Для чего нужны и как работают акселерометр, гироскоп, магнитометр и GPS.

Ваш смартфон - настоящее произведение инженерного искусства. Он сочетает в себе функции по меньшей мере десятка разных гаджетов. И большей частью своих удивительных возможностей он обязан разнообразным сенсорам. Но каким именно и как они устроены?

Как телефон подсчитывает ваши шаги? Расходует ли GPS ваш трафик? На какие датчики нужно обратить внимание при выборе нового телефона? Вот все, что вам нужно знать о современном смартфоне.

Акселерометр

Один из наглядных примеров работы акселерометра - анимированные стикеры Snapchat

Акселерометр отслеживает изменение скорости движения устройства и его повороты вокруг своей оси. Такие датчики устанавливаются не только в телефонах, но и в фитнес-трекерах - именно с их помощью смартфон может подсчитывать ваши шаги, даже если у вас нет никаких носимых гаджетов.

Анализируя данные акселерометра, приложения могут определить, в какую сторону направлен телефон, - эта технология находит все более широкое применение с распространением дополненной реальности.

Существуют различные типы акселерометров, но самый распространенный - пьезоэлектрический. В таких акселерометрах сенсор представляет собой микроскопический кристалл, который деформируется под действием сил ускорения. При этом кристалл вырабатывает электрический ток. Анализируя силу тока, система определяет, как быстро и в каком направлении движется ваш телефон. Поэтому Snapchat добавляет на карту забавный стикер с автомобилем, когда вы используете приложение за рулем.

Акселерометр является одним из самых важных датчиков вашего телефона: без него вы не могли бы пользоваться автоматическим поворотом экрана, а навигационные приложения не могли бы определять текущую скорость.

Гироскоп

Гироскоп дает точные данные о положении смартфона в пространстве, что бывает полезно в играх и при создании 360-градусных фотографий

Гироскоп помогает акселерометру с гораздо более высокой точностью определить, как именно ваш телефон ориентирован в пространстве. Поэтому 360-градусные панорамы выглядят так впечатляюще.

Всякий раз, когда вы запускаете на смартфоне гоночный симулятор и наклоняете экран, чтобы повернуть руль, именно гироскоп помогает приложению понять, что вы делаете. Поскольку при этом вы не перемещаетесь в пространстве, этих условий было бы недостаточно недостаточно для работы акселерометра.

Гироскопы используются не только в телефонах. Их можно найти в самолетах, где они помогают определить высоту и положение, и в системах стабилизации, которые позволяют фото- и видеокамерам делать плавную съемку в движении.

Старые гироскопы, которые еще можно найти в самолетных высотомерах, используют механическое движение маховика, но гироскоп в вашем смартфоне представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС) - крошечный инерциальный датчик, который может поместиться на печатной плате.

Впервые МЭМС-гироскопы были использованы в iPhone 4 в 2010 году - и произвели фурор: никогда еще телефон не умел определять свою ориентацию в пространстве с такой точностью. Сегодня мы считаем это чем-то само собой разумеющимся.

Магнитометр

Именно благодаря магнитометру работает компас в вашем телефоне.

Последний из трех главных датчиков, ответственных за определение положения телефона в пространстве, - это магнитометр. Его название говорит само за себя: он регистрирует магнитные поля и таким образом может определить, в каком направлении находится север.

Когда вы включаете режим компаса на Картах Apple или в Google Maps, именно магнитометр определяет, как нужно развернуть карту. Существуют и отдельные приложения, которые эмулируют работу компаса.

Магнитометры также можно найти в металлодетекторах - они могут обнаруживать магнитные металлы. Существуют даже приложения-металлодетекторы для смартфона!

Сам по себе этот датчик мало на что способен, но если соединить его показания с данными, поступающими с акселерометра и модуля GPS, можно точно определить ваше расположение, что очень полезно при построении маршрутов.

Спутники GPS всегда знают, где находится ваш телефон.

Ах, GPS, где бы мы были без тебя? Вероятно, блуждали бы где-то в глуши, проклиная день, когда решили сменить бумажные карты, компас и секстант на электронные устройства.

GPS-модуль в вашем телефоне связываются со спутниками на орбите, чтобы определить, где именно на поверхности планеты вы находитесь. Для этого даже не нужна сотовая сеть: если ваш телефон потерял сигнал, вы все равно можете видеть свое местоположение, хотя загрузить подробную карту вам, скорее всего, не удастся.

Фактически телефон поочередно связывается с несколькими спутниками, а затем вычисляет, где вы находитесь, по задержке сигнала. Если связаться со спутниками не удается, - например, когда вы находитесь в помещении или под очень плотной облачностью, - определить ваше положение не получится.

GPS не расходует трафик, но связь со спутниками и вычисления могут сильно сказаться на заряде батареи, поэтому многие руководства рекомендуют отключать GPS-навигацию, чтобы дольше оставаться на связи. По этой же причине модуль GPS обычно не включается в более мелкие устройства - например, в большинство смарт-часов.

GPS- не единственный способ определить ваше положение на карте: его можно приблизительно установить по расстоянию до сотовых вышек. Однако высокой точности без него не добиться. Современные GPS-модули объединяют данные от спутников с показаниями компаса и уровнем сигнала сети, чтобы определить ваше местоположение с точностью до нескольких метров.

Лучшие из остальных датчиков

Если хотите, ваш телефон будет регулировать яркость экрана в соответствии с окружающим освещением.

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.

Статьи и Лайфхаки

Итак, для чего нужен датчик расстояния на телефоне? Если приблизить телефон к уху, что происходит с экраном? Не видели? Если заглянуть, то видно что дисплей гаснет, но не только это, он еще и отключает сенсор экрана. Вот и первый ответ на поставленный вопрос.

Функции датчика расстояния в телефоне

1. Так, во время разговора экран гаснет не потому, что телефон видит ухо. В данном случае датчик расстояния различает приближение объекта (не важно ухо это или любой другой объект) и сигнализирует об этом системе. Система дает команду отключить дисплей.

   Для чего это нужно? Со включенным дисплеем разговаривать по телефону не удобно. Любое неаккуратное движение, и случайное прикосновение уха к экрану сослужит нехорошую службу. Кроме того, экономится заряд батареи.

2. После окончания разговора, когда пользователь убирает телефон от уха, система получает обратный сигнал и включает дисплей. Так что, как правило, пользователь даже не успевает заметить, что экран выключался, только если специально проследит.
3. В современных устройствах этот сенсор выполняет множество других задач. На планшетах дает сигнал системе включать и выключать экран при приближении руки, а во время чтения помогает листать электронную книгу взмахом руки.

Часто встречающиеся трудности использования датчика расстояния

• Вероятнее всего, сенсор «не видит» приближающиеся объекты из-за грязи. В таком случае его можно просто почистить щеточкой и он будет работать, как новенький. Эта процедура намного проще, чем кажется, ее можно выполнить и самому.
• Если сенсор чист и все равно не работает или работает некорректно. Можно попробовать его откалибровать.

Калибровка датчика приближения

• Положить устройство на стол.
• Открыть настройки.
• Выбрать «ALS PS calibration».
• Поднести к датчику любой непрозрачный предмет, до нужного расстояния.
• Выбрать «Calibrate».

В разных устройствах меню может выглядеть по разному и названия функций также могут отличаться. Может быть, что в меню телефона вообще не найдется подобной функции. Тогда нужно скачать необходимое приложение с официального сайта.

Если и после калибровки сенсор не работает некорректно, то самое лучшее решение – обращение в сервисный центр.

Современный смартфон - это мини компьютер, который уже давно стал персональным помощником человека в бытовых и бизнес делах. Чтобы смартфон или любой другой "умный" гаджет обладал столькими функциями, в нем размещено множество датчиков. В рамках этой статьи поговорим про датчик Холла в телефоне. Что это такое, читайте ниже.

Что это за датчик?

Датчик Холла - датчик определения положения который основан на эффекте Эдвина Холла. Используется в смартфоне в роли магнитометра, как основа для работы электронного компаса и не только. Его задача - фиксировать наличие магнитного поля и определять его изменение.

Эффект Холла был открыт еще 1879 году в тонких пластинках золота, но использовать его в технике смогли только через 75 лет, когда наладили производство полупроводниковых пленок с нужными для него свойствами. Ему нашли применение в автомобилях - он помогал делать измерения угла положения распредвала/коленвала.

В смартфоне используется упрощенный аналог устройства, определяющий только наличие магнитного поля без определения напряженности по осям. Реализация довольно проста: помещенный в магнитное поле проводник, по которому проходит электрических ток, способствует тому, что электроны отклоняются к одной из граней пластины. Электроны в этой части накапливают отрицательный заряд, на противоположной грани - положительный. Процесс продолжается до момента, пока образовавшееся электрическое поле не компенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. Образованная разность потенциалов (которую именуют холловским напряжением) на краях пластины фиксируется датчиком Холла. В телефоне он реализован микросхемой, на выходе которой создается сигнал в двух состояниях:

• единица (1 - есть сигнал);
• ноль (0 - сигнала нет).

В зависимости от считанной информации с датчика смартфон выполняет запрограммированное действие.

Сейчас этот эффект применяется в разных технических реализациях. Кроме современных телефонов, повседневное применение нашлось:

• в системах электронного зажигания ДВС;
• в приводах дисководов;
• двигателях кулеров компьютерной техники;
• в электроизмерительных приборах для реализации бесконтактного измерения силы тока;
• в ионных реактивных двигателях.

Для чего он нужен в телефоне?

Несколько лет назад, магнитометр с дюжиной возможностей можно было встретить только во флагманских смартфонах. Сейчас же, он установлен практически в каждый телефон. Смартфон, укомплектованный магнитометром (работающим по принципу датчика Холла) позволял измерять величину электромагнитной индукции различных приборов, управлять бесконтактно некоторыми функциями телефона (например листание фотографий с помощью жестов, без физического контакта) и т.д.

Хотя магнитометр и установлен во множество мобильных устройств, не в каждом его функции реализованы на полную.

Делается это по техническим (например, не хватает места в конструкции телефона или для уменьшения энергопотребления) и финансовым (в бюджетных моделях) причинам. Если убрать все дополнительные функции, задача упомянутого сенсора сводится к двум основным функциям:

1. Цифровой компас. Используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения. При помощи датчика, GPS поиск происходит быстрее.
2. Взаимодействие с аксессуарами. Приобретя магнитный чехол для смартфона, датчик позволит смартфону включать и отключать дисплей в зависимости от удаления/приближения магнита на аксессуаре.

Эффект "выключения дисплея" можно заметить при закрытой крышке в раскладных телефонах.

Взаимодействие датчика и магнитного чехла

Взаимодействие реализовано простым образом: при открытии чехла, магнит расположенный в флипе, удаляется от дисплея. Происходит разрыв проводника с магнитным полем, холловское напряжение снижается и запускается цепочка включения дисплея. После этого дисплей будет разблокирован.

Как вы уже догадались, при закрытии чехла происходит обратное и экран блокируется.

В Некоторых чехлах сделаны окошка, для отображения информации при закрытой крышки чехла. Отображение информации и блокировка экрана происходит по тому же принципу. Датчик холла определяет положение смартфона и "решает", блокировать ли дисплей телефона, или оставить включенным.

Если вы переживаете, что магнит на флипе навредит смартфону, сбросте этот груз с плечь. Магнит не вредит смартфону! Чтобы в этом убедится, посмотрите видео.

Какие составляющие можно отметить, рассматривая корпус смартфона? Это, прежде всего, довольно большой дисплей, несколько клавиш под ним, микрофон и несколько окошек камеры. Кроме того, на торцах устройства наверняка найдётся порт microUSB, качелька регулировки громкости, выход для наушников и клавиша блокировки. Но заканчиваются ли на этом компоненты устройств? Конечно же, нет. Внутри него нашлось место для нескольких процессоров, многих схем и, что особенно важно, нескольких разнообразных датчиков. Какие из них можно найти в современных девайсах? Давайте узнаем.

Акселерометр

Как сообщают наши коллеги из phonearena , акселерометр является одним из наиболее распространённых датчиков. Согласно классическому определению, его задачей является расчет разности между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением.
О способах его применения вы наверняка наслышаны. Без акселерометра смартфоны вряд ли бы меняли портретную ориентацию на ландшафтную и обходились без нажатий пользователя во всевозможных симуляторах гонок.

Гироскоп

Гироскоп также предоставляет данные о положении устройства в пространстве, однако делает это со значительно большей точностью. Именно благодаря его помощи приложение Photo Sphere узнает, на сколько градусов был повёрнут смартфон, и в каком направлении это было проделано.

Магнитометр

Всё верно, магнитометр создан для определения магнитных полей. Не будь его внутри смартфона – приложению компаса вряд ли бы удалось понять, где находится северный полюс.

Данный сенсор является соединением инфракрасного диода и детектора инфракрасного излучения. Принцип его работы невероятно прост. Диод излучает невидимое для человеческого глаза излучение, а детектор пытается уловить его отражение. Смартфон блокирует дисплей именно тогда, когда луч попадает обратно.

Датчик света

Самостоятельно изменять яркость дисплея – то еще занятие, верно? То ли дело функция автояркости, которая меняет уровень яркости экрана в зависимости от окружающего излучения. Возможно это, как вы уже наверняка догадались, благодаря датчику света.
Стоит отметить, что некоторые представители линейки Galaxy от южнокорейского производителя Samsung используют обновлённый датчик света. Главной его особенностью является умение измерять долю белого, красного, зелёного и синего света для дальнейшей настройки картинки на экране.

Барометр

Нет, это не ошибка. Некоторые смартфоны действительно оснащены встроенным барометром для измерения уровня атмосферного давления. Среди первых девайсов с данной особенностью были XOOM и Samsung Galaxy Nexus.
Барометр также используется для измерения высоты над уровнем моря, что увеличивает точность работы GPS-навигатора.

Термометр

Возможно, вы удивитесь, но термометр находится практически в каждом смартфоне. Единственным отличием является лишь то, что последний предназначен для измерения температуры внутри девайса. Впрочем, случались и исключения. Galaxy S4 располагал термометром для измерения температуры за бортом.

Датчик влажности воздуха

В этом, к слову, также преуспел четвёртый представитель линейки Galaxy S. Благодаря этому датчику четвёртая «Галактика» сообщала об уровне комфорта – соотношении температуры и влажности.

Педометр

Несмотря на довольно не очевидное название, задачей педометра является определение количества пройденных пользователем шагов. Да, совсем как в большинстве умных часов и фитнес-браслетов. Одним из первых устройств с настоящим педометром стал Nexus 5.

Сканер отпечатков пальцев

Об этом вы, конечно же, слышали. Благодаря сканеру отпечатков пальцев можно не только сократить время разблокировки смартфона, но и надёжно защитить свои данные. Среди наиболее популярных девайсов с пресловутым сканером – , HTC One Max и Samsung Galaxy S5.

Датчик сердцебиения

Раз уж мы заговорили о нынешнем южнокорейском флагмане, нельзя не упомянуть и датчик сердцебиения, созданные для измерения пульса. Впрочем, многие пользователи в необходимости его внедрения откровенно сомневаются.

Датчик вредного излучения

Поверить довольно непросто, однако в этом мире действительно есть смартфон со встроенным датчиком вредного излучения. Прихвастнуть его наличием может японский Sharp Pantone 5. После запуска специального приложения последний демонстрирует окружающий уровень радиации. Неожиданно, не так ли?

В итоге получилось целых 12 датчиков. Какие из них чаще всего используете вы?