Несмотря на компактные размеры, современный смартфон вмещает мощные элементы, среди которых камера с линзами и автофокусом, процессор,емкостная батарея и всевозможные датчики, позволяющие использовать гаджет больше чем просто «звонилку». Давайте детально разберем, для чего эти датчики и как они работают.
Это один из самых обязательных датчиков. Представляет собой полупроводниковый сенсор, находящийся рядом с разговорным динамиком. Основная его функция — экономия энергии батареи. Он улавливает поток фотонов и регулирует яркость подсветки экрана. Чаще всего работает в тандеме с датчиком приближения.
Это сенсор, который находится рядом с датчиком света и отключает экран. Он посылает сигнал предмету, если он отражается, то датчик реагирует отключением экрана. Например, так происходит, когда подносишь смартфон к уху.
_1.jpg)
Данный сенсор представляет собой эл. механический прибор, фиксирующий все движения смартфона. Его задача переключать экран при наклоне устройства, фиксировать жесты, участвовать в управлении игр, подсчитывать шаги. Он бывает 2-х и 3-х осевым. В последнем случае при покое одна из осей будет показывать 9-10 м/с2. Например, на неподвижный телефон акселерометр не реагирует, поэтому в играх точность снижена. Практически всегда работает в паре с гироскопом.
Эта электромеханическая схема определяет положение смартфона в пространстве, учитывает его неподвижность. Он очень точен, погрешность не более 1-2°. Вместе с акселерометром используется в игровых приложениях, при управлении жестами.
Определяет магнитное поле земли, измеряет положение в 3-х мерном пространстве. Главная функция этого сенсора – наиболее точно определить местоположение при отсутствии GPS-сигнала. Другими словами, это цифровой компас, информирующий, в каком направлении относительно севера перемещается смартфон. С помощью его и специального приложения можно искать проводку в стенах.
Это были наиболее продвинутые датчики, находящиеся даже в бюджетных смартфонах. Более дорогие гаджеты могут иметь дополнительные сенсоры.
Вместе с магнитометром он помогает смартфону быстрее определить свое местонахождение, поймать GPS-сигнал. Прямое назначение – показывать атмосферное давление и высоту над уровнем моря. Чем выше поднимаешься, тем меньше давление. На показания влияет атмосферное давление, поэтому данные могут быть не точными.
Хороший смартфон напичкан цифровыми термометрами. Конструктивно это резисторы с двумя выводами, в зависимости от температуры между выводами меняется сопротивление. Так мы узнаем температуру батареи, процессора и разных контроллеров. Именно он отключает зарядку, чтобы не закипел электролит батареи. Очень редко встречаются датчики окружающей среды. Они себя не зарекомендовали, ведь внутренняя температура в смартфоне и температура от рук искажают данные.
Измеряет влажность воздуха, особо не распространен, последний раз использовался в Galaxy S4. Ориентируясь на его показания можно включить прибор для увлажнения или осушения воздух в помещении.
Это сенсор для измерения сердечного сокращения (пульса). С его помощью корректируют нагрузки в процессе тренировок. Этим датчиком смартфон должен плотно прилегать к кровеносным сосудам. Предустановлен в Galaxy S5, S7 (S7 Edge). Чаще всего применяется в трекерах и смарт-часах.
Данный сенсор завоевывает все больше популярности. Он мгновенно разблокирует девайс без ввода пароля и надежно защищает данные на устройстве. Сегодня даже малоизвестные производители смартфонов стараются оснастить им свои детища. Первым среди смартфонов его получил iPhone 5S.
В 2016 году печально известный Samsung Galaxy Note 7 был оснащен этим датчиком. По скорости он не уступает сканеру отпечатка пальцев. ИК-луч сканирует радужную сетчатку глаза, фиксирует ее и кодирует в алгоритм, с которым в последствие и сравнивается. Примечательно, что он работает даже в темноте, идентифицирует через прозрачные очки и линзы.
Современный смартфон премиум-класса имеет не менее 12 датчиков, среди лидеров iPhone, Samsung Galaxy, HTC. А сколько датчиков на вашем смартфоне?
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
В этом, к слову, также преуспел четвёртый представитель линейки Galaxy S. Благодаря этому датчику четвёртая «Галактика» сообщала об уровне комфорта – соотношении температуры и влажности.
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.
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.
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.
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?
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:
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?
Современные мобильные телефоны оборудованы вспомогательными датчиками, которые нужны для правильной работы устройства. Помимо этого, они увеличивают его многофункциональность. На некоторых моделях установлен датчик Холла в телефоне. Что это такое, зачем он нужен и как работает, описано ниже.
Датчик Холла – это прибор, фиксирующий магнитное поле и его напряженность. В смартфонах используется упрощенный аналог устройства, который определяет только наличие магнитного поля без считывания его напряженности по осям.
Работа прибора основана на эффекте Холла, открытом в 1879 году. Если проводник, по которому течет электрический ток, поместить в постоянное магнитное поле, под его действием электроны отклоняются к одной из граней пластины. В этой части накапливается отрицательный заряд, в то время, когда на противоположной грани собирается положительный заряд. Процесс продолжается до того момента, пока образовавшееся электрическое поле не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. Образованная разность потенциалов на краях пластины фиксируется датчиком Холла.
В смартфонах он представлен микросхемой, которая на выходе создает информационный сигнал в двух состояниях:
Мобильный телефон его считывает и в зависимости от состояния сигнала выполняет то или иное действие.
Важно! Датчик можно устанавливать рядом с микроконтроллерами или логическими элементами – он не влияет на их работу.
Узнать, есть ли датчик Холла в вашем гаджете, можно, прочитав инструкцию к смартфону, в которой это должно быть указано. Или сделайте так, как показано на видео.
Этот прибор имеет широкий спектр возможностей в зависимости от системы, в которой используется. Но в смартфонах раскрыть его потенциал полноценно невозможно по нескольким причинам:
В смартфонах датчик Холла используется в двух случаях:
Магнитные чехлы блокируют/разблокируют экран гаджета при закрытии/открытии защитной крышки. Работу этой функции обеспечивает датчик Холла, встроенный в устройство: он реагирует на приближение/удаление магнита на флипе, в результате чего магнитное поле меняется. Это регистрируется датчиком, который подает смартфону команду на разблокировку/блокировку экрана.
В некоторых чехлах сделано окошко для отображения определенного участка экрана, на котором видны часы, сообщения, пропущенные вызовы и проч. Этот тоже эффект обеспечивается датчиком Холла, который определяет, нужно полностью заблокировать экран или оставить часть активной.
При этом сам магнит, встроенный в флип чехла, не вредит смартфону, что наглядно показано на видео.
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.
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 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.
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.
Если хотите, ваш телефон будет регулировать яркость экрана в соответствии с окружающим освещением.
