Датчики в смартфонах: для чего они нужны и как устроены

Современные смартфоны имеют в своем арсенале внушительный набор различных сенсоров и датчиков, которые могут представлять собой как относительно простые модули, так и сложные устройства с собственной электронной начинкой. Данные компоненты используются для различных задач – распознавание жестов, сбор данных для фитнес-приложений, навигации, управление игровым процессом и многих других. Далее будет рассмотрен стандартный набор датчиков с кратким описанием.

Акселерометр

Данные сенсор фиксирует проекцию ускорения. Более просто это можно сформулировать так: определяется положение устройства в пространстве и расстояние, на которое оно было перемещено.

Акселерометры используются во всех современных смартфонах, однако в бюджетном секторе они обычно имеют слабую чувствительность и заметно хуже выполняют свою задачу. Основная часть представлена парами пластин, при этом в каждой паре одна пластина неподвижна, вторая может изгибаться в момент изменения положения смартфона, для чего используются дополнительные грузики. Такая пара пластин является простым конденсатором с переменной емкостью. Замер уровня заряда на конденсаторе и позволяет зафиксировать направление и дистанцию перемещения.

Анализ изменений на различных парах пластин позволяет распознавать движение в пространстве (по трем осям). Это позволяет определять более сложные жесты, например, при подсчете шагов.

Гироскоп

Общий принцип работы и назначение во многом совпадают с рассмотренным ранее акселерометром. Однако устройство гироскопа больше подходит для определения текущего положения смартфона и справляется он с этим гораздо лучше.

Физически данный сенсор представляет собой небольшую емкость, в которой свободно перемещается небольшой объект. В корпусе также находится набор парных пластин (конденсаторов), которые реагируют на подвижный грузик изменением заряда. Собранные данные используются для вычисления текущего положения устройства.

Именно гироскоп обычно используется в играх, где управление персонажем осуществляется путем наклона корпуса. Но в большинстве случаев гироскоп и акселерометр работают в паре, что позволяет повысить точность соответствующих вычислений.

Магнитометр

Еще один модуль, предназначенный для ориентации в пространстве. Сенсор использует для работы магнитное поле Земли и работает по принципу классического компаса. Обычно также используется сразу несколько устройств, например, GPS и акселерометр. Магнитометр позволяет не просто определить текущее местонахождение на незнакомой местности, но и при помощи направленной стрелки на дисплее понять, в какую сторону смотрит пользователь.

Барометр

Данный модуль обычно можно встретить только в дорогом сегменте. Позволяет при работе с GPS более точно указать текущее местоположение, поскольку появляется возможность работать с изменением высоты.

В основе работы лежит измерение атмосферного давления, которое изменяется при изменении высоты. Точность позволяет даже определять, в какой части высотного здания находится пользователь. Принцип работы довольно прост – в небольшом корпусе находится гибкая мембрана, которая реагирует на атмосферное давление, электроника фиксирует ее изгиб и вычисляет атмосферное давление.

GPS

Этот датчик отвечает непосредственно за определение текущего местоположения смартфона. За данной аббревиатурой стоит не просто простой сенсор, а масштабная система, в которой используется внушительный набор спутников, наземные комплексы и сложные вычисления. Современные смартфоны позволяют подключаться к различным системам навигации, включая DBS (Китай), ГЛОНАСС (Россия) и Galileo (Европа).

В дорогих смартфонах принято использовать GPS с поддержкой двух каналов (L5 и L1). Работа с каналом L5 позволяет отдавать приоритет сигналам, которые раньше других были зафиксированы спутником. Это позволяет эффективно блокировать отраженные сигналы, которые снижают точность позиционирования. В бюджетном секторе часто используют платы, которые могут работать только с диапазоном L1, что заметно снижает точность работы.

Датчик приближения

Еще один полезный компонент, который является уже своеобразным стандартом для всех смартфонов. В большинстве случаев его расположение явно видно на корпусе – обычно сенсор расположен в верней части дисплея. Главная задача датчика приближения, как следует из названия, фиксация приближения различных объектов.

Именно этот компонент отвечает за автоматическое отключение дисплея в процессе звонка. В современных смартфонах используются различные типы сенсоров, которые отличаются принципом работы и качеством срабатывания. Обычно используется классическая система из инфракрасного излучателя и приемника (фотодиода). Взаимное расположение данных элементов позволят попасть излучению в приемник только после отражения от определенного объекта. Это и позволяет зафиксировать его приближение.

Есть и альтернативные решения, которые работают хуже, но позволяют разработчикам немного сэкономить. К примеру, могут использоваться специальные программные алгоритмы для игнорирования некорректных нажатий на экран, либо данную задачу перекладывают на гироскоп и акселерометр. Однако массовые жалобы показывают, что в этом случае режим блокировки дисплея часто работает некорректно.

Датчик Холла

Классический датчик Холла предназначен для измерения напряженности магнитного поля. Однако в мобильных устройствах используется более простой сенсор, который только фиксирует факт появления магнитного поля. Для поставленных задач данных возможностей вполне достаточно – модуль предназначен для простого взаимодействия с различными аксессуарами. К примеру, при использовании специального чехла может автоматически включаться дисплей при открытии крышки.

Датчик освещенности

Назначение данного сенсора также понятно из названия – определение текущего уровня освещенности. Полученные данные используются при автоматической регулировке уровня яркости экрана, что позволяет работать с устройством более комфортно в различных условиях.

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: