Detekce přítomnosti objektu ve vymezené oblasti pomocí sensoru typu dToF pro použití v automobilu

Abstract

Práce popisuje realizaci zařízení, jehož cílem je hlídat vymezenou oblast uvnitř automobilu před vniknutím nežádoucích objektů. Oblast je snímána pomocí direct Time-of-Flight (dToF) senzorů od firmy STMicroelectronics, které jsou kvalifikovány pro využití v automobilovém průmyslu. Zařízení bylo od základu navrhnuto tak, aby se jednalo o samostatně fungující jednotku, jejíž součástí bude nejen chráněná oblast, ale i veškerá elektronika, která je potřeba k vyčtení dat ze senzorů a vyhodnocení přítomnosti objektů. Základní detekční algoritmus byl implementován na PowerPC mikrokontroléru a jeho výsledek je v reálném čase světelně signalizován LED diodou. Všechny čipy a další elektrické komponenty byly osazeny na tištěné spoje navržené speciálně pro tuto práci. Zařízení je volitelně možné přes USB kabel připojit k desktopovému uživatelskému rozhraní, které dokáže graficky reprezentovat data ze senzorů, ale mimojiné také umožňilo snadnější vývoj pokročilejší varianty detekčního algoritmu. Tato externí varianta byla využita i pro závěrečné testování, které ukázalo, že systém dokáže správně zareagovat na přítomnost většiny prostorově významných předmětů, ale například minci a další objekty s nízkou reflektivitou nebylo možné spolehlivě detekovat po celé ploše oblasti. Byla také odhalena řada externích faktorů, které algoritmus dále negativně ovlivňují a měly by být zohledněny v budoucích verzích.

This work describes the implementation of a device that aims to guard a defined area inside a car against the intrusion of unwanted objects. The protected area is covered with direct Time-of-Flight (dToF) sensors from STMicroelectronics, which are qualified for automotive applications. The device has been designed from the ground up to be a self-contained unit that includes not only the protected area itself but also all the electronics needed to read the sensor data and evaluate the presence of objects. The basic detection algorithm has been implemented on a PowerPC microcontroller and its results are signaled in real time by an LED. All integrated circuits and other electrical components were soldered on custom PCBs designed specifically for this thesis. The device can optionally be connected via USB cable to a desktop user interface that can graphically represent the sensor data, but in addition, it also allowed for easier development of a more advanced version of the detection algorithm. This external variant was also used for final testing, which showed that the system could correctly respond to the presence of most spatially significant objects, but for example a coin and other objects with low reflectivity could not be reliably detected over the entire protected area. Several external factors were also discovered that further negatively affect the algorithm and should be taken into account in future versions.