Датчики в смартфонах: какие бывают? Сенсорные датчики в Android: какие они бывают и как с ними работать
Современный смартфон – это сложное высокотехнологичное вычислительное устройство, которое мощнее тысяч бортовых компьютеров, полвека назад запускавших «Аполлоны» на Луну. Датчиков на борту флагманских мобильников тоже установлено едва не больше, чем на борту этого самого «Аполлона». Каждый из них незаметно, но добросовестно выполняет свою работу. Чем же занимаются все эти датчики смартфона, и как они устроены – подробнее читайте далее.
Сенсор освещения в смартфоне расположен на передней панели, обычно возле разговорного динамика (бывают исключения). Конструкционно он представляет полупроводниковый сенсор, чувствительный к потоку фотонов. В зависимости от его интенсивности, сенсор осуществляет управление подсветкой дисплея, с целью более эффективно расходовать заряд аккумулятора. Также он может выполнять вспомогательную функцию для других задач, работая с датчиком приближения.
Датчик приближения
Это – оптический или ультразвуковой сенсор, определяющий, нет ли предметов перед экраном. Он посылает очень слабый световой или звуковой импульс, а если тот отразился – регистрирует отраженный сигнал. За счет этого осуществляется автоматическая блокировка экрана в режиме разговора или при перевороте смартфона дисплеем вниз. Традиционно сенсор приближения откалиброван таким образом, что регистрирует лишь 2 состояния: «посторонний предмет ближе N (обычно 5) сантиметров» и «посторонний предмет дальше N см».
Акселерометр
Этот сенсор смартфона расположен на плате и представляет собой миниатюрный электромеханический прибор, регистрирующий малейшие движения. В обязанности этого датчика входит переключение ориентации экрана смартфона при наклоне, управление в играх, регистрация особых жестов управления (вроде потряхивания или постукивания по корпусу), а также замер шагов (путем подсчета ритмических колебаний в процессе ходьбы).
Обычный двухосевой акселерометр в смартфоне
Бывают двухосевые и трехосевые акселерометры. Особенностью акселерометра является то, что в состоянии покоя - одна из осей всегда будет показывать значение в районе 9-10 м/с 2 (в трехосевом трехмерном акселерометре). Это связанно с тем, что сила тяжести Земли составляет в среднем 9,8 м/с 2 .
Гироскоп
Гироскоп отвечает за определение движения и ориентации смартфона в пространстве. Он тоже конструкционно представляет MEMS (микроэлектромеханическую схему), расположенную на системной плате. Сферы его применени пересекаются с таковыми у акселерометра. Основные отличия состоят в том, что гироскоп имеет заметно большую точность и измеряет движение не в м/с 2 , а радианах или градусах на секунду. За счет этого его можно использовать для отслеживания поворотов головы в VR-гарнитуре, а также более точно реализовать жестовое управление.
Гироскоп MEMS под микроскопом
Магнитометр и датчик Холла
Магнитометр измеряет величину магнитного поля окружающего мира. Он также проводит измерения в трехмерном пространстве (по трем осям декартовых координат - X, Y и Z). Основная функция магнитометра – более точное определение местоположения в ходе навигации. В этом режиме использования он выполняет функцию цифрового компаса. Благодаря тому, что одна из осей, которая расположена в плоскости с Северным полюсом Земли, регистрирует постоянно повышенный фон. Магнитометр помогает более точно определять, в какую сторону относительно севера движется смартфон.
Магнитометр смартфона
Часто магнитометр называют датчиком Холла, однако это не совсем тождественные понятия. Подробнее о датчике Холла мы писали в другой статье . Отличия состоят в том, что первый является более универсальным и чувствительным. Магнитометр способен производить замеры магнитного излучения, в то время как только регистрирует его наличие/отсутствие и уменьшение/усиление. В современных смартфонах отдельный датчик Холла обычно не ставят, так как универсальный магнитометр полностью покрывает его функциональность.
Одной из альтернативных функций магнитометра является поиск проводки в стенах. Проводник под напряжением генерирует слабое электромагнитное излучение, а чувствительность сенсора составляет единицы микротесла. Если водить смартфоном по стене, то в месте заложения кабеля магнитный фон будет повышенным.
Датчик гравитации
Измеряет силу притяжения нашей планеты в трехмерном пространстве. В состоянии покоя (когда смартфон лежит на столе), его показания должны совпадать с акселерометром: по одной из осей сила гравитации будет близка к 9,8 м/с 2 . Самостоятельно этот сенсор обычно не используется, но помогает работе других. В режиме навигации он определяет, в какой стороне земная поверхность, чтобы быстрее определить правильное положение смартфона. При использовании в VR за счет сенсора гравитации осуществляется правильное позиционирование картинки.
Датчик линейного ускорения в смартфоне
Принцип его работы практически идентичен акселерометру, единственное отличие кроется в инертности. То есть, показания этого сенсора не зависят ни от каких глобальных внешних факторов (вроде гравитации). Единственное, что он регистрирует – это скорость перемещений смартфона в пространстве относительно его прежнего положения.
Определять положение аппарата в пространстве датчик линейного ускорения не способен (нет привязки к внешним ориентирам), но это и не нужно (с данной задачей отлично справляются сенсор гравитации и акселерометр). Отсутствие привязки к внешним ориентирам позволяет поворачивать объекты на дисплее безотносительно этих ориентиров, например, в играх. Также данный сенсор, в совокупности с другими, повышает общую точность определения движений.
Датчик вращения
Он определяет направление и частоту вращения смартфона относительно одной из осей трехмерного пространства. Как и датчик ускорения, является независимым и не привязан к внешним ориентирам. Часто выполняется в составе одного модуля с сенсором линейного ускорения. Отдельно, как правило, не задействуется, но позволяет корректировать работу других сенсоров для повышения точности. Также помогает при управлении жестами, например, покрутив смартфон в кисти руки активируется камера.
Гироскоп MEMS в разрезе
Температурные датчики
Современный смартфон обильно напичкан цифровыми термометрами. Конструкционно они представляют собой термопару: резистор с двумя выводами, сопротивление между которыми меняется в зависимости от температуры. Так как он относительно примитивен, то может быть выполнен даже внутри полупроводникового чипа.
В каждом смартфоне обязательно имеется датчик температуры батареи. При ее перегреве он отключает зарядку или снижает силу тока на выходе, чтобы предотвратить закипание электролита, которое влечет возгорание или взрыв. Также распространены термометры внутри SoC (в количестве от пары штук – до десятка и более). Они измеряют температуры процессорных ядер, графического ускорителя, различных контроллеров. Иногда встречаются и датчики окружающей температуры, но они распространены слабо. Причина тому – низкая точность, так как тепло от внутренностей аппарата и рук пользователя искажает показания.
Датчик давления (барометр) в смартфоне
Барометр в смартфоне измеряет атмосферное давление (в мм ртутного столба, бар или паскалях). Он позволяет корректнее определять местоположение и высоту над уровнем моря, так как при подъеме давление снижается. Также он может использоваться в качестве альтиметра, замеряя высоту над уровнем моря, но точность оставляет желать лучшего, так как атмосферное давление меняется вместе с погодой. Еще меньше востребована функция корректировки прогноза погоды в метеорологических программах и виджетах.
Гигрометр
Гигрометр измеряет влажность воздуха. Его основное предназначение очевидно, но популярностью данный сенсор не пользуется. В теории с его помощью можно корректировать данные прогноза погоды. Зная показания, можно также управлять микроклиматом в помещении, включив увлажнитель или осушитель воздуха. Единственный из известных смартфонов с гигрометром – уже старенький Samsung Galaxy S4.
Пульсометр или датчик сердечного ритма в смартфонах
Пульсометр способен измерять частоту и ритм сердечных сокращений. В процессе занятий спортом он дает возможность наблюдать за работой сердца и корректировать нагрузки для повышения эффективности тренировок. Недостатком пульсометра является потребность в плотном контакте смартфона с частью тела, в которой кровеносные сосуды находятся близко к поверхности (например, пальцами), чтобы уловить малейшие пульсации. Из-за этого популярности в смартфонах он не приобрел, а вот в смарт-часах и фитнес трекерах встречается повсеместно.
Современные гаджеты кроме всего необходимого оснащены множеством разнообразных датчиков.
Многие из них представляют собой неотъемлемую часть устройства, другие же можно встретить редко - либо на флагманских смартфонах, либо на узкопрофильных аппаратах. Рассказываем обо всех датчиках в современных телефонах и приводим примеры их применения.
Присутствует практически на каждом устройстве и отвечает за регулировку яркости подсветки дисплея. Полупроводниковый датчик обычно находится рядом с разговорным динамиком.
Благодаря его работе возможна автоматическая регулировка яркости дисплея. Во-первых, это удобно, во-вторых, поможет сэкономить заряд аккумулятора. Часто такой сенсор работает в паре с датчиком приближения.
Датчик приближения
Можно встретить практически на каждом смартфоне из любого ценового сегмента. Он находится рядом с датчиком света и отвечает за отключение дисплея. Простой пример работы этого сенсора можно заметить, когда вы подносите телефон к уху во время звонка - модуль срабатывает и отключает экран. Так и энергия экономится (зачем нужен активный дисплей при разговоре?), и предотвращаются случайные нажатия на экран.
Акселерометр
Фиксирует все движения смартфона и определяет его положение в пространстве. Именно он отвечает за переключение ориентации экрана, участвует в играх (управление автомобилем поворотом гаджетов), а также умеет считать шаги. В большинстве случаев акселерометр работает в паре с другим датчиком - гироскопом.
Гироскоп
Представляет собой электромеханическую схему, которая способна определять положение телефона в пространстве. Чаще всего он используется в играх, особенно всевозможных симуляторах, шутерах и гонках. Гироскоп точно определяет угол наклона устройства, поэтому современный смартфон при наличии обычного приложения можно использовать в качестве строительного уровня.
Магнитометр
Способен определить магнитное поле земли и измерить положение в трехмерном пространстве. Именно он отвечает за нахождение местоположения при отсутствии GPS-сигнала. Благодаря сенсору и специальному приложению смартфон поможет определить, где находится проводка в стенах. Именно магнитометр открывает в телефоне возможности компаса.
Барометр
Данный сенсор еще можно назвать датчиком давления. Зачастую он работает в паре с магнитометром и помогает телефону быстрее определить местоположение и поймать сигнал GPS. Также сенсор способен показать уровень атмосферного давления и высоту над уровнем моря.
Температурный датчики
Несложно догадаться, что этот сенсор измеряет температуру. Он бывает двух видов: внутренний и внешний. Первый отвечает за измерение температуры внутри устройства и предотвращения его перегрева, второй измеряет температуру окружающей среды. В смартфонах последний встречается достаточно редко, а первый есть практически на каждом гаджете.
Пульсометр
Пульсометр предназначен для измерения пульса. Он может пригодиться любителям спорта, поскольку датчик предоставляется возможность контролировать нагрузки во время тренировок. Сенсор можно встретить не только на смартфонах, но и на умных часах и фитнес-трекерах.
Педометр считает количество шагов, которое прошел владелец гаджета. Это полезное дополнение, которое может отслеживать активность пользователя. Конечно, точность его работы в большинстве случаев значительно ниже, чем у бюджетных фитнес-трекеров.
Гигрометр
Гигрометр позволяет телефону измерять влажность воздуха. На данный момент встретить его на смартфонах можно достаточно редко. Благодаря такому сенсору пользователь может определять, когда стоит включать прибор для осушения или увлажнения воздуха.
В последнее время можно встретить на смартфонах любого ценового сегмента - он с успехом заменил привычные коды-пароли. Благодаря сенсору можно мгновенно разблокировать устройство, провести платеж и защитить личные данные - запаролить файлы, фото, видео и определенные приложения.
Сканер радужной оболочки
Данный сенсор впервые использовала компания Samsung на флагмане Galaxy Note 7. Он работает почти такой же быстро, как сканер отпечатков пальцев, но данная технология пока не так безопасна и надежна.
Специальный инфракрасный луч сканирует радужную оболочку глаза. Такой сенсор способен работать даже в темноте и может идентифицировать пользователя, если тот носит очки или контактные линзы.
Статьи и Лайфхаки
Итак, для чего нужен датчик расстояния на телефоне? Если приблизить телефон к уху, что происходит с экраном? Не видели? Если заглянуть, то видно что дисплей гаснет, но не только это, он еще и отключает сенсор экрана. Вот и первый ответ на поставленный вопрос.
Функции датчика расстояния в телефоне
- Так, во время разговора экран гаснет не потому, что телефон видит ухо. В данном случае датчик расстояния различает приближение объекта (не важно ухо это или любой другой объект) и сигнализирует об этом системе. Система дает команду отключить дисплей.
Для чего это нужно? Со включенным дисплеем разговаривать по телефону не удобно. Любое неаккуратное движение, и случайное прикосновение уха к экрану сослужит нехорошую службу. Кроме того, экономится заряд батареи.
- После окончания разговора, когда пользователь убирает телефон от уха, система получает обратный сигнал и включает дисплей. Так что, как правило, пользователь даже не успевает заметить, что экран выключался, только если специально проследит.
- В современных устройствах этот сенсор выполняет множество других задач. На планшетах дает сигнал системе включать и выключать экран при приближении руки, а во время чтения помогает листать электронную книгу взмахом руки.
Часто встречающиеся трудности использования датчика расстояния
- Вероятнее всего, сенсор «не видит» приближающиеся объекты из-за грязи. В таком случае его можно просто почистить щеточкой и он будет работать, как новенький. Эта процедура намного проще, чем кажется, ее можно выполнить и самому.
- Если сенсор чист и все равно не работает или работает некорректно. Можно попробовать его откалибровать.
Калибровка датчика приближения
- Положить устройство на стол.
- Открыть настройки.
- Выбрать «ALS PS calibration».
- Поднести к датчику любой непрозрачный предмет, до нужного расстояния.
- Выбрать «Calibrate».
Если и после калибровки сенсор не работает некорректно, то самое лучшее решение – обращение в сервисный центр.
Статьи и Лайфхаки
Многие задаются вопросом, что же такое датчик расстояния на телефоне, датчик движения и присутствия и чем они отличаются друг от друга. В физике это три разных устройства.
Но что касается смартфонов, то правильней сказать, что все это один сенсор.
То есть «железка» одна, но выполняет много разных функций в зависимости от типа и того, какие задачи перед ним поставил производитель гаджета.
Наверно все знакомы с работой подобных приборов. Это и двери в супермаркете, открывающиеся при обнаружении движения, и водопроводный кран включающий воду при приближении рук.
В нашем случае, это - сенсор, фиксирующий приближение объекта. А дальше, в зависимости от требования ПО, совершает определенное действие.
За что отвечает на телефоне датчик расстояния
Так, например, он выключает и блокирует экран смартфона при приближении к уху, чтоб избежать случайных нажатий и в целях экономии заряда батареи.А по окончании разговора включает его вновь. Не потому, что он узнает ухо, а потому что это объект, зафиксированный в радиусе его действия.
Для того, чтобы проверить его работу можно в режиме разговора или диктофона поднести любой предмет к месту расположения данного сенсора на вашем устройстве, (как правило, это рядом с динамиком).
На многих современных смартфонах и планшетах он выполняет и другие задачи:
- включает экран планшета при приближении руки;
- переворачивает страницы электронной книги просто от взмаха руки над экраном смартфона;
- Дает возможность выключить устройство, не касаясь его, а только проведя рукой перед сенсором.
Проблемы, возникающие при использовании датчика расстояния
У многих пользователей возникают неполадки связанные с работой этого сенсора. Не блокируется экран при разговоре, не разблокируется после окончания разговора и другие примеры некорректной работы. Способов поправить ситуацию несколько :- прочистить щеточкой и продуть само отверстие, где находится сенсор;
- откалибровать датчик расстояния.
- Необходимо положить смартфон на ровную поверхность,
- открыть «настройки», далее «Экран» и выбрать «ALS PS calibration»,
- поднести к датчику приближения ладонь, лист бумаги или другой предмет.
- Удерживая его неподвижно на расстоянии 1-5 см от экрана, выбрать «Calibrate».
Если калибровка не помогла решить проблему, то лучше посетить сервисный центр.
Современный смартфон - это мини компьютер, который уже давно стал персональным помощником человека в бытовых и бизнес делах. Чтобы смартфон или любой другой "умный" гаджет обладал столькими функциями, в нем размещено множество датчиков. В рамках этой статьи поговорим про датчик Холла в телефоне. Что это такое, читайте ниже.
Что это за датчик?
Датчик Холла - датчик определения положения который основан на эффекте Эдвина Холла. Используется в смартфоне в роли магнитометра, как основа для работы электронного компаса и не только. Его задача - фиксировать наличие магнитного поля и определять его изменение.
Эффект Холла был открыт еще 1879 году в тонких пластинках золота, но использовать его в технике смогли только через 75 лет, когда наладили производство полупроводниковых пленок с нужными для него свойствами. Ему нашли применение в автомобилях - он помогал делать измерения угла положения распредвала/коленвала.
В смартфоне используется упрощенный аналог устройства, определяющий только наличие магнитного поля без определения напряженности по осям. Реализация довольно проста: помещенный в магнитное поле проводник, по которому проходит электрических ток, способствует тому, что электроны отклоняются к одной из граней пластины. Электроны в этой части накапливают отрицательный заряд, на противоположной грани - положительный. Процесс продолжается до момента, пока образовавшееся электрическое поле не компенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. Образованная разность потенциалов (которую именуют холловским напряжением) на краях пластины фиксируется датчиком Холла. В телефоне он реализован микросхемой, на выходе которой создается сигнал в двух состояниях:
- единица (1 - есть сигнал);
- ноль (0 - сигнала нет).
В зависимости от считанной информации с датчика смартфон выполняет запрограммированное действие.
Сейчас этот эффект применяется в разных технических реализациях. Кроме современных телефонов, повседневное применение нашлось:
- в системах электронного зажигания ДВС;
- в приводах дисководов;
- двигателях кулеров компьютерной техники;
- в электроизмерительных приборах для реализации бесконтактного измерения силы тока;
- в ионных реактивных двигателях.
Для чего он нужен в телефоне?
Несколько лет назад, магнитометр с дюжиной возможностей можно было встретить только во флагманских смартфонах. Сейчас же, он установлен практически в каждый телефон. Смартфон, укомплектованный магнитометром (работающим по принципу датчика Холла) позволял измерять величину электромагнитной индукции различных приборов, управлять бесконтактно некоторыми функциями телефона (например листание фотографий с помощью жестов, без физического контакта) и т.д.
Хотя магнитометр и установлен во множество мобильных устройств, не в каждом его функции реализованы на полную.
Делается это по техническим (например, не хватает места в конструкции телефона или для уменьшения энергопотребления) и финансовым (в бюджетных моделях) причинам. Если убрать все дополнительные функции, задача упомянутого сенсора сводится к двум основным функциям:
- Цифровой компас. Используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения. При помощи датчика, GPS поиск происходит быстрее.
- Взаимодействие с аксессуарами. Приобретя магнитный чехол для смартфона, датчик позволит смартфону включать и отключать дисплей в зависимости от удаления/приближения магнита на аксессуаре.
Эффект "выключения дисплея" можно заметить при закрытой крышке в раскладных телефонах.
Взаимодействие датчика и магнитного чехла
Взаимодействие реализовано простым образом: при открытии чехла, магнит расположенный в флипе, удаляется от дисплея. Происходит разрыв проводника с магнитным полем, холловское напряжение снижается и запускается цепочка включения дисплея. После этого дисплей будет разблокирован.
Как вы уже догадались, при закрытии чехла происходит обратное и экран блокируется.
В Некоторых чехлах сделаны окошка, для отображения информации при закрытой крышки чехла. Отображение информации и блокировка экрана происходит по тому же принципу. Датчик холла определяет положение смартфона и "решает", блокировать ли дисплей телефона, или оставить включенным.
Если вы переживаете, что магнит на флипе навредит смартфону, сбросте этот груз с плечь. Магнит не вредит смартфону! Чтобы в этом убедится, посмотрите видео.
