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.
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.
Если удалить из смартфона все датчики, он лишится внушительной части своих функций и превратится в довольно примитивный аппарат. Даже такие привычные пользователям действия, как изменение ориентации экрана при переводе гаджета в горизонтальное положение и автоматическое отключение дисплея при разговоре, не выполнялись бы без датчиков.
Стремясь выиграть конкуренцию на рынке, производители современной мобильной техники оборудуют свои аппараты огромным количеством сенсоров – ведь это повышает функциональность. В статье мы расскажем обо всех известных датчиках смартфонов – в том числе о тех, которые устанавливаются в новейшие модели.
Акселерометр – один из основных датчиков смартфона; его также называют G-сенсором . Функция акселерометра заключается в измерении линейного ускорения смартфона по 3-м осям координат. Данные о перемещениях устройства аккумулируются и обрабатываются специальным контроллером – естественно, происходит это за считанные доли секунды. Размещает крохотный датчик примерно по центру корпуса смартфона. Самостоятельная замена акселерометра при поломке исключена – придётся идти в сервис.
Кто должен поблагодарить разработчиков за акселерометры в смартфонах? Прежде всего, любители гоночных симуляторов, способные управлять виртуальными автомобилями, просто наклоняя аппарат влево-вправо. Именно акселерометр позволяет гаджету менять ориентацию экрана с портретной на ландшафтную, когда пользователь переворачивает устройство.
Впервые акселерометр появился на телефоне Nokia 5500 . Этот датчик вызвал бурный восторг у сторонников активного образа жизни, потому как позволял пользоваться шагомером.
У акселерометра есть один существенный недостаток: он может фиксировать положение только тогда, когда происходит ускорение – то есть когда гаджет перемещается в пространстве. Определить положение аппарата, лежащего на столе, акселерометр не способен. Нивелировать этот недостаток призван датчик-«партнёр» под названием гироскоп . Такой датчик измеряет скорость углового вращения и обеспечивает более высокую точность данных по сравнению с акселерометром. У гироскопа, который прошёл процедуру калибровки, погрешность не будет составлять более 2 градусов.
Гироскоп активно используется в мобильных играх – в сочетании с акселерометром. Кроме того, этот датчик делает возможными оптическую стабилизацию камеры, создание панорамных снимков (гироскоп определяет, на сколько градусов был повёрнут смартфон), жестовое управление.
Первым смартфоном с гироскопом стал iPhone 4 . Сейчас гироскоп – далеко не экзотика; им (как и акселерометром) оснащается большинство современных девайсов.
Датчики приближения и освещения
Наличие датчика приближения (Proximity Sensor) в смартфоне – объективная необходимость. Если б такой сенсор отсутствовал, пользователю приходилось бы терпеть неудобства всякий раз во время разговора по телефону. Достаточно было бы легко коснуться щекой кнопки сброса – и разговор прекращён, нужно вызывать абонента снова. Функция датчика приближения очевидна: он блокирует экран гаджета, как только пользователь подносит устройство к уху . Этот сенсор позволяет владельцу смартфона не только общаться с комфортом, но и экономить заряд аккумулятора.
Датчик приближения «прячется» под фронтальным стеклом мобильного устройства. Состоит он из 2-х элементов: диода и детектора . Диод отправляет инфракрасный импульс (невидимый глазу человека), а детектор пытается поймать его отражение. Если детектору это удаётся, экран «затемняется». Сенсор способен регистрировать всего лишь 2 состояния: «посторонний предмет ближе 5 см » и «посторонний предмет дальше 5 см ».
Потрясающих результатов в экспериментах с датчиком приближения добилась компания Samsung . На основе этого сенсора корейский производитель создал датчик жестов , благодаря которому стало возможным бесконтактное управление смартфоном. Первый датчик жестов появился на Samsung Galaxy S3 – в 2012 году это стало настоящим прорывом.
Датчик освещённости (Light Sensor) не зря рассматривается в паре с датчиком приближения – как правило, эти два сенсора располагаются в непосредственной близости по отношению друг к другу. Датчик света – самый «старый» из всех датчиков, которые используются в мобильной электронике. Также он и самый простой – с конструкционной точки зрения этот сенсор представляет собой полупроводник, чувствительный к потоку фотонов. Функция у датчика освещения не такая ответственная, как у датчика приближения: Light Sensor всего лишь регулирует яркость дисплея в соответствии с окружающими условиями.
В некоторых моделях Samsung (например, Galaxy Note 3 и Galaxy S5) установлены RGB-датчики . Сенсор RGB способен не только менять яркость дисплея, но и корректировать доли красного, зелёного, синего и белого цветов изображения на экране.
Разработчики Samsung Galaxy Note 4 дошли до абсурда: они научили датчик фаблета измерять освещённость в невидимом для человека диапазоне – ультрафиолетовом. Благодаря такой любопытной новации пользователь может, например, выбрать оптимальное время для загара.
Барометр и температурный датчик
Человеку с высокой чувствительностью к резким перепадам атмосферного давления просто необходимо иметь в смартфоне приложение-барометр. В Google Play, например, одна из подобных программ так и называется — «Барометр ».
Датчик-барометр способен не только предупреждать пользователя о приближении циклона – антициклона; это даже не основная его функция. Сенсор увеличивает эффективность и точность работы GPS-навигатора гаджета. Спутники GPS показывают, в какой точке земного шара находится искомое место – но не на какой высоте . Этот недостаток их работы и устраняется барометром. Датчик давления может помочь найти, скажем, офис определённой компании в многоэтажном здании бизнес-центра.
Температурные датчики, в отличие от барометров, присутствуют в большей части смартфонов – однако температуру на улице с их помощью не измеришь. Речь идёт о внутренних термометрах , задача которых – следить за тем, чтобы гаджет не перегревался. В одном смартфоне может быть уйма подобных сенсоров: первый контролирует графический ускоритель, второй – ядра процессора и так далее. Если возникает перегрев, внутренний термометр автоматически прекращает зарядку или снижает выходной ампераж.
Внешние термометры на гаджетах тоже встречаются, но они пока «в диковинку». Первым смартфоном со встроенным термометром стал Samsung Galaxy S4. Датчик оказался необходим для улучшения работы предустановленного приложения S Health.
Увы, у внешних термометров мобильных устройств есть существенный недостаток – невысокая точность. Данные искажаются из-за тепла, исходящего от тела пользователя и внутренностей самого аппарата. Решить эту проблему разработчикам пока не удаётся.
Для нужд приложения S Health на Samsung Galaxy S4 был установлен ещё один любопытный датчик – гигрометр . Этот сенсор измеряет уровень влажности, предоставляя пользователю возможность эффективно управлять микроклиматом в помещении.
Какие датчики позволяют следить за здоровьем?
Человеку, стремящемуся вести здоровый образ жизни, не помешает обзавестись гаджетом, который оснащён следующими датчиками.
Педометр (шагомер)
Функция педометра – считать расстояние, преодолённое пользователем, на основании количества совершённых шагов. Эту функцию способен выполнять и акселерометр, однако точность его измерений оставляет желать лучшего. Шагомер как отдельный датчик впервые появился на смартфоне Nexus 5.
Пульсометр (датчик сердцебиения)
Встроенный пульсометр – одна из инноваций Samsung Galaxy S5. Разработчики Samsung посчитали, что именно датчика пульса не хватает программе S Health для того, чтоб она могла считаться полноценным личным тренером. Среди пользователей пульсометр Samsung пока популярным не стал, потому как достаточно привередлив. Чтобы обеспечить точные данные, сенсору необходим тесный контакт с той частью тела пользователя, где кровеносные сосуды находятся неглубоко – например, с подушечкой пальца. Совершать пробежку, удерживая палец на датчике – удовольствие небольшое.
Датчик оксигенации крови (датчик SpO2)
Этот сенсор определяет степень насыщения крови кислородом. Он присутствует только на 2 смартфонах фирмы Samsung (Galaxy Note 4 и Note Edge) и «заточен» под приложение S Health. На девайсах датчик SpО2 совмещён со вспышкой для камеры и пульсометром. Пользователю достаточно активировать соответствующее приложение и приложить палец к вспышке на 30-40 секунд – после чего он увидит результат замера в процентах на экране гаджета.
Дозиметр
Таким датчиком оснащён выпущенный в Японии смартфон Sharp Pantone 5. Функция дозиметра – измерение радиации. Для японцев эта функция важна, потому как после аварии на АЭС в Фукусиме в 2011 году они вынуждены более внимательно следить за радиационным фоном. На европейском рынке смартфонов с дозиметрами нет.
Сканеры отпечатков пальцев и сетчатки глаза
Пользователи, которые считают, будто первый дактилоскопический датчик появился на iPhone 5S, сильно заблуждаются. Телефоны, способные сканировать отпечатки пальцы, выпускались и раньше. Ещё в 2004 году продавалась «раскладушка » Pantech GI 100, оснащённая подобной технологией. 7 лет спустя Motorola представила модель Atrix 4g c дактилоскопическим датчиком. В обоих случаях пользователи отнеслись к технологии довольно прохладно.
Когда же в 2013 году Apple встроила сканер отпечатков пальцев в кнопку «Home» Айфона 5S, «яблочной» компании рукоплескали как эксперты, так и рядовые потребители. Apple больше повезло с эпохой: в «нулевых» вопрос о безопасности безналичных платежей не стоял так остро.
Сканер отпечатков пальцев избавляет пользователя от необходимости применять цифровые пароли для защиты данных, хранящихся на гаджете. Пароли легко взломать; обмануть дактилоскопический датчик сложнее в разы (хотя тоже возможно).
Сейчас устанавливать в смартфоны сканеры отпечатков пальцев стало модно. Такая технология используется не только многолетними лидерами рынка – Samsung, Apple, HTC – но и перспективными китайскими производителями, вроде Xiaomi и Meizu .
Сканер сетчатки глаза обеспечивает даже более высокую степень безопасности, чем дактилоскопический датчик – фактически это следующий уровень биометрической защиты. Сторонники технологии утверждают, что достать отпечаток пальца – задача выполнимая (ведь человек их повсюду оставляет). Получить же копию сетчатки нельзя никак.
Изображение: iphonefirmware.com
Идея оснастить смартфон сканером сетчатки тоже не нова. Ещё в 2015 году азиатские производители (Vivo , Fujitsu) экспериментировали с этим датчиком, в 2016 году тренд поддержала малоизвестная компания из Поднебесной Homtom . Однако обсуждаемой эта технология стала только после того, как к ней обратилась компания Samsung – в Galaxy Note 7 установили сканер радужной оболочки глаза .
Датчик в Note отличен от тех, которые стоят в смартфонах китайских компаний. Идею Samsung вполне можно назвать революционной потому, что на Note 7 есть камера, которая ответственна только за сканирование глаз . «Китайцы» же считывают информацию с сетчатки селфи-камерой.
Метод, который используется гаджетами из Поднебесной, неэффективен. Дело в том, что глаз необходимо сканировать инфракрасным (ИК) лучом, но на фронтальных камерах ИК-спектр, как правило, фильтруется – ведь из-за него портятся селфи. Выходит, что Samsung – пока единственный производитель смартфонов, который не заставляет пользователей делать выбор между качественными «себяшками» и безопасностью персональных данных.
Заключение
Всякий современный смартфон оснащён минимум 5-ю датчиками. В моделях-флагманах количество сенсоров доходит до «чёртовой дюжины», и производители вовсе не собираются на этом останавливаться. Специалисты IBM прогнозируют, что уже в 2017 году гаджеты получат обоняние, благодаря которому смогут предупреждать пользователя, например, о высокой концентрации чадного газа и о присутствии в воздухе вируса гриппа. С нетерпением ждём инноваций – ведь продолжение следует?
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.