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 телефоны сильно схожи с компьютерами - они устроены по общему принципу: материнская плата, процессор, видеоадаптер оперативная память.
Но главным отличием являются многочисленные датчики, без которых не обходится ни один смартфон: акселерометр, гироскоп, барометр, датчики температуры, освещённости приближения и т.д. Все они упрощают пользование телефоном и делают его умнее. Сегодня расскажем об особенностях и назначении магнитного датчика в современных смартфонах.
Зачем нужен магнитный датчик?
Этот датчик также принято называть . Эффект Холла был открыт почти 150 лет назад, но активно используется в разной технике по сегодняшний день. Датчик Холла обнаруживает магнитное поле, благодаря чему может определить положение смартфона в пространстве. Так, смартфон - достаточно скачать специальное приложение из Google Play (просто сделайте поиск по запросу «компас»).
В половине прошлого столетия датчик Холла использовали в автомобилях - это стало первым шагом внедрения таких технологий в быт человека. Далее разработку стали использовать в других сферах, включая мобильные технологии.
Магнитный датчик удобен вкупе с чехлом на магнитной застежке/защелке. За счёт этого можно сэкономить время, так как экран телефона будет автоматически выключаться при закрытии и включаться при открытии аксессуара. При наличии у чехла окошка незакрытое им пространство может быть активным, то есть можно будет проверять время, приложения и какие-то виджеты без открытия кейса и разблокировки смартфона. Нужно отметить, что магнит никак не вредит ни сенсору, ни другим датчикам или комплектующим телефона.
Как включить магнитный датчик на телефоне?
В большей части флагманов, выпускаемых как крупными брендами, так и более бюджетными компаниями, есть магнитный датчик. Он работает автоматически. Проверить наличие технологии можно в технических характеристиках определенного устройства или благодаря простым тестам:
- Можно сымитировать магнитный чехол, приложив к экрану телефона обыкновенный магнит. Если дисплей погаснет, значит сработал магнитный датчик.
- Скачайте приложение компаса, отключите интернет и проверьте, будет ли он работать. UPD. Нужно отметить, что в случае с компасом речь идет о более продвинутом геомагнитном датчике.
Работа такого датчика основана на эффекте Холла. Он заключается в следующем: если полупроводник, вдоль которого течет электрический ток, поместить в магнитное поле, появится поперечная разность потенциалов (напряжение). Это напряжение называют холловским. Оно может варьироваться от десятков микровольт до сотен милливольт. На момент открытия эффекта Холла ему не нашлось применения в промышленности. Только 75 лет спустя изобрели тонкие полупроводниковые пленки, которые обладали нужными свойствами. С их помощью и был создан датчик Холла.
Первый подобный датчик состоял из постоянного магнита, лопасти ротора, магнитопроводов, микросхемы и двух выводов. Он обладал массой достоинств. Им было очень легко управлять. При подаче сигнала на его входы возникает постоянный во времени прямоугольный импульс, без резких скачков. Этот датчик имел малые габариты (порядка микрометра). Как и у любой микросхемы, у него были свои недостатки: чувствительность к изменению электрического поля и слишком высокая цена.
Датчики Холла бывают аналоговыми и цифровыми. Первые используются для того, чтобы преобразовывать индукцию магнитного поля в напряжение. Цифровые же определяют наличие или отсутствие поля в данной области. Если индукция поля достигает определенного значения, на выходе датчика будет логическая единица, если не достигает - логический ноль. И аналоговые, и цифровые датчики улавливают поперечную разность потенциалов, которая появляется при воздействии магнитного поля на полупроводник с током.
Применение датчиков Холла
Изначально датчик Холла стал применяться в автомобилестроении. С его помощью определяется угол положения коленвала или распредвала. В более старых автомобилях он используется для получения сигнала об образовании искры.
Датчики Холла широко применяются в производстве амперметров, способных определять силу тока от 250 мА до тысяч ампер. С помощью датчиков можно измерять силу постоянного и переменного тока высокой частоты. При этом она будет пропорциональна индукции магнитного поля, которая наводится током, проходящим через проводник.
Датчики Холла используются при изготовлении электромеханических приводов, специальных систем для обеспечения работы исполнительных механизмов на фабриках и заводах. В этом случае датчики будут регулировать правильное положение механизма.
Современные мобильные устройства оснащаются большим количеством функциональных блоков, среди которых – не только основные элементы, но и вспомогательные датчики. Если о том, что такое акселерометр, сенсор освещенности и гироскоп знают многие пользователи, то по поводу датчика Холла нередко возникают вопросы.
Что такое датчик Холла
Датчики Холла, используемые в современных смартфонах, это измерительные элементы, которые позволяют определять наличие и интенсивность магнитного поля, а также его изменения. Свое название они получили в честь американского ученого Эдвина Холла, который еще в 1879 году открыл эффект изменения напряжения тока на проводнике при его помещении в магнитное поле.
Магнитный поток, взаимодействующий с датчиком Холла
Зачем нужен датчик Холла в смартфоне
В зависимости от уровня реализации, этот сенсор обладает довольно широкими возможностями. Среди них – измерение величины электромагнитной индукции различных приборов, возможность реализации бесконтактного управления и другие функции. Магнитометр, основанный на датчике Холла, в современных смартфонах встречается достаточно часто. Особенно в флагманских устройствах.
Но в большинстве мобильных устройств не все возможности датчика Холла реализованы в полной мере. Ограниченное пространство под крышкой, желание снизить потребление заряда аккумулятора, отсутствие широкого интереса и острой потребности в реализации новых функций сводят использование сенсора к двум задачам:
- Первая из них – это цифровой компас. Он используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения.
- Второй областью применения датчика Холла, наиболее востребованной владельцами смартфонов, является улучшение взаимодействия устройства с магнитными чехлами и другими аксессуарами.
- Использование датчика Холла в телефонах "раскладушках", чтобы включать или выключать экран при закрытии или открытии крышки.
Как смартфон взаимодействует с магнитными чехлами
Самым простым примером реализации взаимодействия чехла с магнитом и смартфона является автоматическая блокировка/разблокировка экрана при закрытии/открытии чехла. Датчик Холла реагирует на приближение магнита, расположенного в флипе, регистрируя усиление поля, и блокирует дисплей. При открытии интенсивность излучения снижается и экран активизируется.
Чехлы с окошком в верхней части, которые оставляют часть дисплея открытой для возможности использования отдельных функций (звонки, проигрыватель, часы) без раскрытия флипа, тоже взаимодействуют с датчиком Холла. Регистрируя наличие/отсутствие повышенного магнитного поля, смартфон определяет, оставлять активным весь экран или только его часть.
Еще одним примером аксессуара, требующего наличия датчика Холла, являются Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, использующие смартфон. Так как при использовании устройства телефон находится внутри, единственным способом управления остается удаленное взаимодействие магнита, встроенного в единственную «кнопку» аксессуара, с датчиком Холла.
Большинство Android телефонов имеют встроенные датчики, которые измеряют движение, ориентацию и различные условия окружающей среды. Эти датчики помогут контролировать трехмерное движение устройства или позиционирования, или изменения в окружающей среде. Например, приложение погоды использует датчик температуры телефона и датчик влажности для расчета точки насыщения. Точно так же ваше приложение будет использовать путешествия датчик геомагнитного поля и акселерометр, чтобы найти конкретный пункт назначения. Различные датчики на Android устройства обеспечивают точные и точные данные в другие приложения или непосредственно к вам.
Если вы думаете, что датчики вашего Android телефона не работают так, как надо, вы всегда можете проверить, если это действительно работает нормально или нет. Итак, как вы точно определить, что не так с датчиками вашего телефона?
Какой бы ни была проблема, есть приложения, которые могут помочь вам выяснить проблему и решить ее. Даже если у Вас нет конкретной проблемы, он все еще может быть хорошо, чтобы проходить через небольшой регистрации на вашем телефоне, чтобы обеспечить здоровье телефона. Обратите внимание, что ваше устройство может или не может поддерживать все датчики, упомянутые выше. В данной статье будут перечислены некоторые из наиболее популярных приложений, доступных бесплатно для тестирования датчиков в вашем мобильном телефоне. Большинство из этих приложений включают в себя краткие инструкции для проведения теста для каждого теста датчика.
Android платформа поддерживает следующие три широкие категории датчиков:
Датчики движения
Датчик движения силы измеряет ускорение и силы вращения. Такие датчики включают в себя акселерометры, датчики силы тяжести, гироскопы и вращательные векторных датчиков.
Экологические датчики
Датчик окружающей среды измеряет различные параметры окружающей среды. Примеры датчиков состояния окружающей среды являются барометры, фотометрические и термометры.
Датчики положения
Датчик положения измеряет физическое положение устройства. датчики ориентации и магнитометры являются примерами датчиков положения.
Теперь, прежде чем мы продолжим, давайте кратко рассмотрим некоторые из основных датчиков, что они делают и что делать, чтобы проверить эти датчики. Позже мы расскажем вам о приложениях, которые могут автоматически запускать тесты датчиков.
гироскоп Датчик
Гироскоп используется для измерения 6 направлений одновременно. Это позволяет экран устройства вращаться с книжной на альбомную. Вы можете наклонить телефон медленно, чтобы проверить, если датчик гироскоп работает.
Акселерометр Датчик
Акселерометр определяет ориентацию телефона и измеряет ускорение силы тяжести в том числе по трем осям. Вы можете повернуть телефон медленно, чтобы проверить, если датчик акселерометр работает.
Световой датчик
Датчик освещенности автоматически регулирует яркость экрана в соответствии с интенсивностью освещения вашего окружения. Вы можете проверить датчик в темном месте, а затем, перемещая телефон к зоне с ярким светом. Если изменения освещенности экрана, это означает, что датчик работает.
датчик ориентации
Датчик ориентации определяет состояние направления вашего Android устройства. Он проверяет автоматический поворот экрана. Поверните ваш телефон, чтобы проверить, если датчик работает нормально.
Датчик приближения
Бесконтактный датчик измеряет расстояние объекта от передней панели телефона. Например, ваш телефон экран выключается, когда вы берете его ближе к вашим ушам во время активного вызова.
Датчик температуры
Датчик температуры проверяет температуру батареи вашего Android устройства. Если вы путешествуете в Интернете с помощью 3G или играть в HD игры вы будете испытывать повышение температуры батареи, в которой он становится достаточно горячим на ощупь.
датчик звука
Датчик звука определяет интенсивность звука вокруг вас и дает вам подробную информацию об изменениях интенсивности.
Магнитный датчик поля
Магнитный датчик измеряет поле магнитных полей вдоль трех осей телефона. Он в основном используется для определения направления. Примерами могут служить приложение Google и приложение Compass. Просто двигаться с телефоном, чтобы проверить магнитный датчик.
Датчик давления
Датчик давления измеряет атмосферное давление. Он используется для прогноза погоды и для измерения температуры окружающей среды.
CPU-Z
Приложение CPU-Z собирает всю необходимую информацию о телефоне и представляет его в одном окне. Каждая опция вкладки в верхней части окна отображаются соответствующие детали.
Вкладка SOC - отображает система на кристалле (SoC) Архитектура детали вашего смартфона Android , как показано на рисунке ниже.
Вкладка Устройство - отображает детали устройства, как модель, производитель, аппаратные средства, размер экрана, общей и используемой оперативной памяти, общей и используемой памяти и т.д.
Вкладка Система - отображает подробную информацию о вашем смартфоне, как модель, производитель, тип платы, разрешение дисплея, на Android версии, установленной и т.д.
Вкладка батареи - отображает состояние зарядки аккумулятора, уровня, источник питания, статус, технологии, температуры и напряжения и т.д.
Тепловое вкладка - отображает список показаний температуры. Так как нагрузка на центральный процессор заставляет ваш телефон нагреваться, это хорошо, чтобы проверить, что температура не пересекает 60 ° C, поскольку это указывает на неисправность устройства. Этот датчик может быть не доступен во всех моделях устройства. Если он отсутствует, то вкладка не будет отображать любые значения.
Вкладка Датчики - отображает значения датчиков, поддерживаемых на устройстве. Вы можете играть с телефоном, чтобы проверить, если отдельные датчики работают; например, наклоняя телефон, чтобы проверить гироскоп или переместить ладони по экрану, чтобы проверить датчик близости и т.д. Если показания CPU-Z изменяются в ответ на ваши действия, то датчики отлично и работает. Если вы все еще чувствуете, что датчики не функционируют должным образом, то вам необходимо проверить и сравнить значения с другой аналогичной модели или устройства.
Датчик Кинетика
Датчик Кинетика позволяет просматривать, отслеживать и понимать поведение всех стандартных датчиков, установленных на вашем телефоне. Вы можете изменить настройку задержки или активировать или деактивировать определенные датчики. Это приложение демонстрирует использование каждого из датчиков, имеющихся в телефоне. Таким образом, вы можете легко проверить датчики в телефоне. Каждый датчик прикреплен к зрителю схему с необработанных и обработанных данных. Она также включает в себя документацию с легко понять примеры о том, как проверить каждого из датчиков на телефоне.
Испытание датчика
Тестирование приложения Датчик предназначен для обнаружения и проверки работоспособности каждого из датчиков, которые доступны на вашем телефоне. Он отображает датчики по умолчанию и отображает реальные данные времени и информацию о каждом датчике. Он также отображает поставщика, максимальный диапазон, разрешение и тока абсорбции для каждого датчика.
Sensor Box для Android
Sensor Box для Android приложение является хорошим ищет приложение с впечатляющим графическим представлением. Он обнаруживает все датчики, которые доступны на вашем Android устройстве. Приложение отображает все датчики и соответствующее сообщение появляется, если выбранный датчик не поддерживается вашим телефоном. Это приложение обнаруживает только изменения датчиков, если таковые имеются, и отображает значения. Он может не показывать правильные значения температуры, близость, света и давления, если не произойдет каких-либо изменений.
Телефон тестер
Телефон тестер приложение не только проверяет датчики на телефоне, но и проверяет состояние здоровья аппаратных устройств, Wi-Fi, телефония, GPS, сенсорный, батареи и системной информации. Он также проверяет, температуры окружающей среды, влажности, шаг детектора, монитор сердечного ритма и датчик отпечатков пальцев - при условии, что поддерживается Вашим устройством. A Pro версия приложения также доступна, который отображает дополнительную информацию, такую как память телефона, скорость процессора и памяти SD карты.
AndroSensor
AndroSensor поддерживает все датчики, что Android-устройство может иметь, но отображает в режиме реального времени детали датчик только те, поддерживаемых вашим устройством. Подробные сведения отображаются в графическом и текстовом формате. Это приложение также позволяет сохранить данные датчика в файл CSV.
Программы и опции Другие
Помимо упомянутых выше приложений, существует множество других приложений, доступных бесплатно с Google Play Store. Все эти приложения помогут вам в тестировании датчиков телефона. Некоторые из приложений, которые стоит упомянуть датчики Мультитул, датчик проверки и Advanced Sensor Checker. Вы можете установить и попробовать несколько приложений и посмотреть, если он предоставляет вам информацию, что вы искали.
Если вы используете телефон Samsung, наберите секретный код * # 0 * # , чтобы выполнить тест телефона без необходимости установки каких - либо дополнительных приложений. Выберите вкладку датчика с экрана, который отображается и следуйте инструкциям, чтобы проверить поддерживаемые датчики на телефоне.
Если у Вас возникли вопросы по этой теме, пожалуйста, не стесняйтесь задавать в разделе комментариев. Мы в TechWelkin и наш читатель сообщество будет пытаться помочь вам. Благодарим Вас за использование TechWelkin!