Акселерометр в планшете для чего
Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне
Практически в каждом описании характеристик современного смартфона, фитнес-браслета или умных часов можно встретить упоминание датчика под названием «акселерометр». Еще его могут называть «датчик ускорения» или G-сенсор. Что это такое, как работает и зачем нужен в телефоне, часах или браслете, читайте далее.
Акселерометр: что это и зачем нужен?
Простым языком, акселерометр – это прибор, измеряющий ускорение (величину изменения скорости). Название прибора происходит от латинского «accelero», что дословно переводится, как «ускоряю» и греческого «metreō», что в переводе означает «измеряю».
Измерение величины динамического ускорения позволяет определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство с акселерометром. По конструктивному исполнению акселерометры подразделяются на однокомпонентные, двухкомпонентные, трёхкомпонентные (одноосевые, двух осевые и трехосевые). Например, 3-осевой датчик ускорения может определять величину и направление ускорения как векторную величину во всех трех осях.
Часто этот датчик путают с гироскопом, но это совершенно разные датчики, хотя часто они взаимодополняют друг друга для достижения более точных результатов, а иногда даже могут выполнять одни и те же функции. Отличаются же эти датчики принципом работы и эффективностью при выполнении конкретной задачи.
В основном в устройствах акселерометр используется для определения ориентации, ударов, вибрации и ускорения координат. Например, в смартфонах именно акселерометр отвечает за переворот картинки при изменении положения корпуса, а фитнес-браслетах он активирует экран при вращении запястья.
Где применяется акселерометр?
Датчик ускорения применяется в самых различных сферах:
Как работает акселерометр?
Большинство устройств оснащается емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами. Часто акселерометр представляет собой микроэлектромеханическую систему (MEMS), содержащую несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Размер же прибора обычно не превышает габариты спичечной головки.
Механический акселерометр
Объяснить принцип работы акселерометра проще на механическом приборе. Он состоит из пружины, прикрепленной к корпусу, подвижной массы и демпфера. Масса или, проще сказать, грузик, крепится к пружине. С обратной стороны грузик поддерживает демпфер, гасящий вибрации грузика. Во время ускорения корпуса пружина деформируется (растягивается или сжимается) по противоположным осям под воздействием грузика, стремящегося сохранить свое первоначальное положение, то есть отстать или опередить корпус. На величине деформации и основываются вычисления прибора.
Для получения информации о положении предмета в трехмерном пространстве используется три таких прибора, объединенных в один комплекс.
Конечно же, никто не будет «запихивать» в компактный фитнес-браслет или смартфон такую громоздкую конструкцию. Поэтому она заменяется миниатюрным чипом. Хотя чип и более сложный, чем прибор с шариком и пружиной, он имеет те же основные элементы.
У такого чипа имеется корпус, который крепится к часам или смартфону, «гребенчатая» секция с отведенными по сторонам пластинами и ряд фиксированных пластин, снимающих показания. Эта секция может перемещаться вперед и назад, изменяя значение напряженности поля вокруг контактов. Полученные данные передаются на обработку электроникой и программным обеспечением, после чего происходит вычисление физического расположения устройства.
Внутренняя работа акселерометра 
Но самое интересное, как изготавливаются такие акселерометры. При толщине примерно 500 микрон ни один инструмент не сможет его создать. Вместо этого инженеры используют некоторые уникальные химические свойства кремния и силикона с другими веществами. Весь процесс изготовления полностью автоматизирован и выполняется на конвейерных линиях без участия человека.
Также понять как работает акселерометр поможет короткое видео ниже:
Чем отличается акселерометр от гироскопа?
Хотя в некоторых случаях гироскоп и акселерометр и могут выполнять одни и те же функции, это два абсолютно разных датчика, которые часто используются в паре для достижения максимального эффекта. Часто такой дуэт называют 6-осевым датчиком.
Акселерометр не умеет точно измерять угол поворота устройства в пространстве, а может лишь примерно его оценить. На практике это может выражаться в ложных срабатываниях и задумчивости в повороте экрана. И тут на помощь приходит гироскоп. Не вдаваясь в подробности о принципе работы данного прибора, скажем, что он может определять не только угол поворота устройства, но и скорость поворота, что, например, во время игры на смартфоне позволяет реализовать более быстрое и точное управление.
Поэтому в большинстве устройств эти два прибора устанавливаются совместно для достижения наибольшей эффективности.
Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах
В фитнес-браслетах и умных часах акселерометр отвечает за несколько функций. Обнаруживая поднятие или вращение руки, он отдает сигнал для включения экрана. Также именно акселерометр отвечает за подсчет шагов и мониторинг сна. На акселерометре «завязана» и работа функции «Умный будильник», который будит владельца гаджета в фазе быстрого сна.
Акселерометр в телефоне
Первый акселерометр появился в телефоне Nokia 5500. Там он использовался для подсчета пройденных шагов. Такое решение многим понравилось и с тех пор компания Apple стала оснащать таким датчиком все модели своих iPhone. А начиная с iPhone, если не ошибаюсь, четвертого поколения, в дополнение к акселерометру компания стала оснащать свои смартфоны гироскопом. После этого наличие этой пары датчиков стало стандартом для большинства производителей мобильных устройств.
Акселерометр в телефоне отвечает не только за поворот экрана при наклоне корпуса. Он так же как и в случае с фитнес-браслетом позволяет вести учет пройденного расстояния. Еще акселерометру нашли применение в системных жестах. Например, отключение звука телефона встряхиванием или переворотом смартфона вниз экраном.
Как откалибровать акселерометр?
В некоторых случаях может потребоваться настройка или калибровка акселерометра. Например, если телефон не реагирует на поворот корпуса или не точно считаются шаги. Для смартфонов под управлением операционной системы ANDROID для этих целей есть несколько сторонних приложений, например GPS Status & Toolbox. Для iPhone таких приложений нет, поэтому в случае сбоев придется ограничиться перезагрузкой устройства. Обычно это помогает.
Некоторые производители фитнес-браслетов и смарт-часов также позволяют откалибровать акселерометр. Точнее, не откалибровать, а «обучить» с помощью «Меток поведения», то есть помогая датчику более точно понимать, какое именно действие владелец гаджета выполняет в тот или иной момент. Такая возможность есть у владельцев популярной линейки Xiaomi Mi Band и ряда других моделей.
Сергей Васильев
Интересуюсь всем, что касается умных часов, фитнес-браслетов и другой носимой электроники. С удовольствием поделюсь последними событиями в мире гаджетов, постараюсь помочь подобрать оптимальную модель и разобраться с основными настройками.
Датчики современных смартфонов
Владимир Нимин
Продолжаем разбираться в устройстве смартфона. В прошлый раз смотрели экраны, а сегодня поговорим про датчики.
Акселерометр, также называют G-сенсор. Официальное определение гласит, что это устройство, измеряющее проекцию кажущегося ускорения. А если простым языком, то акселерометр помогает смартфону определить положение в пространстве, а также расстояние перемещения. Основные функции акселерометра:
Акселерометр – это громоздкое устройство, внутри которого находится инертная масса, реагирующая на все перемещения. Такой вариант для смартфона не подходил, поэтому придумали чип, имеющий кристаллическую структуру, пьезоэлектрический элемент и сенсор ёмкостного сопротивления. Когда смартфон перемещается/вращается, то пьезоэлектрический элемент выдаёт разряды, а сенсор их интерпретирует, таким образом определяя положение и скорость.
Акселерометр – базовый датчик, который есть в любом, даже самом дешевом, смартфоне. Хотя это на удивление технически сложный продукт. В смартфонах акселерометр понимает движения по 3 осям. Третья нужна для 3D позиционирования. К слову, акселерометр есть и во всех современных автомобилях, но там он обычно двухосевой (ибо автомобиль не крутится в воздухе).
Не все акселерометры одинаковые. Их делают из разных материалов. Соответственно, некоторые более чувствительные, некоторые менее.
Гироскоп – это один самых классных датчиков, о полезности которого для смартфонов долгое время никто не подозревал, пока на сцену не вышел Стив Джобс и не объяснил, как оно должно быть. Посмотрите презентацию этой шикарной функции, и как зал взорвался от восторга.
Не следует путать гироскоп и акселерометр. Эти датчики частично дублируют и дополняют друг друга. Гироскоп также служит для отслеживания положения устройства в пространстве, но он делает это путем определения собственного угла наклона относительно земной поверхности. Это очень важно, так как это означает, что в условиях нулевой гравитации, вы не сможете поиграть в Asphalt 9, используя в качестве управления наклоны устройства. Будьте внимательны!
Гироскоп (в отличие от акселерометра) не может измерять проделанное расстояние, зато гораздо точнее определяет положение в пространстве. Для понимания посмотрите, пожалуйста, видео со Стивом Джобсом выше. Начиная с времени 1:10 Джобс показывает, как определяет положение объекта в пространстве акселерометр и как гироскоп.
Обычно в современных смартфонах оба датчика работают в тандеме. Гироскоп важен для игр, дополненной реальности, а также ряда других приложений. Нередко в дешевых смартфонах производитель предпочитает экономить на гироскопе.
Датчик приближения (proximity sensor). Как видно из названия, это датчик, который помогает определить наличие перед ним объекта. Самый простой пример – это отключение экрана, когда смартфон подносят к уху. Также датчик приближения исключает фантомные включения экрана, когда смартфон находится в сумке или кармане. Такой датчик может сам или в комбинации с фронтальной камерой отслеживать движения рукой над экраном для выполнения каких-либо функций. Например, пролистывание странички в браузере и тому подобное. Существует множество технологий датчика приближения. Он может работать по типу радара, сонара, эффекта Доплера, есть инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент.
Базовый датчик приближения, отключающий экран при поднесении к уху, есть, кажется, уже во всех смартфонах. Но продвинутость датчика можно оценить по наличию дополнительных функций.
Датчик освещения – здесь всё просто и понятно. Такой датчик помогает автоматически выставить яркость экрана. Датчик освещения уже считается базовым датчиком, но в дешевых смартфонах на нем могут сэкономить. И тогда придется каждый раз выставлять яркость вручную.
Современный датчик освещения обычно работает в комбинации с ИИ смартфона. Например, если датчик выставил определенную яркость, а вы его вручную поправили, то смартфон возьмёт на заметку и в следующий раз самостоятельно сделает экран поярче. Соответственно, всегда давайте датчику освещения освоится и подстроиться под ваши привычки прежде, чем осуждать его работу.
Датчик Холла – один из самых таинственных датчиков в смартфоне, ибо мало кто знает, зачем он нужен. Датчик, основанный на, так называемом, эффекте Холла, фиксирует магнитное поле и измеряет его напряженность. Говоря языком физики: электроны в проводнике всегда перпендекулярны (угол 90 градусов) направлению магнитного поля. Плотность электронов на разных сторонах проводника будет отличаться, возникает разность потенциалов, которую и фиксирует датчик Холла.
Но в смартфонах используется упрощенный датчик Холла, фиксирующий только наличие магнитного поля.
Обычно датчик Холла нужен для дополнительных аксессуаров. Например, именно он включает экран iPad, когда пользователь снимает магнитный чехол. Кстати, в этой функции датчик приближения вполне может подменить датчик Холла.
Также датчик Холла работает в паре с компасом, делая работу последнего более точной.
Компас (магнитомер) – это очень важный датчик, даже если вы не занимаетесь спортивным ориентированием. Именно компас отвечает за то, что на Google Maps пользователь видит не просто точку, а стрелочку, указывающую в какую-сторону вы смотрите.
Когда компас откалиброван, то отображение направления узкое. Чтобы откалибровать компас, откройте карты Google и крутите смартфон «восьмеркой»:
Барометр – обычно наличием подобного датчика могут похвастаться только флагманы. Барометр ассистирует GPS и помогает определить высоту. Наличие такого датчика полезно, так как на Google Maps уже появляются схемы зданий, и барометр определит на каком этаже вы находитесь. Также барометр используется в приложениях, определяющих физическую активность. Суть такая же: определить, сколько этажей вы прошли.
Датчик влажности – когда-то такой датчик был в Samsung Galaxy Note 4, а потом Samsung от него отказались. Роль очевидная. Датчик определяет уровень влажности.
Датчик сердцебиения/датчик кислорода в крови – ещё один фирменный датчик от Samsung, но он есть и во многих фитнес-браслетах. Работает совместно с LED-вспышкой. Прикладываете палец, LED светит вам свозь палец, а датчик измеряет, как отражаются световые волны. Волны отражаются по-разному в зависимости от пульса: кровеносные сосуды, то сужаются, то расширяются. По этому же принципу работает и функция определения кислорода в крови.
GPS – глобальная система позиционирования. По сути, это даже не датчик, а наличие у смартфона возможности коммуницировать со спутниками благодаря или отдельному, или мульти-чипу, поддерживающему сразу несколько систем. Сейчас у каждой развитой страны, есть своя система спутников. ГЛОНАСС в России, Galileo в Европе, BDS (или BeiDou) в Китае, QZSS (или Quasi-Zenith Satellite System) в Японии. Можно скачать программу GPS Test, которая покажет, какие спутники видит ваш смартфон. Например, на скриншоте ниже отображаются флаги GPS, ГЛОНАСС и Galileo.
GPS прекрасная технология, но медленная (пока там все спутники найдешь и опросишь) и потребляющая много энергии и хорошо работающая на открытой местности, поэтому была придумана ещё A-GPS (Assisted GPS). Принцип основан на том, что пока GPS ищет спутники, смартфон успевает опросить сотовые вышки, Wi-Fi сети, Bluetooth устройства на предмет местонахождения. Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта, а также снижается расход энергии.
Двухдиапазонный GPS. Поддержка этой опции появилась в устройствах начbfz с Android 7 и старше. iPhone так не умеет.
Обычно спутники посылают два сигнала: грубый и точный. Если говорить про GPS, то это каналы L1 и L5, а у Галилео это E1 и Е5. L1 – это грубый канал. В городе любой сигнал достигает до спутника не только напрямую, но и отражаясь от сторонних объектов (например, зданий), то есть к спутнику прилетает сразу несколько сигналов. Соответственно, и возвращается он также не один, и образуется примерная область нахождения, где все вернувшиеся сигналы пересекаются. Ещё есть точный канал L5. Этот канал гораздо меньше подвержен искажением, так как работает по принципу: Первый достигший спутника сигнал и есть верный (ведь он идет по самому короткому пути, а не через отражения), а остальные можно игнорировать.
Раньше L5 принадлежал только военным и спец объектам, но теперь спутников в небе стало много, и L5-спутников хватит на всех, поэтому было решено поделиться.
Вместо заключения
Счётчик Гейгера – самый неожиданный датчик, правда? Это японская тема. И насколько есть информация в интернете, такой датчик был только в телефоне Sharp Pantone 5, который вышел после аварии на атомной станции Фукусима-1.
Современный смартфон должен иметь на борту: акселерометр, гироскоп, датчик приближения и освещения. Также обязательно наличие компаса. Если без гироскопа можно обойтись, то точка на карте без направления раздражает. A-GPS уже есть во всех смартфонах. Отлично если GPS будет работать в двух диапазонах. Шикарно, если будет барометр.
Датчики в планшетах: изучаем и тестируем
П еред покупкой планшета мы определяемся с диагональю дисплея, обращаем внимание на начинку, чувствительность сенсорного экрана, а также на надежность и практичность корпуса. Скорее всего, о наличии датчиков мы в этот момент и не задумываемся. Совершенно напрасно, ведь они также важны, поскольку эргономичность работы с планшетом зависит и от них. Независимо от операционной системы (Android, Windows 8, iOS) эти датчики работают с соответствующими программами.
Сенсоры можно условно разделить на три следующие категории: датчики движения, датчики положения и датчики окружающих условий. К первому типу относятся акселерометр и гироскоп, ко второму – магнитометр, GPS и датчик приближения, наконец, к третьему – датчик освещенности. Разберемся в назначении каждого более подробно.
Датчики движения
Акселерометр (Accelerometer)
Термин «акселерометр» произошел от двух слов: латинского accelero – «ускоряю» и греческого metréō — «измеряю». Его еще называют G-сенсором. Наличие этого инерционного датчика в планшете очень важно, так как он позволяет измерить ускорение одновременно в нескольких плоскостях (вдоль осей X, Y, Z). В итоге это поможет определить положение устройства в пространстве, определяя угол его наклона относительно поверхности Земли.
Что дает акселерометр на планшетном ПК? В первую очередь гаджет будет реагировать на поворачивание, попросту говоря, альбомная ориентация будет меняться на книжную и наоборот.
Сейчас акселерометр используется в большинстве современных мобильных устройств. Несомненно, он является полезным датчиком, но в то же время и не жизненно необходимым.
Гироскоп (Gyroscope)
Альтернативой акселерометра является гироскоп. Он также является инерционным датчиком, попросту гиродатчиком. Его название произошло от двух древнегреческих слов: γῦρος – «круг» и σκοπέω – «смотрю». Гироскоп – это устройство, которое способно реагировать на изменение углов поворота вокруг трех осей координат X, Y, Z, при этом отслеживание перемещения происходит относительно трех плоскостей одновременно. Иными словами, гироскоп является очень точным акселерометром, определяющим все движения.
Безусловно, этот датчик используется в смартфонах, игровых приставках, а также планшетных ПК. Гироскоп позволяет определить ориентацию устройства в пространстве и связывает эти данные с виртуальным миром. Так, в 3D-играх пользователь, вращая, поднимая или опуская планшет, может управлять игрой. Как уже упоминалось, гироскоп отлично дополняет G-сенсор и, работая вместе с ним, определяет с более высокой точностью положение планшета в пространстве. Впрочем, если в гаджете отсутствует гиродатчик, то не получится существенно улучшить интерактивное управление в игре и процесс не будет более реалистичным.
В гонке Real Racing3 также не обойтись без гироскопа. В этой игре вы можете участвовать в чемпионате, соревнуясь с другими участниками. Управление виртуальным автомобилем (наклоны, повороты) захватит вас с первых секунд.
Датчики движения реагируют буквально на любое изменение положения планшета: передвижение, встряхивание, поворот и т.д., поэтому они очень полезны и устройства без них во многом проигрывают.
Датчики положения
Барометр (Barometer)
Наравне с акселерометром, гироскопом и некоторыми другими сенсорами в планшете может встретиться и барометр. Это название возникло от древнегреческих слов βάρος — «тяжесть» и μετρέω — «измеряю». Несомненно, если барометр находится в планшете, то речь здесь идет не о механическом или ртутном устройстве, а об электронном. Этот датчик пригоден для измерения атмосферного давления. Что это дает? Обладая информацией о давлении воздуха, можно спрогнозировать погоду.
Для устройств с таким датчиком предусмотрен ряд приложений. Одним из них является Barometer Pro. Эта программа является, по сути, виджетом рабочего стола, она не только профессионально измеряет атмосферное давление, но и показывает замеры на графике по дням и по часам.
В частности, для планшета Google Nexus 7 подходит сторонняя программа SyPressure (барометр+альтиметр). Изначально при измерении давления мы видим данные в гектопаскалях, но если кликнуть по цифрам, вы получите данные в других единицах измерения. Например, нам привычней воспринимать информацию о давлении в миллиметрах ртутного столба. На скриншотах можно увидеть и те, и другие данные.
Конечно, наличие такого датчика в планшете как барометр, совсем не обязательно, но с ним более интересно и полезно.
GPS (Global Positioning System)
Определить местоположение объекта можно по вышкам сотовой связи, по Wi-Fi и с помощью GPS. Например, приемник GPS полезен тем, что его можно использовать не только для навигации или чтобы определить координаты местности. Так, можно сфотографироваться на отдыхе и, выложив в социальной сети снимок, указать его GPS-координаты (геотеги). Также, зная, где вы находитесь в данный момент, программа поможет просмотреть прогноз погоды данной местности.
Функциональность GPS можно использовать в различных приложениях, таких как My Tracks, TraceMyTrack и подобных им. С помощью этих программ запоминается пройденный пользователем маршрут. Вдобавок учитывается скорость движения, определяется расстояние и потраченное время. Причем после этого схему вашего передвижения можно загрузить и просмотреть на картах. Это особенно полезно для тех, кто бегает по утрам или старается фиксировать уровень своей физической активности.
Зафиксированный в My Tracks и TraceMyTrack маршрут, выданный график скорости и другие данные можно увидеть на сделанных скриншотах.
Магнитометр (Magnetometer)
Для наглядности вы можете увидеть на фотографиях, как реагирует датчик на приближение к штангенциркулю. Результат очевиден – чем ближе металлический предмет к планшету, тем выше показатели и наоборот.
Также магнитному датчику можно найти и другое применение, например, использовать в качестве компаса, чтобы определять стороны света. Чтобы с легкостью ориентироваться на местности, можно запустить сторонние приложения, например, Compass.
Датчик приближения (Proximity Sensor)
Данный сенсор обнаруживает находящийся рядом объект, а точнее фиксирует его приближение, например, к планшету или смартфону без физического контакта. На практике это действует так: во время разговора вы подносите устройство к уху, и в это время отключается подсветка, а сам дисплей блокируется во избежание случайных касаний, например, срабатывания каких-то иконок, функций. Также датчик приближения удобен, когда для планшета используется защитный чехол. При его закрытии планшет попросту засыпает.
Датчики окружающих условий
Датчик освещенности (Light sensor)
Этот сенсор автоматически регулирует яркость экрана, устанавливая наиболее подходящее значение в зависимости от условий освещения вокруг. Если гаджет находится в темном помещении, то яркость дисплея уменьшается, чтобы лишний раз не раздражать глаза. В результате чего можно не только повысить комфорт при работе, но и увеличить время работы от батареи. В то же время при использовании устройства в солнечную погоду, яркость будет выше, для того чтобы информация с экрана была хорошо читаема.
Другие
Датчик отпечатка пальца
Этот сенсор не входит ни в одну категорию, тем не менее, он есть и его можно встретить на бизнес-устройствах. Конечно, планшетов с биометрическим датчиком пока совсем немного, но если он есть в гаджете, то пользователь может спокойно хранить данные, не переживая, что конфиденциальная информация будет украдена конкурентами. Для того чтобы отпечаток пальца стал своеобразным паролем для входа, необходимо системе его точно распознать. Поэтому в первую очередь владельцу устройства нужно провести пальцем в зоне биометрического сенсора, чтобы уникальный узор на поверхности пальца был считан и записан, а впоследствии мог быть сравнен с образцом. Только в этом случае система покажет, совпадает отпечаток с шаблоном или нет, и даст «зеленый свет» зарегистрированному пользователю.
Заключение
В современных планшетах сейчас можно найти большой набор сенсоров, ставший уже стандартным. В него входят акселерометр, гироскоп, а также датчик освещенности. Несколько реже используются сенсор магнитного поля, датчик приближения и даже барометр. Одни незаменимы для игр, другие для комфортной работы. Но все они без исключения полезны. Никто не говорит, что в планшете должны быть все вышеперечисленные датчики, но с ними, поверьте, ваш гаджет станет более функциональным.