Мэмс акселерометры, гироскопы и геомагнитные датчики — революционно новый функционал потребительских устройств

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.

Гироскоп в телефоне — что это? Если вы также задаетесь этим вопросом, как и многие пользователи, то эта статья для вас. В ней мы поговорим о том, что такое гироскоп в смартфоне, зачем он нужен, и как узнать есть ли данный прибор на вашем устройстве.

Как работает гироскоп

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.

Кому наличие гиродатчика обязательно?

Самое популярное направление для гироскопа — это, конечно же, мобильные игры. Намного приятнее играть в игру, когда вам не нужно водить по экрану для перемещения, а достаточно наклонить устройство. Так и пальцы не мешаются на экране и управление комфортнее. Для гонок это дает ощущение присутствия на трассе, игрок сразу чувствует дорогу и более плавно передвигается за счёт легких поворотов смартфона.

В некоторых играх при помощи гироскопа делается эффект трясущейся камеры – будто картинка находится за смартфоном, а он лишь окно в тот мир.

Обязательным наличие рассматриваемого датчика будет для людей с профессиональными обязанностями. Благодаря сенсору можно узнать, насколько ровно легла та или иная поверхность – будет крайне полезно слесарям, станочникам и прочим профессиям. Также этот прибор поможет измерить длину и расстояние, даст информацию о скорости и темпе перемещения.

Со смартфоном, оснащенным гироскопом, больше не нужен компас, ведь этот датчик и есть компас. Он может в считанные секунды корректно указать стороны света.

В YouTube имеются видео с поддержкой технологии 360°. Можно при помощи смартфона рассматривать все стороны видео, не используя при этом свайпы и вовсе не прикасаясь к экрану. Если у вас есть этот датчик, просто оцените эту красоту в этом видео:

Также часто используется гироскоп у любителей спорта. Они благодаря этому чудесному датчику узнают, сколько уже пробежали километров без необходимости подключаться к сети. Ещё на него можно присвоить несколько задач в некоторых специализированных приложениях.

Видео

Мобильные персональные компьютеры, одним из которых является , оснащаются огромным количеством функций. Продвинутые пользователи задействуют ресурсы по максимуму, но большинство обладателей планшетов даже не подозревает, какие возможности открывают те или иные составляющие устройства. Возьмем, к примеру, гироскоп в планшете – что это, для чего он необходим, как им пользоваться – знает не каждый.

Функции гироскопа в планшете

Принцип работы гироскопа заключается в том, что эта деталь точно определяет положение устройства в пространстве и измеряет углы поворота. Происходит это за счет установленного в планшете гироскопического датчика. На сегодняшний день гироскопы настолько компактны, что ими оснащаются , телефоны. Нередко гироскоп путают с акселерометром, но это разные составляющие. Основная функция акселерометра – поворот дисплея, поскольку он измеряет угол наклона электронного устройства относительно поверхности планеты. Гироскоп в свою очередь не только определяет положение в пространстве, но и позволяет отслеживать перемещения. Когда акселерометр и гироскоп в планшете задействованы одновременно, достигается наилучшая точность работы.

Примеры использования гироскопа в планшете

Одна из функций гироскопа – защитная. Так как работает гироскоп, реагируя на изменение положения, он может вовремя подать сигнал о падении устройства. К примеру, такая функция в ноутбуках и некоторых планшетах позволяет моментально зафиксировать жесткий диск и снизить вероятность его повреждения при ударе о поверхность. Также на вопрос, зачем гироскоп в планшете, с энтузиазмом ответит любой игроман. Управление виртуальным рулем гоночного автомобиля или штурвалом самолета стало абсолютно реалистичным с изобретением этого датчика.

Наличие гироскопа позволило по-новому управлять устройством – к примеру, определенный алгоритм резких движений планшетом поможет увеличить или уменьшить громкость звучания, в телефонах с гироскопом можно с помощью движения ответить на звонок и т.д. Кроме того гироскоп может «сотрудничать» с программным обеспечением. Популярный пример – калькулятор, который при повороте из стандартного вертикального положения в горизонтальное превращается из обычного в инженерный, оснащенный дополнительными функциями типа тригонометрических или логарифмических.

Также можно привести в пример бытовое использование гироскопа – он способен наделить планшет функциями строительного уровня. Удобно пользоваться планшетом с гироскопом в качестве навигатора. Карта, благодаря датчику, отображается таким образом, что демонстрирует именно ту местность, которая открывается перед глазами. При повороте вокруг своей оси карта меняет изображение в соответствии с новым обзором.

Есть ли минусы у гироскопа?

Датчик гироскоп реагирует на изменение положения в пространстве, но он не обладает телепатическими способностями. Далеко не всегда на поворот устройства нужна именно такая реакция, которая последует в результате оценки ситуации гироскопом. Элементарный пример – чтение лежа, гироскоп будет поворачивать текст на дисплее в вертикальное положение, в то время как читающему человеку он нужен в горизонтальном

Безусловно, такая ситуация будет раздражать, поэтому при покупке планшета важно убедиться, что в устройстве предусмотрена возможность отключения функции

Неисправная работа гироскопа

Если не работает гироскоп на планшете или работает некорректно, это не повод смириться и отказаться от его использования. Конечно, если проблема аппаратная, придется нести планшет в сервис и вкладывать деньги в ремонт, но дело может быть всего лишь в настройках датчика. Обычно в инструкциях к устройству можно найти подробное описание, как настроить гироскоп на планшете конкретной модели. В большинстве случаев достаточно стандартной калибровки датчика, если результат не достигнут, можно скачать дополнительные приложения.

Существует огромное количество изобретений, которые характеризуются длинной и весьма богатой историей использования в различных приборах и устройствах. Часто можно услышать название чего-либо, но даже не иметь представления о том, для чего оно предназначено. Именно так и возникает вопрос, что такое гироскоп? Стоит в нем разобраться.

Принцип работы гироскопического датчика

Принцип работы датчика заключается в том, что он способен отслеживать вращение. Датчик гироскопа EV3 способен обнаружить вращение всего по одной оси. На верхней стороне датчика мы можем увидеть две стрелки. Эти стрелки показывают нам плоскость работы гироскопического датчика.

1. При вращении датчика в плоскости стрелок на верхней части датчика он может определять угловую скорость вращения. Она измеряется в градусах в секунду. 440 градусов в секунду является максимальной угловой скоростью, которую модет измерить датчик.
2. Кроме скорости вращения датчик может определять угол вращения. Измерение угла вращения происходит в градусах. Точность измерения гироскопического датчика +/- 3 градуса если поворот на 90 градусов.

Принцип действия оборудования

Гироскоп представляет собой волчок, вращающийся вокруг оси. Благодаря способности демонстрировать устойчивое положение во время движения, он используется для определения положения в пространстве и изменения угловой скорости. Существует несколько разновидностей: они различаются между собой по принципу действия (оптические или механические) и количеству степеней свободы. Если говорить о моделях, которые устанавливаются в смартфоны, то это обычно вибрационные гиродатчики. В этом устройстве есть две массы, которые перемещаются в противоположные стороны. В тот момент, когда появляется угловая скорость, на массу воздействует сила Кориолиса, вектор которой направлен перпендикулярно движению массы. В результате воздействия этой силы происходит смещение, что приводит к изменению расстояния между подвижными и неподвижными электронами и, как следствие, к смене емкости конденсатора. Эти электронные сигналы впоследствии обрабатываются процессором.

Наличие гиродатчика в смартфоне – это не просто прихоть, такой аппарат открывает перед обладателем гаджета множество дополнительных возможностей:

• прием вызовов простым встряхиванием аппарата,
• стабилизация камеры во время съемок,
• управление приложениями при помощи поворотов устройства,
• ориентация положения головы в виртуальной реальности.

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.

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.

Функции гироскопа

Зачем нужен гироскоп в смартфоне? Применение датчика открывает следующие возможности. В первую очередь благодаря элементарному встряхиванию мобильного телефона пользователь способен быстро ответить на входящий звонок. Гироскоп позволяет просматривать изображения, переключать аудиозаписи в плеере, облегчает переворачивание страниц во время просмотра текстовых документов.

Еще зачем гироскоп в смартфоне? Чрезвычайно удобным модуль становится при использовании калькулятора. Благодаря отклонению гаджета в ту или иную сторону можно выбирать функции умножения, деления, вычитать и слагать значения.

Разработчики мобильных устройств нашли применение гироскопу также при работе с различными приложениями и программным обеспечением. При встряхивании некоторых устройств автоматически происходит обновление Bluetooth. Очень удобным наличие модуля становится при необходимости измерения уровней и углов наклона.

Гироскоп незаменим в случае работы с электронными картами. Модуль дает возможность определять точное положение пользователя на определенной местности. При запуске навигатора карта будет менять положение вслед за поворотом человека. Если пользователь развернется лицом к тому или иному объекту, это сразу же отобразится на визуальной схеме. Такая функция будет крайне полезной для людей, которые увлекаются активным отдыхом, в частности путешествиями и ориентированием на местности.

Без гироскопа не могут обойтись любители мобильных игр. Функциональный модуль способствует созданию более реалистичной картинки и облегчает управление. Особенно правдоподобными благодаря гироскопу становятся всевозможные симуляторы, шутеры, трехмерные бродилки. Чтобы езда на виртуальной машине либо полет на самолете казались более реальными, достаточно изменения положения смартфона в одной из плоскостей.

Если пользователь мобильного телефона в дальнейшем планирует использовать шлем виртуальной реальности, в таком случае наличие гороскопа выступает обязательным условием. Без датчика станет невозможным отслеживание системой смартфона поворотов головы, перемещения человека в пространстве.