Сейчас все смартфоны оснащены как минимум одним датчиком, а чаще всего несколькими. Самыми распространенными стали датчики приближения, освещения и движения. Большинство смартфонов оснащены акселерометром, реагирующим на перемещение устройства в двух или максимум в трех плоскостях. Для полноценного взаимодействия с гарнитурой виртуальной реальности нужен гироскоп, который определяет движения в любом направлении.
Гироскоп в смартфоне – это микроэлектромеханический преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Другими словами этот датчик рассчитывает изменение угла наклона относительно оси при повороте устройства.
Гироскоп относится к микроэлектромеханическим системам (МЭМС), которые совмещают в себе механическую и электронную часть. Подобные чипы имеют размеры порядка пары миллиметров или меньше.
Обычный гироскоп состоит из инерционного предмета, который быстро вращается вокруг своей оси. Тем самым он сохраняет свое направление, а смещение контролируемого объекта измеряется по изменению положения подвесов. В смартфоны такой волчок явно не поместиться, вместо него используется МЭМС.
Преобразование механического движения в электрический сигнал
В самом простом одноосевом гироскопе есть две подвижные массы, двигающиеся в противоположных направлениях (на картинке изображены синим цветом). Как только прикладывается внешняя угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, которая направлена перпендикулярно их движению (отмечена оранжевым цветом).
Под действием силы Кориолиса происходит смещение масс на величину пропорциональную прикладываемой скорости. Изменение положения масс меняет расстояние между подвижными электродами (роторами) и неподвижными (статорами), что приводит к изменению емкости конденсатора и соответственно напряжения на его обкладках, а это уже электрический сигнал. Вот такие множественные сигналы и распознаются гироскопом MEMS, определяя направление и скорость движения.
Вычисление ориентации смартфона
Микроконтроллер получает сведения о напряжении и преобразует их в угловую скорость в данный момент. Величину угловой скорости можно определять с заданной точностью, например до 0,001 градусов в секунду. Чтобы определить насколько градусов вокруг оси повернули устройство, необходимо мгновенную скорость умножить на время между двумя показаниями датчика. Если использовать трехосевой гироскоп, то получим данные о поворотах относительно всех трех осей, то есть таким образом определить ориентацию смартфона в пространстве.
Здесь стоит отметить, что для получения значений углов, необходимо интегрировать первоначальные уравнения, в которые входят угловые скорости. При каждом интегрировании увеличивается погрешность. Если вычислять положение только при помощи гироскопа, то со временем рассчитываемые значения станут некорректными.
Поэтому в смартфонах для точного определения ориентации в пространстве необходимы данные еще и акселерометра. Этот датчик измеряет линейное ускорение, но не реагирует на повороты. Оба датчика способны полностью описать все виды движения. Основное преимущество гироскопа над акселерометром в том, что он реагирует на движение в любом направлении.
Зачем нужен гироскоп в смартфоне
Повышенное внимание этому датчику оказывается последние пару лет, когда активно начали развиваться игры и приложения виртуальной реальности. Для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью программе необходимо точно определить положение человека в пространстве. Сейчас даже в самых бюджетных смартфонах установлен акселерометр, но его показания сопровождаются шумами, и датчик не реагирует на повороты и движения в горизонтальной плоскости. Следовательно, для полного погружения в виртуальную реальность в смартфоне обязательно должен быть гироскоп и акселерометр.
Как узнать есть ли в смартфоне гироскоп
Обычно в характеристиках смартфона указано, какие в нем есть датчики. Если же вы сомневаетесь в правдивости информации, то помогут специальные программы. Например, Sensor Box for Android показывает информацию о всех встроенных датчиках. Гироскоп в нем обозначен как Gyroscope. Есть и другие способы, которые мы
Гироскопы в телефонах применяются на протяжении последних пяти лет. Сегодня без них не обходится ни одно устройство. Но до сих пор многие не знают, что это такое.
Если при создании телефона первоначальная задумка заключалась в возможности вести общение на расстоянии, ввиду развития современных технологий это полноценное многофункциональное устройство.
Поскольку на мировом рынке всегда удерживается большая конкуренция между брендами, компании стремятся показать своей целевой аудитории новые решения, выгодно отличающиеся от остальных производителей. Именно конкуренция стала причиной появления в смартфонах гироскопа.
Именно благодаря ему устройства стали более функциональными, завоевали хорошие отзывы от владельцев. Если совсем недавно гироскопы считались диковинным элементом девайса, сегодня целевую аудиторию сложно удивить их наличием. И несмотря на то, что некоторые считают гироскоп полезным элементом системы телефона, остальные предпочитают отключать его.
Что это такое?
Гироскопом является специальный чип (в смартфоне), который анализирует положение объекта в пространстве и определяет углы его размещения. Самым простым примером стандартного гироскопа является юла – игра, разработанная специально для детей. Впервые гироскоп был представлен общественности немецким астрономом и математиком И. Боненбергером.
В некоторых научных трудах также присутствует информация о том, что на самом деле устройство изобрели на три года раньше. Гиродатчики активно применяются в большом количестве сфер наук и техники, включая авиацию, судоходство, космонавтику. Их устанавливают в бытовой технике, и, естественно, современных смартфонах.
Гироскоп и акселерометр – принципиально разные вещи
В обществе почему-то сформировалась мысль о том, что акселерометр и гироскоп являются идентичными устройствами, которые, соответственно, предназначены для выполнения аналогичных функций. На самом деле, это далеко не так. монтируется в смартфон для того, чтобы отслеживать его поворот в пространстве. Гиродатчики отвечают за куда больший перечень задач:
- перемещение устройства в пространстве;
- определение стороны света;
- скорость перемещения в пространстве;
- другие функции.
В общей сложности, функционал очень сильно похож, поэтому гиродатчик сам по себе является значительно модернизированным акселерометром, выпускаемым в виде отдельного устройства. Если акселерометр регистрирует поворот дисплея, гироскопы дают возможность определить передвижение в трех плоскостях. Некоторые приложения активно используют интегрированный микрочип для решения внутренних задач.
Основные функции гироскопа в современных смартфонах
Благодаря использованию гиродатчиков в смартфонах производители позволили воспользоваться рядом новых возможностей. Вне зависимости от того, в каком именно аппарате установлен микрочип, владелец непременно отметит функционал.
Например, раньше для того, чтобы ответить на важный звонок, необходимо было нажимать на кнопку или коснуться экрана. Теперь, всего лишь встряхнув телефон, вы можете начать разговор. Кроме того, гироскоп дает возможность смотреть фотографии, интересные изображения, перевернуть страницу в электронной книге. В аудиоплеерах перед вами появляется возможность выбрать другую песню, не касаясь при этом никаких кнопок.
Гиродатчики невероятно удобны в калькуляторах. При портретном использовании появляется возможность справиться с минимальным количеством функций – умножить, поделить, вычесть или сложить.
Если владелец перевернет телефон на 90 градусов, получит ряд дополнительных возможностей. По сути, перед ним появится настоящий инженерный калькулятор. И что самое главное – не нужно каждый раз тратить время на поиск и выбор нужной функции в меню настроек – система самостоятельно определяет, когда необходимо переключиться на инженерную версию, а когда – вернуться обратно на обычную.
Может показаться, что гироскоп отвечает только за выполнение обычных функций. На самом деле, это далеко не так. Разработчики программного обеспечения также обратили внимание на возможности гиродатчиков.
Некоторые операционные системы предусматривают возможность повторного поиска устройств, . Микрочипы дают пользователю возможность пользоваться специфическими программами, посредством которых определяется уровень и угол наклона объекта. Поэтому если вы увидите строителя, который измеряет угол размещения тех или иных предметов дома с помощью айфона, не стоит удивляться.
Гироскопы очень удобны, если владельцу смартфона необходимо определить местность, в которой находится человек. Вам может показаться, что за такую функцию отвечает только GPS-датчик, но на самом деле, это не так.
Сейчас самостоятельно подсчитывает текущие координаты местонахождения, а гироскоп определяет направление, в которую повернут человек в режиме реального времени. К примеру, если вы находитесь на открытой местности, где нет дорог, но вам надо добраться до ближайшего населенного пункта, достаточно повернуться лицом к нему – и на экране вы сможете увидеть, куда сможете прийти, если постоянно шагать прямо. Наоборот, отвернувшись спиной к требуемому населенному пункту, вы заметите и это.
Наличие подобных помощников делает ориентирование на незнакомой местности куда более простым. Таким образом, гиродатчик является незаменимым элементом смартфона, используемого людьми, которым нравятся активные виды отдыха.
Естественно, дело не обходится без минусов. Некоторые владельцы телефонов, где присутствует гироскоп, предпочитают отключать его. Так, например, некоторые приложения могут медленно реагировать на изменения в текущем положении в пространстве. Кроме того, если вы лежа читаете книгу, перевернувшись на бок, гиродатчик сразу же укажет программе на необходимость изменения ориентации страницы. Как результат, вы можете столкнуться с рядом неудобств.
Однажды я наблюдал разговор двух друзей, точнее подруг:
А: О, знаешь, у меня новый смартфон, в нем есть даже встроенный гироскоп
Б: Аа, да, я тоже скачала себе, поставила гироскоп на месяц
А: Эмм, ты точно уверена, что это гироскоп?
Б: Да, гироскоп для всех знаков зодиака.
Чтобы таких диалогов в мире стало чуть меньше, предлагаем узнать, что такое гироскоп и как он работает.
Гироскоп: история, определение
Гироскоп – прибор, имеющий свободную ось вращения и способный реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором он установлен. При вращении гироскоп сохраняет свое положение неизменным.
Само слово происходит от греческих gyreuо – вращаться и skopeo – смотреть, наблюдать. Впервые термин гироскоп был введен Жаном Фуко в 1852 году, но изобрели прибор раньше. Это сделал немецкий астроном Иоганн Боненбергер в 1817 году.
Представляют собой вращающиеся с высокой частотой твердые тела. Ось вращения гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Свойствами гироскопа обладают вращающиеся артиллерийские снаряды, винты самолетов, роторы турбин.
Простейший пример гироскопа – волчок или хорошо всем известная детская игрушка юла. Тело, вращающееся вокруг определенной оси, которая сохраняет положение в пространстве, если на гироскоп не действуют какие-то внешние силы и моменты этих сил. При этом гироскоп обладает устойчивостью и способен противостоять воздействию внешней силы, что во многом определяется его скоростью вращения.
Например, если мы быстро раскрутим юлу, а потом толкнем ее, она не упадет, а продолжит вращение. А когда скорость волчка упадет до определенного значения, начнется прецессия – явление, когда ось вращения описывает конус, а момент импульса волчка меняет направление в пространстве.
Виды гироскопов
Существует множество видов гироскопов: двух и трехстепенные (разделение по степеням свободы или возможным осям вращения), механические , лазерные и оптические гироскопы (разделение по принципу действия).
Рассмотрим самый распространенный пример - механический роторный гироскоп . По сути это волчок, вращающийся вокруг вертикальной оси, которая поворачивается вокруг горизонтальной оси и в свою очередь закреплена в еще одной раме, поворачивающейся уже вокруг третьей оси. Как бы мы не поворачивали волчок, он всегда будет находится именно в вертикальном положении.
Применение гироскопов
Благодаря своим свойствам гироскопы находят очень широкое применение. Они используются в системах стабилизации космических аппаратов, в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах и игровых приставках, а также в качестве тренажеров.
Интересует, как такой прибор может поместиться в современный мобильный телефон и зачем он там нужен? Дело в том, что гироскоп помогает определить положение устройства в пространстве и узнать угол отклонения. Конечно, в телефоне нет непосредственно вращающегося волчка, гироскоп представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС), содержащую микроэлектронные и микромеханические компоненты.
Как это работает на практике? Представим, что вы играете в любимую игру. Например, гонки. Чтобы повернуть руль виртуального автомобиля не нужно нажимать никаких кнопок, достаточно лишь изменить положение своего гаджета в руках.
Как видим, гироскопы – удивительные приборы, обладающие полезными свойствами. Если вам понадобится решить задачу на расчет движения гироскопа в поле внешних сил, обращайтесь к специалистам студенческого сервиса , которые помогут вам справится с ней быстро и качественно!
Последнее время (года так с 2015) все больше пользователей заинтересовалось: а есть ли гироскоп в смартфоне, которым они постоянно пользуются? Особенно сильно на это повлияла недавно вышедшая игра Pokemon Go, требующая наличия этого датчика. Без него «Покемоны» не могут работать в режиме дополненной реальности, показывая зверушку в естественной среде обитания.
Не только игры требуют наличие гироскопа. Как и цифровой компас, он позволяет улучшить работу навигационной системы, позволяет реализовать некоторые жестовые элементы управления и т.д. Часто гироскоп совмещен с акселерометром смартфона, и в этом тандеме смартфон можно использовать при просмотре виртуальной реальности в очках. Но иногда может применяться только один из датчиков. Узнать, как работает и зачем нужен гироскоп, выяснить, есть ли он в вашем смартфоне, поможет статья.
Что такое гороскоп?
Гироскоп – это специальный датчик в смартфоне, работающий за счет определения вектора силы тяжести. Он позволяет определить, в какую сторону она направлена, чтобы определить положение устройства в пространстве. Классический гироскоп представляет собой подставку с обручем, в котором на шарнире закреплен обруч меньшего размера. Внутри него находится еще один обруч, а в центре обруча располагается вращающийся диск-ротор на шпильке.
Как Стив Джобс продвигал гироскоп и акселерометр в смартфоне
Под действием силы тяжести диск всегда находится в одном положении, вне зависимости от того, в какую сторону наклонен гироскоп. Эта особенность позволяет регистрировать отклонения подвеса гироскопа для определения положения в пространстве. Однако классический гироскоп в карданном подвесе неприменим в миниатюрной электронике. В смартфонах устанавливаются более миниатюрные MEMS (микроэлектромеханические системы) с детектирующим кольцом. Размеры их корпуса составляют от 5 до 10 мм в ширину и длину, 2-5 мм в высоту, что приемлемо для смартфона.
Зачем гироскоп в смартфоне?
Наиболее востребованной функцией, возложенной на гироскоп смартфона (это было больше 5 лет назад) стало определение положения для автоматического поворота изображения на экране. Затем датчик стали использовать в навигационных программах, играх, приложениях, выполняющих работу строительного уровня. Его данные могут использоваться для жестового управления. Например, при перевороте устройства экраном вниз – включается беззвучный режим или блокируется экран.
Возможности применения гироскопа достаточно широки и ограничиваются лишь фантазией разработчиков программ. Совместно с акселерометром, датчик используется в большинстве современных 3D-игр. Вы можете совместно с VR-гарнитурой для смартфона играть и просматривать 360-градусный контент. Функции обоих сенсоров похожи, они взаимозаменяемы на 90 %. Однако часто производители отказываются от одного из датчиков, и в этом случае поиграть в очках не получится, отзывчивость будет на низком уровне.
Как узнать, есть ли в смартфоне гироскоп?
Определить есть ли гироскоп в смартфоне, проще всего владельцам техники Apple. Если у вас iPhone 4 или новее – датчик точно присутствует на плате. Владельцы устройств на базе ОС Android могут воспользоваться приложениями, отображающими полные технические характеристики смартфона.
В Aida64 просмотреть, какие сенсоры есть на борту, можно во вкладке «Датчики». Такая же функциональность есть в популярном бенчмарке AnTuTu. Детально просмотреть показания гироскопа и узнать, правильно ли он работает, можно в приложении Sensor Sense. В приложении Sensor Kinetics можно найти данные о любых датчиках смартфона и проверить их работоспособность.