Датчики представляют собою разнообразные устройства, состоящие из различных микроэлектромеханических компонентов, которые позволяют получать и считывать различные дополнительные данные. Это позволяет сделать более удобной работу с гаджетом и добавить ему функциональности.

Безусловно, общеизвестным является тот факт, что современные смартфоны напичканы множеством датчиков, но их применение и количество зачастую остается загадкой, потому как производители представляют общественности информацию только о самых основных из них, как, например, датчики приближения, гироскоп или же акселерометр.

Сегодня мы хотим вам рассказать, какие датчики могут быть в смартфоне и зачем они нужны.

Датчик ориентации или ускорения – акселерометр. Это самый обыкновенный вид датчика, который наблюдается чуть ли не в каждой модели смартфонов или планшетов. Необходим он для того, чтобы регистрировать пространственные повороты девайса из портретного положения в положение ландшафтное. Зачастую, конкретно акселерометр называется G-sensor. Обычно, существуют три оси, по которым датчиком регистрируется разница между ускорением самого объекта и гравитационным ускорением.

В последующем, процессор вычисляет значение разницы, анализирует, и направляет информацию в программное обеспечение. Согласно этой информации становится известно, в какой момент и куда поворачивать экран. Исходя из принципа работы, можно вывести главный недостаток датчика ориентации. Если значение ускорения крайне мало или его нет, то он останавливает процесс регистрации пространственного расположения девайса, или же погрешность в регистрировании достаточно высока. Это может оказывать отрицательное влияние на точности управления гаджетом в мобильных играх или в момент управления, к примеру, дроном. В таком случае помощь акселерометру оказывает следующий датчик.

Гироскоп. Необходим также для того, чтобы отмечать пространственное расположение девайса, но при этом свободно может осуществлять регистрацию угла наклона устройства по трем осям даже в том случае, если не происходит движение смартфона. Это повышает точность управления при игре на мобильном телефоне, так как разработчики благодаря гироскопу могут получать данные о том, насколько отклонилось устройство от каких-либо координат, и погрешность в таком случае равна примерно одному-двум градусам.

Датчик геомагнитного анализа. Он может реагировать на магнитные поля нашей планеты. Его еще частенько величают электронным компасом, потому что с его помощью девайс может отображать информацию о положении сторон света. Как пример, если есть геомагнитный датчик, смартфон может обходиться без GPS-модуля, определяя местоположение объекта. Это один из главных датчиков современных смартфонов и прочих устройств.

Зачастую для того, чтобы повысить точность, в смартфон устанавливаются еще датчики, работающие по схожему принципу, но обладающие более простым набором функций. Безусловно, пользователь может при помощи магнитометра выполнять его прямые функции – использовать его как металлоискатель, отыскивать проводку в стенах здания или как компас. В мобильных маркетах необходимо для этого искать нужное программное обеспечение.

Датчик приближения. Предоставляет возможность идентификации объекта и вычисления расстояния до него. В него входит излучатель инфракрасных лучей и их приемное устройство. Если приемное устройство не получает сигнал, это означает, что предмет отсутствует, а когда излучение попадает в приемник, то это свидетельствует о том, что существует предмет, отразивший собою луч. Широкое применение он находит, к примеру, отключая подсветку дисплея, когда смартфон поднесен к уху в момент звонка. Некоторые более прогрессивные варианты могут считывать некоторые жесты и в дальнейшем отвечать на это определенным действием. Порой датчик приближения может использоваться в случаях, когда при закрытии чехла необходимо погасить дисплей.

Датчик света или же датчик освещенности. Благодаря ему устройство может определять уровень освещенности окружающей соежы. Это позволяет автоматически изменять яркость подсветки дисплея. Это достаточно удобная функция – не приходится постоянно изменять уровень яркости экрана вручную. В более дорогих моделях смартфонов порой используется прогрессивная и расширенная версия датчика, которому под силу анализировать уровень интенсивности главных цветов (RGB), чтобы в последующем настроить цвета на дисплее или корректировать баланс белого в процессе фотографирования.

Промежуточный вывод

Если смартфон обладает только акселерометром, это говорит о том, что модель относится к самой бюджетной категории и обладает возможностью поворота экрана. Безусловно, порой производитель не предоставляет всеобъемлющую информацию о датчиках, которые есть в наличии, поэтому следует прочесть некоторые обзоры, где детально анализируется вся «начинка» мобильного устройства.

Если все датчики, что перечислены выше, имеются в смартфоне, а также в электронику устройства входят некоторые из тех, что будут рассмотрены ниже – это означает, что модель является довольно продвинутой.

Датчики, которые зачастую не встречаются в дешевых смартфонах

Датчик Hall. Позволяет улавливать и анализировать магнитные поля, но обладает весьма упрощенным механизмом работы. Реагирует на магнитное поле лишь в случае его усиления, а осевая напряженность не регистрируется. Будет удобен в случае, когда используются чехол SmartCover – дисплей гаснет в тот момент, когда улавливает приближение встроенного в чехол магнита. Стоит отметить, что если в числе поддерживаемых аксессуаров существует «умная обложка», то этот датчик в телефоне присутствует. Производитель не всегда могут указывать информацию о том, что сенсор встроен в устройство.

Барометр. Датчик, который позволяет определить значение атмосферного давления. Его можно использовать и по непосредственному предназначению, и в случаях, когда требуется определить уровень высоты над уровнем моря или выяснить расположение телефона.

Термометр. Предназначен для того, чтобы с высокой точностью определять температуру в окружающей его среде.

Гигрометр (или датчик влажности). Определяет уровень влажности. Как и предыдущий датчик, был представлен впервые в модели Galaxy S4, но теперь используется во многих смартфонах и прочих устройствах.

Педометр (или шагомер). По одному лишь названию данного сенсора можно догадаться, для чего он используется. Благодаря ему определяется, сделал ли человек шаг. Это автономный датчик, который с высокой точностью идентифицирует шаги, разгружая от работы акселерометр.

Датчик, сканирующий отпечатки пальцев. Конечно, было бы логичнее рассказывать про этот сенсор в статьях, где рассказывается про то, каким образом обеспечивается надлежащий уровень безопасности мобильного устройства. Но данный сенсор по достоинству может называться одним из наиболее необходимых и важных датчиков в современных смартфонах. Он позволяет не только повысить уровень безопасности устройства, но и открывать конкретные приложения, а также подтверждать транзакции.

Датчик, сканирующий сетчатку глаза. Позволяет считать и проанализировать уникальность сетчатки глаза. В моментах, когда необходимо обеспечивать безопасность смартфону. На слуху сенсор уже довольно-таки давно, но пока реализован он в немногих смартфонах.

Датчик, анализирующий биение сердца. Изначально был встроен в модели Galaxy S5 и применялся с той целью, чтобы телефон смог стать окончательно личным помощником и тренером. Приложение под названием S-Health умело получать гораздо больше информации о человеке на всех этапах тренировок, и это позволяло предоставлять пользователю лучшие индивидуальные рекомендации.

Датчик, регистрирующий насыщение крови кислородом. Не обладает аналогами, и также используется в вышеупомянутом приложении. Если подобные приложения появятся, то он сможет успешно работать и с ними.

Дозиметр. Позволяет получить и определить дозу или мощность ионизирующего излучения. Иначе говоря, при его использовании можно измерить фон радиоактивности.

Ряд вспомогательных датчиков смартфонов

Порой, для того, чтобы уровень точности был повышен, смартфоны обеспечиваются дополнительными сенсорами, которые обладают аналогичным, но более упрощенным набором функций.

• Вспомогательный датчик, позволяющий осуществлять пространственную ориентацию.
• Сенсор гравитации – указывает величину, а также направление силы тяжести.
• Указывающий значение ускорения вдоль всех трех осей, при этом не обращая внимания на уровень силы тяжести.
• Определяющий угол отклонения мобильного девайса в момент его вращения вокруг одной оси из трех.
• Датчик, который может определять ряд заранее установленных движений, как, например, потряхивание.
• Для определения жестов и движений.
• Позволяющий отслеживать и идентифицировать лицо.
• Датчик, который может получать лишь двойной клик по дисплею.
• Отслеживающий поворот не всего гаджета, а только его дисплея.

Конечно же, могут существовать и многие другие разнообразные датчики, но все секреты и тайны их использования известны только лишь разработчикам какого-либо программного обеспечения или же операционных мобильных систем.

Современный смартфон уже сложно назвать просто компьютером, ведь он умеет гораздо больше своего стационарного предка: и температуру может измерить, и высоту над уровнем моря подсказать, и влажность воздуха определить, а если вдруг забудешь свою ориентацию в пространстве или силу тяжести потеряешь - все исправит. А помогают ему в этом, как ты уже, наверное, догадался, датчики aka сенсоры. Сегодня мы познакомимся с ними поближе, а заодно и проверим, действительно ли мы находимся на Земле. 😉

Датчики всякие нужны!

Для работы с аппаратными датчиками, доступными в устройствах под управлением Android, применяется класс SensorManager , ссылку на который можно получить с помощью стандартного метода getSystemService :

SensorManager sensorManager = (SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

Чтобы начать работать с датчиком, нужно определить его тип. Удобнее всего это сделать с помощью класса Sensor , так как в нем уже определены все типы сенсоров в виде констант. Рассмотрим их подробнее:

• Sensor.TYPE_ACCELEROMETER - трехосевой акселерометр, возвращающий ускорение по трем осям (в метрах в секунду в квадрате). Связанная система координат представлена на рис. 1.
• Sensor.TYPE_LIGHT - датчик освещенности, возвращающий значение в люксах, обычно используется для динамического изменения яркости экрана. Также для удобства степень освещенности можно получить в виде характеристик - «темно», «облачно», «солнечно» (к этому мы еще вернемся).
• Sensor.TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE - термометр, возвращает температуру окружающей среды в градусах Цельсия.
• Sensor.TYPE_PROXIMITY - датчик приближенности, который сигнализирует о расстоянии между устройством и пользователем (в сантиметрах). Когда в момент разговора гаснет экран - срабатывает именно этот датчик. На некоторых девайсах возвращается только два значения: «далеко» и «близко».
• Sensor.TYPE_GYROSCOPE - трехосевой гироскоп, возвращающий скорость вращения устройства по трем осям (радиан в секунду).
• Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD - магнитометр, определяющий показания магнитного поля в микротеслах (мкТл) по трем осям (имеется в смартфонах с аппаратным компасом).
• Sensor.TYPE_PRESSURE - датчик атмосферного давления (по-простому - барометр), который возвращает текущее атмосферное давление в миллибарах (мбар). Если немного вспомнить физику, то, используя значение этого датчика, можно легко вычислить высоту (а ежели вспоминать ну никак не хочется, можно воспользоваться готовым методом getAltitude из объекта SensorManager ).
• Sensor.TYPE_RELATIVE_HUMIDITY - датчик относительной влажности в процентах. Кстати, совместное применение датчиков относительной влажности и давления позволяет предсказывать погоду - конечно, если выйти на улицу. 😉
• Sensor.TYPE_STEP_COUNTER (с API 19) - счетчик шагов с момента включения устройства (обнуляется только после перезагрузки).
• Sensor.TYPE_MOTION_DETECT (с API 24) - детектор движения смартфона. Если устройство находится в движении от пяти до десяти секунд, возвращает единицу (по всей видимости, задел для аппаратной функции «антивор»).
• Sensor.TYPE_HEART_BEAT (с API 24) - детектор биения сердца.
• Sensor.TYPE_HEART_RATE (с API 20) - датчик, возвращающий пульс (ударов в минуту). Этот датчик примечателен тем, что требует явного разрешения android.permission.BODY_SENSORS в манифесте.

Перечисленные датчики являются аппаратными и работают независимо друг от друга, часто без всякой фильтрации или нормализации значений. «Для облегчения жизни разработчиков»™ Google ввела несколько так называемых виртуальных сенсоров, которые предоставляют более упрощенные и точные результаты.

Например, датчик Sensor.TYPE_GRAVITY пропускает показания акселерометра через низкочастотный фильтр и возвращает текущие направление и величину силы тяжести по трем осям, а Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION использует уже высокочастотный фильтр и получает показатели ускорения по трем осям (без учета силы тяжести).

При разработке приложения, эксплуатирующего показания сенсоров, вовсе не обязательно бегать по улице или прыгать в воду с высокой скалы, так как эмулятор, входящий в поставку Android SDK, умеет передавать приложению любые отладочные значения (рис. 2–3).

Ищем датчики

Чтобы узнать, какие сенсоры есть в смартфоне, следует использовать метод getSensorList объекта SensorManager :

List sensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);

Полученный список будет включать все поддерживаемые датчики: как аппаратные, так и виртуальные (рис. 4). Более того, некоторые из них будут иметь различные независимые реализации, отличающиеся количеством потребляемой энергии, задержкой, рабочим диапазоном и точностью.

Для получения списка всех доступных датчиков конкретного типа необходимо указать соответствующую константу. Например, код

List pressureList = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_PRESSURE);

вернет все доступные барометрические датчики. Причем аппаратные реализации окажутся в начале списка, а виртуальные - в конце (правило действует для всех типов датчиков).

Чтобы получить реализацию датчика по умолчанию (такие датчики хорошо подходят для стандартных задач и сбалансированы в плане энергопотребления), используется метод getDefaultSensor :

Sensor defPressureSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PRESSURE);

Если для заданного типа датчика существует аппаратная реализация, по умолчанию будет возвращена именно она. Когда нужного варианта нет, в дело вступает виртуальная версия, ну а если, увы, ничего подходящего в девайсе не окажется, getDefaultSensor вернет null .

О том, как самолично выбирать реализацию датчиков по критериям, написано во врезке, мы же плавно двигаемся дальше.

Снимаем показания

Чтобы получать события, генерируемые датчиком, необходимо зарегистрировать реализацию интерфейса SensorEventListener с помощью того же SensorManager . Звучит сложновато, но на практике реализуется одной строчкой:

Sensor defPressureSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PRESSURE); sensorManager.registerListener(workingSensorEventListener, defPressureSensor, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

Здесь мы полученный ранее барометр по умолчанию регистрируем с помощью метода registerListener , передавая в качестве второго параметра сенсор, а в качестве третьего - частоту обновления данных.

В классе SensorManager определены четыре статические константы, определяющие частоту обновления:

• SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST - максимальная частота обновления данных;
• SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME - частота, обычно используемая в играх, поддерживающих гироскоп;
• SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL - частота обновления по умолчанию;
• SensorManager.SENSOR_DELAY_UI - частота, подходящая для обновления пользовательского интерфейса.

Нужно сказать, что, указывая частоту обновления, не стоит ожидать, что она будет строго соблюдаться. Как показывает практика, данные от сенсора могут приходить как быстрее, так и медленнее.

Оставшийся нерассмотренным первый параметр представляет собой реализацию интерфейса SensorEventListener , где мы наконец-то получим конкретные цифры:

Private final SensorEventListener workingSensorEventListener = new SensorEventListener() { public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) { } public void onSensorChanged(SensorEvent event) { // Получаем атмосферное давление в миллибарах double pressure = event.values; } };

В метод onSensorChanged передается объект SensorEvent , описывающий все события, связанные с датчиком: event.sensor - ссылка на датчик, event.accuracy - точность значения датчика (см. ниже), event.timestamp - время возникновения события в наносекундах и, самое главное, массив значений event.values . Для датчика давления передается только один элемент, тогда как, например, для акселерометра предусмотрено сразу три элемента для каждой из осей. В следующих разделах мы рассмотрим примеры работы с различными датчиками.

Метод onAccuracyChanged позволяет отслеживать изменение точности передаваемых значений, определяемой одной из констант: SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_LOW - низкая точность, SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_MEDIUM - средняя точность, возможна калибровка, SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_HIGH - высокая точность, SensorManager.SENSOR_STATUS_UNRELIABLE - данные недостоверны, нужна калибровка.

После того как отпадает необходимость работы с датчиком, следует отменить регистрацию:

SensorManager.unregisterListener(workingSensorEventListener);

Меряем давление и высоту

Весь код для работы с датчиком давления мы уже написали в предыдущем разделе, получив в переменной pressure вполне себе значение атмосферного давления в миллибарах.

Продолжение доступно только подписчикам

Вариант 1. Оформи подписку на «Хакер», чтобы читать все материалы на сайте

Подписка позволит тебе в течение указанного срока читать ВСЕ платные материалы сайта. Мы принимаем оплату банковскими картами, электронными деньгами и переводами со счетов мобильных операторов.

Многие удобные и даже необходимые функции смартфона были бы невозможны без специальных датчиков (сенсоров). Управление жестами, автоматическое изменение яркости, изменение ориентации экрана при повороте и его отключение при разговоре, контроль в игре без нажатий - это далеко не полный перечень возможностей. Также наличие некоторых датчиков может превратить смартфон в метеостанцию или быть очень полезным при занятии спортом, слежении за физическим состоянием.

Наличие датчиков в смартфонах и не только было бы не невозможно без развития микроэлектромеханических систем (МЭМС). Такие устройства соединяют в себе электрические и механические компоненты в микроисполнении. Размеры таких элементов не превышают 100 микрометров.

Готовые устройства МЭМС

Основным материалом для создания МЭМС служат кремний и полимеры. По данной технологии создаются все известные сенсоры, которые необходимо использовать в компактных устройствах, например, смартфонах. Совершенствование в технологическом плане смартфонов дало большой толчок для развития МЭМС. Давайте рассмотрим примеры таких датчиков.

Акселерометр - слово, соединяющее в себе два языка: акселеро - с латыни "ускоряю", метр - с греческого "измеряю". Такой датчик замеряет линейное ускорение движущегося тела по трем осям координат. Данные измерений собираются и обрабатываются посредством SoC или специально выделенного микроконтроллера. Далее, производится математический расчёт и фиксируется положения смартфона в пространстве в реальном времени.

Акселерометр внутри смартфона

Именно акселерометр позволяет менять ориентацию экрана с портретной на ландшафтную и наоборот в зависимости от положения устройства, переключать музыкальные треки при встряхивании, гонять автомобильные симуляторы, используя в качестве руля смартфон или планшет. Акселерометр является одним из самых популярных датчиков в смартфоне, и если раньше это была диковинка и прерогатива дорогих телефонов, то на сегодня таким сенсором может похвастаться любое бюджетное решение.

Гироскоп - состоит из двух древнегреческих слов «круг» и «смотрю». Как правило, работает в паре с акселерометром, дополняет его в некоторых случаях. Гироскоп необходим для фиксации углов наклона устройства. Делает это он с помощью измерения скорости углового вращения.

Также как акселерометр, гироскоп передает результаты замеров в устройство для дальнейших расчетов угла наклона и его направления. Погрешность откалиброванного гироскопа составляет не более 1-2 градусов. Широко применяется в мобильных играх, приложениях для фотосъемки, для оптической стабилизации в камерах, летающих дронах, управляемых смартфоном. Также как и акселерометр, гироскоп является очень популярным датчиком и присутствует во многих смартфонах.

Магнитометр - сенсор для измерения магнитного поля. По сути он собой представляет выполненный по технологии МЭМС миниатюрный датчик на основе эффекта Холла. Он регистрирует изменения силы магнитного поля по трем осям X, Y и Z. В этом случае он используется для навигационных и разных картографических приложениях, для повышения точности определения местоположения. Также без этого датчика не будет работать цифровой компас в смартфоне. Магнитометр иногда размещают в одном модуле с акселерометром, и они работают в паре, дополняя друг друга. Еще датчик Холла просто фиксирует изменения магнитного поля, без привязки к осям. Такие свойства используются в паре со специальными чехлами, в которые встроены магниты. При открытии крышки такого чехла экран смартфона автоматически включится и наоборот.

Датчик приближённости. Позволяет отключать экран телефона при разговоре. Такая функция позволяет экономить заряд устройства, а также предотвращает случайные нажатия. Работает такой датчик на основе IR детектора. Он обычно находится возле разговорного динамика и с помощью инфракрасного луча фиксирует нашу часть лица в непосредственной близости к телефону. На основе этого датчика реализуются еще одна интересная фича - распознавание жестов. Они позволяют управлять некоторыми функциями смартфоном не прикасаясь к экрану.

Датчик света - измеряет, насколько яркое освещение вокруг смартфона. На основании его данных ОС повышает или понижает яркость экрана. Экономя энергию смартфона и позволяя более комфортно пользоваться им. Продвинутые датчики могут анализировать составляющую RGB цвета и в соответствии с этим подстраивать цвета дисплея.

Описанные выше сенсоры характерны для соверменных смартфонов. Но ведь есть и редкие экземпляры:

Барометр - датчик для измерения атмосферного давления. Может использоваться в некоторых приложениях (навигационных, измерительных) для определения высоты над уровнем моря. Делает это он, высчитывая разницу атмосферного давления. Также повышает точность и скорость работы систем GPS. Например, фиксируя постоянно высоту объекта относительно уровня моря, можно отследить его перемещения не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной.

Температурный датчик - как вы уже догадались, этот сенсор измеряет температуру. Бывают двух видов:

1. Внутренний - для измерения температуры модулей смартфона, нужен для контроля над нагревом и предотвращения перегрева компонентов. Присутствует во многих устройствах.
2. Внешний - для измерения температуры окружающей среды. Может использоваться в качестве обычного термометра и для разнообразных фитнес-приложений. И этот датчик скорее редкость, чем заурядность.

Датчик влажности воздуха - в паре с предыдущими двумя может выполнять функции продвинутой метеостанции. Поможет вам узнать, не пересушиваете ли вы воздух в квартире и насколько комфортная погода на улице (соотношение температуры и влажности).

Педометр - считает количество пройденных шагов и полезен для отслеживания активности. Главное, чтобы смартфон был всегда при вас.

Пульсометр - по запросу измеряет частоту сердцебиения. Как по мне, намного удобнее использовать этот датчик и шагомер во всевозможных фитнес-браслетах.

Сканер отпечатков пальцев - биометрический датчик, призван повысит безопасность устройства. Подробнее о них вы можете прочитать в одной из наших .

Наличие всех перечисленных выше датчиков является своеобразной фишкой смартфонов Samsung линейки Galaxy (начиная с S4).

И совсем уж диковинкой выглядит дозиметр - датчик измерения радиации. Им оснастила свой телефон компания Sharp, а причиной такого шага стала авария на атомной электростанции в Японии.

Проверить наличие и работоспособность того или инного датчика в вашем смартфоне можно с помощью специального программного обеспечения, например - AnTuTu Tester, Z - Device Test, Android Sensor Box и т.д.

Как мы убедились, в нашем смартфоне может быть много разнообразных датчиков и его работа уже практически невозможна без них. А ведь к этому списку можно добавить еще камеру со светочувствительным сенсором, микрофон - регистрация звука, тач - реакция на касание. В будущем же смартфоны могут обладать обонянием, улавливая, например, чадный газ, смогут диагностировать сердечные и другие заболевания и многое другое.

А как вы думаете, какие датчики реально полезны и востребованы в современном смартфоне?

Множество изделий современной электроники оснащено датчиками, распознающими приближение объекта, к примеру, пальца, к клавиатуре или уха человека к телефону. Эта технология активно используется в разного рода, что позволяет устранить механическую коммутацию устройств, а также продлить срок их службы. И у многих вполне может возникнуть вопрос: датчик приближения в телефоне - что это и как он работает? Далее будет рассмотрено данное приспособление с точки зрения реализации по емкостной технологии.

Распознавание приближения

Распознавание приближение по бесконтактной технологии довольно быстро нашло применение в области портативных устройств, питающихся автономно. Функция активно используется в последних моделях смартфонов и планшетов, в музыкальных плеерах. Ее основным назначением является повышение надежности устройств и экономия электрической энергии.

Дисплей прибора будет находиться в неактивном состоянии до тех пор, пока не будет обнаружено приближение руки пользователя, именно за это и отвечает датчик приближения в телефоне. Что это - станет понятно, если рассмотреть принцип его работы. Когда речь идет об использовании подобной технологии, то тут стоит отметить, что в дежурном режиме потреблением энергии занимается исключительно центральный процессор. А когда определяют приближение ладони или пальца, происходит включение дисплея, на котором отображается текущая информация. Все это позволяет снизить среднюю потребляемую мощность гаджета, при этом увеличив время автономной работы батареи.

Особенности использования функции в разной технике

В бытовой автоматике функция распознавания приближения тоже получила весьма широкое распространение. Бесконтактные датчики используют для включения открывания кранов водопровода, когда в поле их действия находится рука человека; дисплеи холодильников и микроволновых печей будут неактивны, пока к ним не приблизится рука пользователя. Снабжены этой функцией и новые системы автоматизации дома. используемые для управления бытовой техникой и освещением, настраиваются так, чтобы служить цифровыми фоторамками. Но как только к ним приближается кто-то из людей, сразу появляются Достаточно интересной технологией является датчик приближения в телефоне. Что это такое, поможет понять описание метода, с помощью которого происходит распознавание.

Методы распознавания приближения

Когда к датчику приближается, к примеру, палец, происходит изменение общей емкости системы. Именно оно и используется для обнаружения объекта вблизи бесконтактного сенсора.

Обнаружение изменения емкости

То, насколько точно и надежно будет работать бесконтактный датчик, полностью зависит от верности измерений изменившейся емкости системы. С такой целью разработан целый ряд методов, в числе которых самыми известными стали методы переноса зарядов, последовательного приближения, взаимодействия емкости и сигма-дельта-метод. Наиболее часто применяются два из них. Оба используют коммутируемую емкостную схему и внешний измерительный конденсатор.

Метод последовательного приближения

В данном случае осуществляется зарядка коммутируемой емкостной цепи. С этого конденсатора подается напряжение на компаратор через ФНЧ, где происходит сравнение с опорным напряжением. Счетчик, синхронизируемый с генератором, запирается при помощи выходного сигнала компаратора. Обработка именно этого сигнала осуществляется для определенного статуса датчика. Для метода последовательных приближений требуется ничтожно малое число внешних компонентов. В данном случае на работу схемы не оказывают влияния переходные помехи по питающей цепи.

Достоинства и недостатки технологии распознавания

Датчик приближения Android, как и другие, обладает определенными особенностями. К числу преимуществ в данном случае можно отнести следующие:

Довольно большая зона обнаружения;

Высокая степень чувствительности;

Относительная доступность в плане цены, ведь производство датчиков осуществляется из довольно дешевых компонентов - меди, пленки оксидов олова, индия и печатной краски, внешнего проволочного датчика;

Малый размер;

Универсальность конструкции;

Температурная стабильность;

Возможность функционирования с применением различных непроводящих покрытий, к примеру, стекол разной толщины;

Долговечность и высокая надежность.

Имеются у данного метода и определенные недостатки:

Чувствительный элемент должен быть проводящим, тогда он сможет обнаружить приближение; однако руку, к примеру, в резиновой перчатке, он может и не обнаружить;

Метод емкостного распознавания работает так, что когда в диапазоне его работы имеются металлические объекты, диапазон уменьшается.

iPhone 4

Датчик приближения работает так, что позволяет отключать экран смартфона во время разговора для исключения случайных нажатий на клавиши. Существуют специальные приложения, которые дают возможность блокировать экран, просто проводя над ним рукой. Для его включения потребуется нажать аппаратную клавишу.

Калибровка

Довольно часто пользователи сталкиваются с неприятной ситуацией, когда блокировка экрана при разговоре не осуществляется. А бывает и так, что после завершения разговора дисплей не включается, из-за чего телефон не разблокируется. К примеру, датчик приближения Nokia работает некорректно. Для устранения этой проблемы его требуется откалибровать. Обычно большинством производителей применяется специализированное программное обеспечение для этих целей, которое можно скачать на официальном сайте.

В последних версиях Android 4 функция калибровки расположена непосредственно в меню. Для этого требуется войти в настройки, отыскать экран, а потом выбрать пункт Proximity Sensor Calibration. После закрытия датчика рукой необходимо в появившемся окне нажать ОК. Иногда калибровка допускается и без закрытия сенсора.

Современный смартфон — это не просто звонки и SMS, а намного большее. Но сегодня мы поговорим не о том, как выходить с этих устройств в интернет, не о их гиперкоммуникационных возможностях и не о преимуществах той или иной мобильной операционной системы. Статья будет посвящена датчикам и сенсорам, которыми разработчики оснащают современные устройства, чтобы их функциональность стала еще более разнообразной. Итак, что такое датчики и сенсоры? Это микроустройства в самом смартфоне (плеере, планшете, навигаторе, ноутбуке, цифровой фотокамере, игровой консоли и т.д.), которые делают его умным, а также связывают с внешним миром. Без них смартфон не будет столь интересен и востребован, так как гаджет окажется без связи с окружающей средой. Именно с помощью датчиков и сенсоров появляется связь с миром вокруг, а значит, появляются новые удивительные функции.

Из основных датчиков и сенсоров, известных многим, и без которых сегодня не обходятся разве что совсем уж бюджетные мобильные телефоны, можно выделить следующие:

1. Proximity Sensor

2. Accelerometer

3. Light Sensor

4. Gyroscope Sensor

5. Magnetic Field Sensor (магнитный компас обычно не считают датчиком, но мы все-таки включили его в перечень)

Proximity Sensor (Датчик приближения)

Датчик приближения позволяет определить приближение объекта без физического контакта с ним. Например, датчик приближения, установленный на мобильном телефоне, позволяет отключать подсветку экрана при приближении телефона к уху пользователя во время разговора. То есть, его основная задача заключается в блокировании смартфона, чтобы пользователь не нажал случайно, скажем, щекой на отбой. Кстати, в данном случае экономится и заряд аккумуляторной батареи. Естественно, производители всячески пытаются расширить возможности этой функции. Например, год назад в Samsung Galaxy S3 появилась функция «Прямой вызов», которая при поднесении устройства к лицу позволяет звонить контакту, чьи сведения, журнал вызовов или данные о сообщениях отображаются на экране. Так же телефон с этим датчиком можно спокойно класть в карман или чехол, не боясь случайно совершить ненужный звонок.

Вообще, управление движениями — это следующий этап в общении между человеком и техникой, над чем сегодня работает масса производителей. Например, в прошлом году компания Pioneer представила модельный ряд автомобильных мультимедийно-навигационных GPS-систем, управлять которыми можно с помощью жестов. Pioneer назвала свою разработку «Air Gesture». Если пользователь подносит свою руку к передней части экрана мультимедийно-навигационной системы, она выводит окно с названием воспроизводимой в данный момент композиции и часто используемые команды управления: «Установить в качестве пункта назначения» и «Установить любимое место в качестве пункта назначения». Как только пользователь уберет руку от экрана, эти команды исчезнут, а навигационная карта снова отобразится на всем экране. Кроме того, путем перемещения рук по горизонтали, определенные функции, заданные пользователем, могут быть вызваны без нажатия кнопки. Можно установить одну из 10 функций, включая «Переключение между навигацией и AV-функциями» и «Пропуск воспроизводимой композиции / Воспроизведение предыдущей композиции». Датчик, который определяет движения руки, состоит из двух инфракрасных излучающих частей и одной приемной между ними. Когда рука движется к передней части экрана, приемный ИК-датчик обнаруживает отражения инфракрасного света. При горизонтально движущейся руке ИК-датчик определяет изменение таймингов инфракрасного излучения с правой и левой излучающих частей так, что становится понятным, в какую из сторон производится движение рукой. Кстати, производство моделей с пользовательским интерфейсом управления жестами Air Gesture уже началось.

Эта же функция реализована в новом флагмане Samsung Electronics — Galaxy S4. Кроме датчика приближения, рядом с фронтальной камерой расположен еще один датчик, который используется для распознавания жестов. Он распознает движения руки, принимая инфракрасные лучи, которые отражаются от ладони пользователя, и работает в паре с функцией Air Gesture, предоставляя пользователям возможность принять вызов, сменить музыкальную композицию или прокрутить web-страницу вверх или вниз буквально одним взмахом руки.

Accelerometer (Акселерометр)

Пожалуй, это самый распространенный датчик. G-сенсор, как его называют многие производители, сегодня можно встретить практически в каждом современном устройстве. Задача акселерометра проста — отслеживать ускорение, которое придается устройству. Вроде бы напрашивается вопрос, а зачем измерять ускорение смартфона? Но давайте задумаемся, в тот момент, когда мы переворачиваем телефон, происходит движения с ускорением. Акселерометр регистрирует его и, на основе полученных от него данных, запускает процесс, например, смены ориентации экрана. Датчик также используется для масштабирования страниц браузера при наклоне смартфона, обновление списка Bluetooth-устройств при встряске, в специфических приложениях, ну и, конечно же, в играх, особенно в симуляторах. Кроме этого, акселерометр используется в качестве карманного шагомера для подсчета количества шагов, сделанных пользователем.

В фотоаппаратах акселерометр используется для поворота отснятого кадра, а в ноутбуках — для срочной парковки головок жесткого диска, если вдруг компьютер падает. А в автомобилях он служит для срабатывания подушек безопасности при ударе. Проще говоря, акселерометр имеет дело с положением устройства в пространстве и наклоном корпуса, опираясь при этом на его ускорения при смене этого положения.

Light Sensor (Датчик освещенности)

Задачи этого датчика предельно просты и заключаются в том, чтобы определить степень наружного освещения и соответственно настроить яркость экрана. Благодаря такой автонастройке яркости, стала возможной экономия электроэнергии, особенно если вы хотите оптимизировать расход вашего аккумулятора. Пожалуй, это самый старый датчик в мобильном мире, и даже при том, что в работе этого датчика вроде бы нет никаких возможностей по улучшению функциональности, производители и в этом случае стараются сделать работу со смартфоном еще более комфортной.

Например, в мобильной операционной системе iOS 6 от Apple появилась возможность регулировки автояркости. Ранее датчик освещенности был полностью автоматизированным и регулировал яркость экрана на свое усмотрение. Теперь же пользователь получил возможность контролировать работу этого датчика. Вы можете легко определить уровень яркости, который комфортен для вас, и iOS принимает этот выбор во внимание при расчете уровня яркости для новых условий освещения. Однако для того чтобы датчик корректно функционировал, необходимо произвести небольшую настройку устройства.

Gyroscope Sensor (Гироскоп)

Если возможности акселерометра по большому счету исчерпаны, а сферы его применения четко ограничены, то устройство еще одного инерционного датчика, которым является гироскоп, в смартфонах освоены еще не до конца. История использования гироскопов берет свое начало еще в конце XIX века. Инерционные датчики на тот момент были распространены во флоте, так как с помощью гироскопа наиболее точно можно определить расположение сторон света. Позже, благодаря столь уникальной функции, гироскоп получил широкое распространение и в авиации. По своей конструкции гироскоп в мобильных телефонах напоминает классические роторные, представляющие собой быстро вращающийся диск, закрепленный на подвижных рамах. Даже при смене положения рам в пространстве ось вращения диска не изменится. Благодаря постоянному вращению диска, например, с помощью электромотора, и существует возможность постоянно определять положение объекта (в котором есть гироскоп) в пространстве, его наклоны либо крены.

Гироскопы в современных устройствах основаны на микроэлектромеханическом датчике, но принцип действия инерционного датчика остается тем же. В это же семейство входят акселерометры, магнитометрические и прочие узкоспециализированные датчики. Рынок этих миниатюрнейших элементов, также известных как MEMS, получил серьезный толчок для развития в тот момент, когда Apple начала устанавливать гироскоп в iPhone 4, а затем и в iPod Touch. Успешные продажи мобильных устройств привели к тому, что производители элементов MEMS успешно обосновались на мобильном рынке. Apple iPhone 4, где впервые был использован гироскоп и два MEMS-микрофона для подавления шума, произвел огромный эффект на индустрию телефонов. Например, в конце 2010 года менее пяти телефонов, выпущенных на рынок, могли похвастаться наличием гироскопа, а в 2011 году уже было представлено более 50 моделей телефонов и планшетов с гироскопом.

Гироскопы, встроенные в мобильные телефоны, делают качество игр наиболее высоким. С помощью данного датчика для управления игрой можно пользоваться не только обычным поворотом устройства, но и скоростью поворота, что обеспечивает более реалистичное управление. Кроме игр гироскоп используется в браузерах дополненной реальности для более точного позиционирования устройства в пространстве, а также в управляемых при помощи смартфонов на платформах iOS и Android радиомоделях летательных аппаратов.

Magnetic Field Sensor (Магнитный компас )

После прихода в наш мир GPS-приемников, появились и цифровые компасы, правда, в эпоху развития навигационных технологий от них не так много пользы. Магнитометр, как и привычный магнитный компас, отслеживает ориентацию устройства в пространстве относительно магнитных полюсов Земли.

Информация, полученная от компаса, используется в картографических и навигационных приложениях. На практике это устройство показало себя довольно хорошо и сегодня незаменимо в ряде игр и приложений, например, в браузере дополненной реальности Layar.

Прочие датчики и сенсоры

Барометр

Помогает с позиционированием и этот сенсор. Барометр стал появляться в смартфонах совсем недавно, с выходом Samsung Galaxy Nexus, и может уменьшить время подключения к сигналу GPS. Встроенный барометр измеряет атмосферное давление в текущем местоположении владельца смартфона и определяет высоту над уровнем моря. Многие флагманские смартфоны сегодня оснащаются не только приемниками GPS и ГЛОНАСС, но и барометром, благодаря чему захват сигнала от спутника и определение первоначального местоположения происходит мгновенно. Эта функция пригодится и в случае, когда пользователь передвигается по наклонным плоскостям, будь то холм или гора, потому что в зависимости от атмосферного давления и высоты, может подсчитать точное количество калорий, которые сжигаются во время прогулки. Ну и, соответственно, для определения давления и погодных условий прямо со своего смартфона.

Рассмотрим принцип работы этого датчика на примере смартфона Samsung Galaxy S III, где определение разницы давления может быть пересчитано около 25 раз в секунду. Такая скорость позволяет четко определять движение человека вверх и вниз, то есть использовать навигацию не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Таким образом, мы получаем объемную навигацию, которая полностью соответствует действительности. Например, при навигации в торговом центре вам будет недостаточно обычного GPS-навигатора, так как он укажет точку на плоскости земли, а не то, на какой высоте находится ваш маршрут. А автомобильные навигаторы могут ориентироваться в многоэтажных парковках и многоярусных дорогах.

Датчик давления позволяет это осуществить, и вы получите не только точные координаты заданного места, но и информацию, на каком этаже или высоте пролегает ваш маршрут. Обычно подобные датчики включают в себя и систему обработки данные, а их размеры находятся в пределах 3х3х1 мм. Крошечный сенсор реагирует на изменения по высоте с точностью до 50 см. Методика реализована путем сравнения внешнего атмосферного давления по отношению к вакуумной камере внутри датчика. Помимо вакуумной камеры и сенсоров, в миниатюрном корпусе устройства поместились встроенный микропроцессор, аналоговый усилитель, цифровой со-процессор и элемент энергонезависимой памяти.

Датчик температуры/влажности

Такой датчик стал новым дополнением к Samsung Galaxy S4. Он определяет уровни температуры и влажности окружающей среды через небольшое отверстие, расположенное в основании смартфона. А потом датчик определяет оптимальный уровень комфорта и отображает эту информацию на экране приложения S Health. Кроме этого, температурный датчик позволяет откорректировать погрешности давления, вызванные изменением температуры воздуха. Те же, кто хочет незамедлительно воспользоваться возможностями температурного датчика, могут обратить внимание на разработку ученых компании Robocat.

Они создали крошечный электрический термометр Thermodo, который подключается к телефону через порт наушников. Thermodo состоит из пассивных датчиков температуры, встроенных в стандартное 4-полюсное гнездо для наушников в прочном корпусе. Никакого подключения к сети не требуется, устройство получает питание от телефона и потребляет мало энергии. Когда измерение температуры не требуется, Thermodo можно повесить на ключи в виде брелока. С помощью Thermodo можно измерить температуру как в помещении, так и на открытом воздухе.

3D-сенсор

Сенсор, который постоянно сканирует окружающее пространство и создает компьютерную виртуальную модель с высокой точностью. Что-то подобное представляет из себя Kinect, но новая версия планшета Google Nexus 10 получила сенсор намного компактнее и уже есть готовые приложения, которые могут работать на планшете и продемонстрировать возможности не только самых современных игр.

Помимо прочего, сенсор Capri 3D, который был представлен в рамках конференции Google I/O 2013 компанией PrimeSense, умеет регистрировать движения и получать метрические параметры предметов. Кстати, эта развитие этой технологии доказывает предположение IBM, что в середине этого десятилетия общения с помощью приложений для видеоконференций начнут напоминать 3D-голограммы.

Безопасность

Недавно профессор Суортмор колледжа (штат Пенсильвания, США) Адам Дж. Авив продемонстрировал возможность осуществления атак, используя данные, полученные акселерометром смартфона. Оказалось, что данные, полученные сенсорами смартфона, могут помочь злоумышленникам получить доступ к кодам разблокировки устройства. Они могут узнать Pin-коды и пароли пользователя. Получать информацию через сенсоры гораздо легче, чем через приложения, загружаемые на смартфон, утверждает профессор. Исследователи провели анализ данных, полученных акселерометром, и составили своеобразный «словарь» движений смартфона при введении пароля, после чего разработали программное обеспечение, позволяющее расшифровывать Pin-коды при помощи данных, полученных с акселерометра. В ходе исследований ученым удалось правильно определить Pin-код в 43% случаев, а пароль — в 73%. Система дает сбои, когда пользователь находится в движении во время использования устройства, так как движения создают дополнительные помехи, и получить от акселерометра точные данные весьма трудно.

Эксперты, занимающиеся мобильной безопасностью, также считают, что чем больше у смартфона сенсоров, тем больше данных они могут зафиксировать, а это значит, что проблема защиты устройства становится более острой. Сейчас исследователи разрабатывают методы для предотвращения утечки данных, собранных гироскопами, акселерометрами или другими сенсорами. Так что можно предположить, что с развитием технологий и расширением функционала датчиков ситуация в сфере безопасности будет только накаляться.

Перспективы

Недавно американский изобретатель Джейкоб Фрэйден основал компанию Fraden Corporation и запатентовал систему бесконтактного измерения температуры для мобильных устройств. На тыльной стороне смартфона размещается небольшой инфракрасный датчик, который всего за секунду может снять показания температуры тела пользователя. Таким образом, в будущем смартфоны вполне могут превратиться в наших персональных медицинских помощников. Фрэйден собирается создать также средства измерения ультрафиолетового излучения и электромагнитного загрязнения. А вот сотрудники из лаборатории Next Lab Массачусетского технологического института утверждают, что скоро датчики в смартфонах смогут обнаруживать аритмию и тахиакардию, что заставит пользователей своевременно обращаться за помощью к врачам.

По мнению специалистов из IBM, к 2017 году смартфоны получат обоняние. Крошечные датчики запаха могут быть встроены в смартфоны и другие мобильные устройства. Обнаруженные следы химических соединений будут передаваться на мощное облачное приложение, способное проанализировать все, начиная от угарного газа до вируса гриппа. В результате, если вы чихнули, телефон сможет рассказать вам о вашей болезни.

Все самое интересное только начинается, и сегодня работы идут по массе направлений. Например, не исключено, что в ближайшем будущем ваш смартфон с помощью определенного рода датчиков научится имитировать тактильные ощущения. Вы сможете различать ткани, текстуры и переплетения. А звуковые датчики в сочетании массивными облачными вычислительными системами получат сверхчеловеческие слуховые возможности. Эх, чего только нельзя предположить, тем более, что масса предположений, расчетов и даже фантазий в последние годы стала сбываться с удивительной скоростью.