前言
创意的诞生往往源于对生活细致入微的观察与切身体会，它并非凭空捏造，而是扎根于真实的生活场景与需求之中。我此次关于智能手机支架的创新设计灵感，正是源自自身作为资深手机使用者的深刻感受。在当今数字化时代，手机已然成为人们生活中不可或缺的一部分，无论是工作学习、休闲娱乐，还是社交沟通，都离不开它的陪伴。而我，作为众多手机重度使用者中的一员，对手机支架的使用频率极高。手机支架，这个看似不起眼的小物件，却在我的日常手机使用中扮演着重要角色，它为我的双手解了放，让我能更舒适地观看视频、浏览资讯。然而，随着使用时间的增加，我逐渐发现了一些令人困扰的问题。当我将手机放置在支架上，沉浸在精彩的内容中时，不知不觉间，身体会不自觉地前倾，眼睛紧紧地盯着屏幕，仿佛被一股无形的力量吸引着。这种姿势一旦保持较长时间，每次看完手机，眼部酸痛的感觉十分明显，视线也变得模糊起来。更让我担忧的是，经过专业检查，我发现自己的视力已经有所下降，开始有点近视了。那么再科技飞速发展得今天，智能检测手段和控制方法层出不穷，为何不能将这些先进技术应用到手机支架上，为用眼安全保驾护航呢？基于这样的思考和设想，我决心展开本次创意得探索，将智能检测与控制技术融入手机支架之中。
方案介绍
基于对用眼安全的高度关注，本次设计的智能手机支架聚焦于使用者与手机间的距离精准检测及运动部件智能控制。
在距离检测方面，我们选用意法半导体（ST）的VL53L5CX传感器。该传感器具备4*4多区域距离检测能力（也可以扩展到8*8），可对使用者面部与手机屏幕间的距离进行细致划分和精准测量。它能实时获取多个区域的距离数据，形成全面的距离信息矩阵，有效避免单一区域检测可能出现的误差，为后续调整提供可靠依据。
在运动部件控制上，我们采用步进电机搭配滑轨的方案。当VL53L5CX检测到距离不符合安全用眼范围时，系统迅速处理数据并发出指令，驱动步进电机运转。步进电机带动滑轨平稳移动，精准调整手机与使用者之间的距离，确保始终维持在健康、舒适的区间，从硬件层面切实保障使用者的用眼安全，提升使用体验。
整体方案框图如下：
硬件说明
主传感器：
VL53L5CXV0GC/1 是意法半导体（STMicroelectronics）生产的一款飞行时间（ToF）多区测距传感器，采用微型封装，集成了单光子雪崩二极管（SPAD）阵列和衍射光学元件（DOE），用于高精度距离测量。该传感器支持多区域测距，最多可覆盖8x8个区域（64个独立点），在15 Hz帧率下提供高分辨率，或在60 Hz帧率下实现更快的速度。 它具备多目标检测能力，通过专利直方图算法区分视角内的多个物体，并减少盖片串扰影响，尤其在60 cm以外的物体检测中表现稳定。工作范围可达400 cm，支持连续或自主模式运行，功耗较低。传感器采用I2C接口，工作电压灵活（IOVDD为1.8 V、2.8 V或3.3 V，AVDD为2.8 V或3.3 V），尺寸为6.4 x 3.0 x 1.5 mm，兼容多种盖片材料，适用于机器人、手势识别、智能建筑等场景。开发支持包括STM32Cube扩展软件包、Linux驱动程序及示例代码，便于集成。
为此我们需要进行一下传感器板卡得设计，原理图如下：
传感器相对比较小，我们除了基本得接口外，主要就是对一些初始状态的基本引出，板子的整体尺寸也就比较小，PCB效果如下：
实物图如下：
主控单元：
主控单元我们选择了一款ST新出的单片机STM32U385，STM32U385 是意法半导体基于 Arm® Cortex®-M33 内核的超低功耗 MCU，主打高能效与强安全性，适合电池供电的工业、医疗和消费类设备。其采用近阈值技术，运行功耗低至 10 μA/MHz，静态功耗低于 2 µA，能效比前代提升 5 倍。内置 256KB RAM 和 1MB Flash，支持 FDCAN 和 I3C 接口，提供 32-100 引脚多种封装。安全方面集成硬件加密（AES、PKA）和防篡改机制，支持读/写保护、安全区域等。外设丰富，包括 2 个 12 位 ADC、2 个 DAC、低功耗 RTC 和多个定时器，还内置音频数字滤波器（ADF）。本次的主控单元设计采用模块化设计思路，通过单间最小单片机系统以及基本接口的设置，例如供电、调试等内容，最后实现全引脚的输出。本次的设计主要是参考了LaunchPad接口设计，基于最小路径原则，让走线可以更加简洁，除了特殊功能的引脚外，所有引脚都引到最新的接口上，设置了一个用户按键和指示灯，提供32.768晶振和著外部高速晶振，并且提供四个定位孔用于安装。实物图如下，搭配的是官方调试器STlinkV3SET：
运动部件：
运动部件采用的是步进电机带动的滑轨，目前手里只有这一个合适的器件，所以智能用这个比较大的滑轨来进行整个系统的搭建，实际上可以换成更加合适的部分来替代，这个相对来说有点大了，步进电机也可以更小，实物图如下：
交互部分：
除了主控单元自带的一个用户按键，我们还引入了一个按键模块来完成更加丰富的交互内容，按键模块如下：
通过上面的硬件介绍，我们已经对各部分的器件有了全面的认识，接下来我们需要将他们连接起来，整体的连接效果如下：
功能介绍
本次主要功能的实现设计通过传感器数据的采集与判断实现运动部分的基本控制，由于多个按键的引入我们可以实现更加的丰富的功能，基本功能如下：
1、可以实现基准位置的调整，通过按键模块的两个按键实现前进以及后退的基本控制；
2、可以实现自动位置调整，通过板载按键实现自动模式的开启和停止，开启自动模式后，可以是基本距离保持在舒适的距离内（不超限）；
3、具备超限控制功能，开启自动模式后，其前后的最大移动范围限制控制，防止无人等情况出现超运行，
软件设计
软件设计主要我Iran基本外设功能要求继续，基本框图如下
这里涉及到的软件设计主要包括传感器数据的数据的采集，这里是通过轮询的方式继续传感器数据的采集，4*4区域共计16个：
void MX_TOF_Process(void)
{
/* USER CODE BEGIN TOF_Process_PreTreatment */
/* USER CODE END TOF_Process_PreTreatment */
MX_VL53L5CX_SimpleRanging_Process();
/* USER CODE BEGIN TOF_Process_PostTreatment */
status = CUSTOM_RANGING_SENSOR_GetDistance(CUSTOM_VL53L5CX, &Result);
if (status == BSP_ERROR_NONE)
{
print_result(&Result);
}
if (com_has_data())
{
handle_cmd(get_key());
}
for(uint8_t i=0;i<16;i++)
{
tofdata[i] = Result.ZoneResult[i].Distance[0];
}
HAL_Delay(POLLING_PERIOD);
/* USER CODE END TOF_Process_PostTreatment */
} 按键采集及处理：
void HAL_GPIO_EXTI_Falling_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
if(GPIO_Pin == KEY_Pin)
{
if(Autorunflag == 0)
Autorunflag = 1;
else
Autorunflag = 0;
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
Motor_stop();
}
if(GPIO_Pin == KEY1_Pin)
{
if(Autorunflag == 0 && runflag == 0)
{
Motor_run(0);
}
else if(Autorunflag == 0 && runflag == 1)
{
Motor_stop();
}
}
if(GPIO_Pin == KEY2_Pin)
{
if(Autorunflag == 0 && runflag == 0)
{
Motor_run(1);
}
else if(Autorunflag == 0 && runflag == 1)
{
Motor_stop();
}
}
} 定时器控制超限距离判断：
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == TIM15) {
HAL_IncTick();
if(Autorunflag == 1 && runflag == 1)
{
if(runDIRflag == 0)
OverCnt--;
else
OverCnt++;
if(OverCnt<75)
{
OverCnt = 75;
Overflag = 1;
}
else if(OverCnt>125)
{
OverCnt = 125;
Overflag = 1;
}
else
Overflag = 0;
}
}
} 传感器数据的判断与处理，这里我们是根据实际情况选择的，3、7、11、15的数据继续的判断处理，取其中的最小值作为依据，通过四个数据的参与可以具有尽可能大的检测范围，如果结构设计更加合理可以使用更多的数据参与判断：
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
MX_TOF_Process();
/* USER CODE BEGIN 3 */
if(Autorunflag == 1)
{
tofdatamax = tofdata[3];
if(tofdata[7]<tofdatamax)
tofdatamax = tofdata[7];
if(tofdata[11]<tofdatamax)
tofdatamax = tofdata[11];
if(tofdata[15]<tofdatamax)
tofdatamax = tofdata[15];
if(tofdatamax>=300 && tofdatamax<=400)
{
Motor_stop();
}
else if(tofdatamax<300)
{
runDIRflag = 1;
if(Overflag == 0)
Motor_run(runDIRflag);
}
else if(tofdatamax>400)
{
runDIRflag = 0;
if(Overflag == 0)
Motor_run(runDIRflag);
}
}
} 电机的控制：
void Motor_stop(void)
{
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_2,0);
runflag = 0;
}
void Motor_run(uint8_t runmode)
{
if(runmode == 0)
{
HAL_GPIO_WritePin(Motor_DIR_GPIO_Port, Motor_DIR_Pin, GPIO_PIN_SET);
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_2,78);
}
else
{
HAL_GPIO_WritePin(Motor_DIR_GPIO_Port, Motor_DIR_Pin, GPIO_PIN_RESET);
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3,TIM_CHANNEL_2,78);
}
runflag = 1;
}效果展示
这里的实际效果展示实际上也是滑轨的控制，主要包括基线调整：
自动调整：
视频展示：
总结
本次我们实现的基本功能主要是基于现有条件实现的，实际上对于后续的优化设计存在很大空间，比如加入更多的交互控制，增加显示，进行基准设计的调整，加入限位控制传感器提高安全运行等级，优化滑轨的选型等等。本次的创意实现主要是对于主技术路线的可行性的一次尝试，希望可以对我们的用眼安全提供一些帮助，当然这样的技术方案也不是只能应用在手机支架上，例如屏幕这类都是可以使用的。
