronics предлагает новое, перспективное и уже довольно многочисленное семейство лазерных датчиков расстояния ST Flight Sense (рисунок 1). В отличие от датчиков предыдущих поколений, Flight Sense работают по времяпролетной технологии Time-of-Flight (ToF) – измеряют время от излучения короткого импульса до приема отраженного сигнала и на основе этого высчитывают расстояние до объекта. Такой метод дает относительную независимость от цвета объектов и позволяет в некоторой степени компенсировать перекрестные помехи от защитного стекла.

Рис. 1. Линейка ToF-датчиков расстояния ST Microelectronics

Рис. 1. Линейка ToF-датчиков расстояния ST Microelectronics

Интеграция датчиков расстояния в бытовые устройства и приборы дает возможность добавить в функционал и поведенческие функции, зависящие от окружения, наличия или отсутствия человека поблизости.

Одним из интересных примеров применения датчиков расстояния может стать функция мониторинга оптимального расстояния для просмотра телевизора (рисунок 2) или предупреждения о слишком близком расположении человека при просмотре.

Рис. 2. Рекомендации по оптимальному расстоянию до телевизора/монитора, в зависимости от его диагонали

Рис. 2. Рекомендации по оптимальному расстоянию до телевизора/монитора, в зависимости от его диагонали

Данная опция наиболее актуальна для детей, поскольку они часто любят смотреть телевизор, находясь слишком близко к экрану. Порой родители, чтобы занять ребенка, оставляют его одного рядом с телевизором/монитором, включая мультфильмы, детское кино или передачи. Контроль расстояния от глаз ребенка до экрана осуществляется не всегда, что может негативно сказаться на его зрении.

Слишком яркая картинка, нарушение фокусного расстояния, нагрузка из-за быстрой смены картинки вызывает напряжение и усталость глаз.

Контролируя расстояние от глаз ребенка до экрана, можно настроить или подачу предупреждающего звукового сигнала, или (в качестве кардинальной меры) выключение телевизора. Теоретически возможны и более сложные действия наподобие уменьшения яркости или переключения каналов.

Концепция подобного устройства под названием Baby2TVSpaser (рисунок 3) была предложена Марио Мольтени в рамках внутреннего конкурса идей в STMicroelectronics [3].

Рис. 3. Концепция мониторинга расстояния от месторасположения ребенка до экрана

Рис. 3. Концепция мониторинга расстояния от месторасположения ребенка до экрана

Список комплектующих для макетного варианта Baby2TVSpaser:

  • плата семейства NUCLEO с контроллером STM32 F401RE в качестве основной управляющей платы;
  • отладочный набор XNUCLEO-53L0A1 с датчиками расстояния на базе VL53L0X;
  • силовой полевой транзистор STD80N6F7 STripFET™ для управления внешним освещением;
  • ИК-диод TSAL6400 для передачи команд управления телевизору;
  • модуль ИК-приемника систем дистанционного управления TSOP1738 для записи команд, отправляемых телевизору во время первоначальной настройки устройства;

Задействованные ресурсы микроконтроллера:

  • два таймера в режиме ШИМ-вывода: один для ИК-передачи и один для управления светодиодным освещением;
  • линия GPIO в режиме внешнего прерывания, осуществляющая обнаружение нарастания и спада для записи всех временных импульсов с пульта дистанционного управления телевизором;
  • интерфейс I2C для связи с платой расширения X-NUCLEO-53L0A1.

В данном решении центральный датчик платы расширения X-NUCLEO-53L0A1 применяется для измерения расстояния, остальные – для перехода в режим распознавания и управления жестами (переключения каналов).

Baby2TVSpaser задумывался как относительно универсальное устройство, способное взаимодействовать с различными марками телевизоров или телевизионных приставок. Для этого был введен режим записи типовых команд с пульта управления, таких как изменение уровня звука, регулировка яркости, включение/выключение и прочие. Сигналы передаются посредством ИК-диода, подключенного к ШИМ-выходу (рисунок 4). Если перезапись команд не требуется, устройство переходит к анализу пространства – определяется расстояние между ребенком и экраном, и если оно определяется как безопасное, то просмотр ТВ продолжается. Если ребенок подходит в «опасную» зону, то телевизору посылается сигнал на выключение.

Рис. 4. Структурная схема алгоритма работы устройства Baby2TVSpaser

Рис. 4. Структурная схема алгоритма работы устройства Baby2TVSpaser

Как вариант, можно подавать сигнал на снижение яркости экрана и уменьшение звука, поскольку полное выключение не совсем оптимально с точки зрения эксплуатации телевизора (хотя и окажет воспитательное влияние на ребенка). Если крайние датчики расстояния определят «касание» (расстояние до объекта менее нескольких сантиметров) – устройство переводится в режим управления жестами. Как утверждает разработчик Baby2TVSpaser Марио Мольтени, это довольно удобно, если человек до этого находился, например, на кухне и его руки на момент управления телевизором не самые чистые. В Baby2TVSpaser реализовано переключение каналов в сторону увеличения или уменьшения, в зависимости от направления жеста.

Простота реализации

Рассмотренный концепт устройства, при всей своей простоте и незавершенности, достаточно интересен для реализации и массового выпуска на рынок. Программный пакет X-NUCLEO-53L0A1 в примерах приложений напрямую поддерживает Nucleo-F401.

Относительно простой в реализации Baby2TVSpaser является устройством, помогающим заботится о детях: он не только помогает сберечь зрение ребенка, но и учится держаться на безопасном расстоянии от телевизора. Идея с записью команд пульта телевизора позволяет осуществить настройку под любую технику, и в будущем при различных изменениях расширять спектр реакций устройства (рисунок 5).

Рис. 5. Возможности интеграции

Рис. 5. Возможности интеграции

Переход на ToF-датчики последующих поколений, такие как VL53L1CB, VL53L3CX и VL53L5CX, может дать больше функциональности и больше идей по применению и управлению.

Литература

  1. Time-of-Flight sensors
  2. Лазерные датчики ST: измерение расстояния до объекта стало более надежным и быстрым
  3. «La televisione danneggia gli occhi?» IAPB, Italia
  4. Ranging sensor expansion board based on VL53L0X for STM32 Nucleo
  5. Ranging sensor software expansion for STM32Cube
•••

Наши информационные каналы

О компании ST Microelectronics

Компания STMicroelectronics является №1 производителем электроники в Европе. Компоненты ST широко представлены в окружающих нас потребительских товарах – от iPhone до автомобилей разных марок. Лидеры индустриального рынка выбирают компоненты ST за их надежность и выдающиеся технические параметры. В компании ST работает 48 000 сотрудников в 35 странах. Производственные мощности расположены в 12 странах мира. Более 11 тысяч сотрудников заняты исследованиями и разработками – инновационное лидерство ...читать далее

Товары
Наименование
X-NUCLEO-53L0A1 (ST)
VL53L1CXV0FY/1 (ST)
VL53L0CXV0DH/1 (ST)
VL53L1CBV0FY/1 (ST)
VL53L3CXV0DH/1 (ST)
VL53L1X-SATEL (ST)
VL53L1-SATEL (ST)
VL53L5CXV0GC/1 (ST)
VL53L3CX-SATEL (ST)
VL53L5CX-SATEL (ST)