Что такое акселерометр в смартфоне, принцип его строения и работы. Акселерометр в смартфоне: что это и зачем нужно
Наверняка вы не раз слышали о том, что многие смартфоны оснащены акселерометром. Рассказываем неопытным пользователям, что это такое и зачем нужно.
Выражаясь понятным языком, акселерометр (еще его называют G-сенсор) - это датчик, определяющий угол наклона смартфона или планшета относительно земной поверхности. Он измеряет ускорение, сопоставляя три пространственные оси координат: X (ширина), Y (длина) и Z (высота).
Программное обеспечение гаджета на основе данных акселерометра меняет ориентацию экрана телефона. Если вы повернете устройство со встроенным G-сенсором на 90 градусов, дисплей перевернет изображение автоматически.
В смартфоне акселерометр установлен в виде небольшого чипа или датчика, размером в несколько раз меньше 10-копеечной монеты. Несмотря на это, он обеспечивает множество функций современных Android-устройств.
Зачем нужен G-сенсор?
Любители спорта могут использовать акселерометр для определения количества пройденных шагов с помощью специальных приложений-шагомеров. Они могут быть встроены в смартфон, либо их придется скачать из Google Play.
Для фанатов игровых приложений на смартфонах G-сенсор - просто находка. Он позволит управлять процессом игры поворотами смартфона. Так как акселерометр реагирует на малейшие изменения угла наклона, приложение мгновенно будет отвечать на любое ваше действие. Это применимо к играм различных жанров, особенно гонкам.
Также автоповорот экрана добавит удобства при просмотре фильмов и фотографий, а также чтении электронных книг.
Если вы часто ходите в лес за грибами или по другим причинам, знайте, что у вас в кармане наверняка есть компас. Как правило, это предустановленное приложение, которое работает с помощью G-сенсора.
Установив приложение «уровень», можно забыть о громоздком строительном приспособлении. И здесь все суть в акселерометре - он позволит определить ровность стены или точный угол ее наклона.
Конечно, если вы всем этим не пользуетесь, акселерометр будет вам даже немного мешать постоянной сменой ориентации экрана. Но его всегда можно отключить, зайдя в настройки экрана.
Заключение
Несмотря на свои скромные размеры, акселерометр добавляет смартфонам много разнообразных возможностей. По этой причине производители оснащают G-сенсором в большинство современных устройств.
Термин «акселерометр» произошел от латинского accelero, что в переводе означает «ускоряю». Акселерометр – это прибор, с помощью которого измеряется кажущееся ускорение. Другими словами, он призван помочь программному обеспечению смартфона определить положение, а также расстояние перемещения мобильного устройства в пространстве.
Часто этот датчик путают с гироскопом. Однако, это разные датчики, хотя взаимодополняют друг друга, и даже могут выполнять одни и те же функции. Их отличие заключается в принципе работы, а также в эффективности выполнении конкретных задач. Могут использоваться совместно, для достижения наиболее точных результатов.
Датчик значительно расширяет возможности смартфона. Ниже перечислены основные функции, за которые он отвечает.
- Автоматическая смена ориентации экрана при повороте девайса.
- Управление игровым процессом при помощи наклонов.
- Реагирование устройства на определенные жесты, и выполнение соответствующих действий (смена музыкального трека, отключение будильника или отклонение звонка). Примеры жестов: постукивание по корпусу или его встряхивание, переворот смартфона экраном вниз.
- Определение и визуальная демонстрация изменений положения человека в пространстве через навигационные приложения (Google Карты и др.).
- Возможность отслеживания физической активности. Классический пример – подсчет пройденной дистанции при помощи шагометра.
Как работает акселерометр, принцип его строения
На картинке ниже изображена схематическая конструкция самого простого акселерометра.
Он состоит из инертной массы (в данном примере ее роль выполняет грузик), который прикреплен к подвижному, упругому элементу (например, к пружине). Пружина, в свою очередь, фиксируется на неподвижной детали. Для подавления колебаний грузика используется демпфер. Когда происходит встряска, наклон или поворот объекта, в который встроен акселерометр, инертная масса реагирует на силу инерции. С увеличением интенсивности и силы наклона, поворота или сотрясения увеличивается радиус деформации пружины.
Затем грузик принимает свою прежнюю позицию, благодаря пружине. Специальный датчик фиксирует уровень смещения инертной массы от ее положения в состоянии «покоя». Затем эти данные преобразуются в электрический сигнал, и передаются на обработку электроникой, и программным обеспечением. Благодаря полученным данным программа может «вычислить» изменения в физических изменениях расположения объекта.
Еще есть такое понятие, как ось чувствительности прибора. Если ось только одна, датчик сможет передать данные об изменении положения объекта в пространстве только в пределах чувствительности оси. Чтобы увеличить чувствительность датчика, и получить точные данные о силе и направлении наклона объекта, необходимо две, а еще лучше три оси. Объединив в один прибор сразу три оси, можно вычислить положение объекта в трехмерном пространстве.
Акселерометр в смартфонах
По техническим и иным причинам описанная выше конструкция датчика неприменима в мобильных устройствах. Она заменяется миниатюрным чипом, внутри которого находится инертная масса.
Принцип действия чипа схож с классическим датчиком: инертная масса меняет свою позицию во время ускорения. Благодаря этому смартфон и получает данные о положении в пространстве. Но между классическими приборами и чипами существует огромная разница не только в конструкции, но и в методе производства.
Изготовление подобных датчиков – полностью автоматизированный процесс. Чтобы получить рабочий экземпляр, используется химическая реакция между силиконом и другими элементами. Процесс требует высочайшей точности в расчетах и пропорциях. Вручную, при помощи физического воздействия на материалы сделать это фактически невозможно.
Вывод
Акселерометр в мобильном устройстве, представляющий собой лишь крохотный чип, имеет существенное влияние на взаимодействие между человеком и смартфоном. С его помощью управление аппаратом переходит на новый, более комфортный уровень. А игры и приложения получают множество дополнительных возможностей, которые можно реализовать при помощи акселерометра.
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.
В играх – это один из важных элементов управления, например, с его помощью вы можете координировать траекторию движения. Кроме того, гаджет, в котором есть акселерометр, отлично реагирует на встряхивание или удар. Так, в аркаде Freddy Budgett G-сенсор крайне необходим. Само приложение представляет собой лабиринт, по которому следует провести лягушку. Сложность прохождения в том, что вас ожидают множество ловушек, которые преодолеваются с помощью наклона планшета «вверх-вниз» или поворота «влево-вправо».
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.
Для проверки действия данного датчика были взяты планшеты Apple iPad 4 и Google Nexus 7, в которых есть акселерометр и гироскоп. Ниже прилагаются скриншоты из авиасимулятора MetalStorm: Aces, загруженного на «яблочный» гаджет. В этой игре вы сможете почувствовать себя настоящим пилотом, управляющим боевым самолетом во время воздушных сражений. В процессе у вас будет возможность модернизировать ваше оружие, но главное запомнится превосходное управление.
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)
Это слово произошло от греческого magnetis - «магнит». Датчик измеряет силу магнитного поля вдоль осей X, Y и Z, а также магнитные свойства материалов. Магнитометр можно использовать в качестве металлоискателя. На планшет, в котором предусмотрен такой сенсор, следует установить соответствующее приложение, например, MetalDetector для iOS или Android, после чего поднести гаджет к объекту, который может содержать металл. Если в нем действительно присутствует металл, значение на экране будет значительно увеличиваться.
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.Автоматический поворот экрана, реализованный в современных смартфонах и планшетах, - полезная для многих пользователей функция. Особенно это актуально для геймеров, играющих в развлекательные приложения на мобильных устройствах. При наличии акселерометра очень удобно управлять игрой.
Этот прибор дает возможность использовать смартфон в качестве ватерпаса, устанавливать приложения и проходить в комфортном режиме игры, которые используют данные о положении устройства в пространстве.
Суть понятия «акселерометр»
Акселерометр - прибор для измерения проекции кажущегося ускорения. Это понятие подразумевает разность между настоящим и гравитационным ускорением объекта. Пружина, демпфер, чувствительная масса - три составляющих устройства.
Пружина, прикрепленная к неподвижной поверхности, соединяется с массой. А демпфер, поддерживающий пружину, гасит или предотвращает колебания. Когда объект ускоряется, пружина изменяет форму. И показания акселерометра базируются именно на этих изменениях.
По конструкции измерительное устройство может быть однокомпонентным, двухкомпонентным, трехкомпонентным. Например, два устройства, соединенные в одной системе (двухкомпонентный тип), измеряют положение объекта в двухмерном пространстве.
Применяются эти измерительные устройства в четырех областях:
- Системы навигации воздушных суден и ракет базируются на акселерометре и гироскопе.
- При создании видеорегистраторов и спидометров для авто тоже используют этот измерительный прибор. С помощью акселерометра спидометры определяют скорость, основываясь на отклонениях чувствительной массы, а видеорегистраторы фиксируют изменение в скорости, повороты, торможение и делают записи в файлы.
- Станки, оборудование, производственные линии защищены акселерометрами. Если, например, температура достигает критического значения, с помощью устройства обесточивается питание или меняются параметры работы.
- Акселерометры также защищают винчестеры и мобильные устройства (смартфоны, планшеты) от внешнего воздействия. Например, если смартфон падает, акселерометр даст команду магнитной головке и она примет наименее опасное положение. В этом случае минимизируется потеря информации.
Один акселерометр - простой прибор, но компонуясь, может решить множество задач. Есть ли принципиальное отличие измерительных устройств, работающих на смартфонах, планшетах и других современных девайсах?
Акселерометр в телефоне: принцип работы
Приборы для современных мобильных устройств должны быть компактными, поскольку сами девайсы такие. В шестимиллиметровом корпусе должно уместиться множество разнообразных приборов, поэтому их конструкция должна быть максимально миниатюрной, чтобы занимала как можно меньше места. По сути, в мобильных устройствах все детали акселерометра заключены в миниатюрном чипе. Вот так это выглядит на конструкции:
Перегородка, проводники которой разведены в сторону, крепится к стационарному корпусу специальными приставками, позволяющими прибору перемещаться в заданных пределах. Разведенные в сторону проводники, размещенные между контактами, и измеряют проекцию ускорения. Когда они перемещаются между контактами, фиксируется изменение параметров напряженности поля. Это и измеряет прибор.
В чипе все элементы прибора микроскопичны, поэтому физически их обработать нереально. Производятся акселерометры на конвейерах с автоматическим принципом работы и при их изготовлении применяются реакции полиорганосилоксанов с определенными веществами.
Важная информация! При поломке акселерометра обращайтесь только в специализированный сервис-центр.
Зачем акселерометр в смартфоне
Первый акселерометр, отдаленно напоминающий современное устройство, появился в смартфоне Nokia 5500. Хотя и использовался он только как шагомер, но стал моментально популярным. А затем измерительным устройством был оснащен iPhone. Теперь это стандарт смартфонов, планшетов.
Разработчики приложений оценили функциональные возможности акселерометра и стали создавать свои продукты. Вслед за шагомером мобильные устройства оснастили электронным ватерпасом, а затем возможности измерительного прибора стали применяться в ОС и игровых приложениях.
Некоторые служебные программы также используют возможности акселерометра. Например, есть программы, передающие информацию путем столкновения устройств.
Широкое применение прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения, нашел в игровых приложениях. Особенно это актуально при создании мобильных шутеров от первого лица. В играх этого жанра используются возможности акселерометра и гироскопа, устройства, измеряющего изменения углов ориентации объекта относительно ИСО (инерциальной системы отчета). Это позволяет комфортно передвигаться по уровням, управлять и контролировать персонажа.
Популярность смартфонов на сегодняшний день просто зашкаливает: очень удобно всегда иметь под рукой микрокомпьютер со множеством полезных функций, не так ли? Гораздо удобнее, чем носить с собой ноутбук – в карман последний не положишь и незаметно под партой не достанешь, если урок окажется слишком скучным… Однако у всех телефонов есть один и тот же недостаток – слишком маленький экран, если сравнивать с компьютером или даже планшетом и нетбуком. Бродить по сайтам, пользоваться «читалкой» и некоторыми приложениями из-за этого не так уж удобно… было бы, если бы современные смартфоны не оснащали акселерометрами.
Акселерометр в телефоне – что это такое?
Акселерометр – это встроенное устройство, автоматически меняющее ориентацию экрана с книжной на альбомную и наоборот, при повороте или встряхивании устройства. Стоит пояснить на примере. Вы стояли и читали что-то с дисплея. Устали, решили отдохнуть и легли на диван. Так как лежать на боку полезнее, чем на спине, вы принимаете позу эмбриона – и обнаруживаете, что содержимое экрана «легло на бок» вместе с вами. В каком бы положении вы не держали телефон, строчки на дисплее будут параллельны земле.
Так как архитектура большинства интернет-сайтов рассчитана на просмотр с мониторов компьютеров, читать их с телефона удобнее именно в горизонтальной ориентации
– строка получается шире. Чтобы на экран помещалась вся колонка, не нужно делать крошечный шрифт. Удобнее и набирать сообщения: кнопки клавиатуры становятся больше. А когда вам понадобится воспользоваться своим смартфоном как обычным телефоном, то есть кому-то позвонить – просто переверните его вертикально, а акселерометр выровняет объекты экрана под вертикальную ориентацию. Да здравствует автоматика – она позволяет нам экономить время, не производя лишних действий вручную!
Акселерометр в планшете – что это?
Что такое акселерометр в планшете, долго и пространно объяснять не стоит, так как от телефонного аналога он мало чем отличается . Так как данный девайс придуман для просмотра интернет-сайтов, фотоальбомов и кинофильмов, а также для убийства времени видеоиграми, автоматически разворачивать изображение на его экране поворотом корпуса просто необходимо. Удобство этой функции оценил каждый, кому посчастливилось пользоваться сначала старым планшетом, потом новым. Практически все новые модели оснащены акселерометрами: их наличие либо отсутствие на конечную цену устройства мало влияют, потому планшеты без акселерометров попросту стали невостребованными.