Наличие множества датчиков в современных мобильных устройствах, это известный факт, но вот сколько их и для чего эти датчики применяются – загадка. Многие производители указывают только основные общеизвестные датчики в телефонах , вроде акселерометра , гироскопа и датчика приближения . Но подавляющее большинство производителей вообще мало что пишут об использованных датчиках и другой электроники, которой напичкан их девайс.
Мы решили разъяснить ситуацию с датчиками смартфонов и планшетов. Цель статьи – рассказать, какие бывают датчики, для чего они служат, в каких устройствах их можно найти и каким образом.
Датчиками называются различные устройства, считывающие дополнительную информацию. Данные решения делают работу с телефоном, планшетом или другим гаджетом удобнее и добавляют устройству функциональности.
Наличие множества датчиков в современных мобильных устройствах, это известный факт, но вот сколько их и для чего эти датчики применяются – загадка. Многие производители указывают только основные общеизвестные датчики, вроде акселерометра, гироскопа и датчика приближения. Но подавляющее большинство производителей вообще мало что пишут об использованных датчиках и другой электроники, которой напичкан их девайс.
Мы решили разъяснить ситуацию с датчиками смартфонов и планшетов. Цель статьи – рассказать, какие бывают датчики, для чего они служат, в каких устройствах их можно найти и каким образом.
Основные датчики в смартфонах и планшетах
Акселерометр
(accelerometer, датчик ориентации, датчик ускорения) – самый простой датчик, который встречается в любом смартфоне или планшете. Служит, в основном, для регистрации поворота смартфона из портретной ориентации в ландшафтную. Часто, именно акселерометр называют G-Sensor. Вообще, акселерометр регистрирует разницу ускорения объекта и гравитационного ускорения по трём осям. Затем электроника вычисляет разницу, делает выводы и отправляет сигнал программному обеспечению - когда и в какую сторону повернуть экран. Отсюда вытекает главный недостаток акселерометра – если нет ускорения или оно не велико, то акселерометр перестает регистрировать положение устройства в пространстве или делает это с большой погрешностью. Это негативно сказывается на точности управления устройством, к примеру, в играх или при управлении квадрокоптером. Здесь на помощь приходит следующий датчик.
Гироскоп
(gyroscope) – также служит для регистрации положения устройства в пространстве, но, в отличие от акселерометра, может регистрировать угол наклона по трем осям даже неподвижного устройства. С помощью гироскопа в играх повышается точность, поскольку разработчикам будет доступна информация об отклонении устройства в градусах с погрешностью всего в 1-2 градуса. Многие считают, что даже недорогие смартфоны и планшеты оснащены гироскопом. Однако наш эксперимент показал, что недорогие смартфоны и планшеты не могут похвастаться наличием гироскопа – только акселерометр. Вот несколько смартфонов и планшетов, где гироскоп обнаружить не удалось:Гироскоп мы также не обнаружили в ,
А вот, где есть пресловутый датчик:
Гироскоп мы также обнаружили в , . И не стоит сомневаться, что гироскоп и солидный набор других датчиков содержится в ТОПовых решениях вроде , и других лучших современных смартфонах.
Удивительно, но в LG G4S и Asus FonePad 8 (про который мы уже писали - ) гироскопа в списке датчиков не видно, зато полно вспомогательных сенсоров:
Справедливости ради, нужно отметить, что вспомогательные датчики, рассмотренные нами в самом конце статьи, могут нивелировать отсутствие гироскопического датчика, но, мы полагаем, не полностью.
Геомагнитный датчик
(geomagnetic field sensor, магнитометр) – датчик, реагирующий на магнитные поля земли. С его помощью можно определить стороны света, поэтому часто его называют электронный компас. В частности, наличие такого датчика сильно поможет устройствам без модуля GPS определить местоположение (не без помощи WiFi и вышек сотовой связи, разумеется). Магнитометр – один из ключевых датчиков, который совместно с акселерометром и гироскопом даёт возможность разработчикам использовать устройство на полную мощность. Иногда, для еще большего повышения точности, добавляют дополнительные аппаратные датчики схожей, но упрощенной функциональности вроде Geomagnetic Rotation vector sensor. Естественно, магнетометр можно использовать по прямому назначению: в качестве металлоискателя, для поиска проводки в стенах, в качестве компаса - ищите в магазинах приложений нужное.
Некоторые приложения для смартфонов, использующие геомагнитный датчик
Датчик приближения
(proximity sensor) – датчик позволяет определить предмет перед собой и расстояние до него. Представляет собой инфракрасный излучатель и приёмник. Когда на приемник не поступает излучения – предмета нет, а когда поступает – предмет, от которого отражается луч, есть. Этот датчик даёт возможность отключить дисплей, когда вы приблизили ухо к смартфону для совершения звонка. Продвинутые версии датчика используются в качестве датчика жестов (gesture sensor) – смартфон может распознать определенные жесты рук и совершить заданное действие. В некоторых случаях, датчик приближения может быть использован для отключения дисплея при использовании чехла (дешёвая альтернатива датчику Холла).Датчик освещенности
(light sensor, датчик света) – позволяет вычислить уровень внешней освещенности. Смартфон или планшет с датчиком освещенности способен самостоятельно повышать или снижать уровень яркости подсветки экрана, что очень удобно, поскольку регулировать яркости по нескольку раз в день не самое приятное занятие. В ТОПовых смартфонах и планшетах, может применяться продвинутая версия датчика освещенности – RGB сенсор, который способен уловить интенсивность основных цветов (красный, зеленый и синий) для дальнейшей настройки картинки на дисплее или для корректировки баланса для фотографирования. Такой датчик можно найти в Galaxy Note 3, например. А в Galaxy Note 4 функционал датчика света расширился до измерения не только в видимом диапазоне, ни в ультрафиолете. Таким ультрафиолетовым сенсором можно измерить уровень излучения и определить пригодное для загара время суток.
Заключение по основным датчикам
Итак, наличие у смартфона или планшета исключительно акселерометра говорит о том, что это устройство самого низкого ценового диапазона и умеет только «вращать экран». Это удел дешевых смартфонов и планшетов. Конечно, есть вероятность, что производитель не дал вменяемой информации о типах используемых датчиков – в этом случае нужно начинать читать обзоры, в которых подробно изучается аппаратная начинка устройства с помощью приложения System Info for Android, к примеру.
Наличие у смартфона акселерометра, геомагнитного датчика, датчика приближения и освещенности, говорит о его достаточной оснащенности, но он все еще не очень хорош для управления квадракоптером или игр, где управление наклоном/поворотом возложено на перемещение смартфона пользователем. Эту проблему решает гироскоп – устройства с гироскопом точно отслеживают малейшие отклонения.
Наличие всех вышеперечисленных сенсоров, большого набора вспомогательных датчиков (рассмотрены в конце статьи) и большинства нижеперечисленных сенсоров свидетельствует в пользу того, что перед вами продвинутый аппарат, использование которого станет удовольствием, а его возможности превзойдут все ваши ожидания – это лучшие планшеты и смартфоны.
Датчики в дорогих смартфонах и планшетах
Датчик Холла
(Hall sensor) – улавливает магнитное поле, как магнитометр, но имеет простой принцип действия, то есть реагирует только на усиления поля, а не регистрирует напряженность по осям. Применяется для использования обложек типа Smart Cover – позволяет отключать экран при приближении к нему встроенного в обложку магнита. Этот сенсор указывается производителями редко, поэтому обращайте внимание на доступные аксессуары для смартфона или планшета – если среди них есть «умный чехол», то датчик Холла присутствует.
Барометр
(pressure sensor) – датчик, измеряющий атмосферное давление. Может применяться как по прямому назначению, так и в качестве помощника модулям GPS/ГЛОНАСС для ускорения определения местоположения устройства и высоты над уровнем моря (альтиметр).
Термометр
(ambient temperature sensor) – датчик температуры окружающей среды. Впервые появился у Galaxy S4 для улучшения работы приложения S-Health, но теперь применяется во множестве других дорогих смартфонов.Датчик влажности
(гигрометр) – также впервые появился в Galaxy S4 в качестве расширения функционала S-Health.
Шагомер
(педометр, step detector) – говорящее название сенсора намекает, что он определяет шагнул человек или нет. Это действительно отдельный сенсор, позволяющий точнее определить шаги и уменьшить нагрузку на акселерометр, который является шагомером в большинстве смартфонов без выделенного сенсора. В помощь шагомеру иногда добавляются Step Counter sensor и, даже, pedestrian activity motion sensor – счетчик шагов и датчик активности пешехода (вероятно, оценивает темп ходьбы). Такой датчик есть, например, в LG Nexus 5 и Galaxy Note 3.
Сканер отпечатков пальцев
(fingerprint sensor, Touch ID) – сенсор, считывающий уникальный рисунок отпечатка пальца. Странно видеть сканер отпечатков в статье про датчики – его лучше было бы отнести к разделу статьи про обеспечение безопасности устройства. Однако этот сенсор по праву может считаться одним из важнейших датчиков современного смартфона. С его помощью можно не только обезопасить свой смартфон, но также применять для открытия определенных приложений или подтверждения платежа.
Сканер сетчатки глаза
(retina scanner) – считыватель уникальной сетчатки глаза, это первое место пьедестала обеспечения безопасности. Такой датчик уже давно на слуху, но его практической реализации в смартфонах или планшетах, пока что, замечено не было.
Датчик сердцебиения
(измеритель пульса, пульсометр) – впервые появился в Galaxy S5 для того, чтобы смартфон окончательно стал полноценным персональным тренером. Приложение S-Health стало получать больше данных о человеке до, во время и после тренировок и смогло давать более точные персональные рекомендации.
Дозиметр
- определяет дозу ионизирующего излучения или его мощность. Иными словами, можно измерить радиоактивный фон. Вживую, аппарат со встроенным дозиметром мы не встречали, но поговаривают, что в Японии есть смартфон Pantone 5, оснащенный этим датчиком. Мы не удивлены.
Вспомогательные датчики, которые можно встретить во многих смартфонах и планшетах
Иногда, для еще большего повышения точности, добавляют дополнительные аппаратные датчики схожей, но упрощенной функциональности (вы могли видеть их на представленных выше скриншотах).
Наверняка существуют и другие датчики, но секреты их применения все равно знают только разработчики операционных систем и другого программного обеспечения.
Современный смартфон — это не просто звонки и SMS, а намного большее. Но сегодня мы поговорим не о том, как выходить с этих устройств в интернет, не о их гиперкоммуникационных возможностях и не о преимуществах той или иной мобильной операционной системы. Статья будет посвящена датчикам и сенсорам, которыми разработчики оснащают современные устройства, чтобы их функциональность стала еще более разнообразной. Итак, что такое датчики и сенсоры? Это микроустройства в самом смартфоне (плеере, планшете, навигаторе, ноутбуке, цифровой фотокамере, игровой консоли и т.д.), которые делают его умным, а также связывают с внешним миром. Без них смартфон не будет столь интересен и востребован, так как гаджет окажется без связи с окружающей средой. Именно с помощью датчиков и сенсоров появляется связь с миром вокруг, а значит, появляются новые удивительные функции.
Из основных датчиков и сенсоров, известных многим, и без которых сегодня не обходятся разве что совсем уж бюджетные мобильные телефоны, можно выделить следующие:
1. Proximity Sensor
2. Accelerometer
3. Light Sensor
4. Gyroscope Sensor
5. Magnetic Field Sensor (магнитный компас обычно не считают датчиком, но мы все-таки включили его в перечень)
Proximity Sensor (Датчик приближения)
Датчик приближения позволяет определить приближение объекта без физического контакта с ним. Например, датчик приближения, установленный на мобильном телефоне, позволяет отключать подсветку экрана при приближении телефона к уху пользователя во время разговора. То есть, его основная задача заключается в блокировании смартфона, чтобы пользователь не нажал случайно, скажем, щекой на отбой. Кстати, в данном случае экономится и заряд аккумуляторной батареи. Естественно, производители всячески пытаются расширить возможности этой функции. Например, год назад в Samsung Galaxy S3 появилась функция «Прямой вызов», которая при поднесении устройства к лицу позволяет звонить контакту, чьи сведения, журнал вызовов или данные о сообщениях отображаются на экране. Так же телефон с этим датчиком можно спокойно класть в карман или чехол, не боясь случайно совершить ненужный звонок.
Вообще, управление движениями — это следующий этап в общении между человеком и техникой, над чем сегодня работает масса производителей. Например, в прошлом году компания Pioneer представила модельный ряд автомобильных мультимедийно-навигационных GPS-систем, управлять которыми можно с помощью жестов. Pioneer назвала свою разработку «Air Gesture». Если пользователь подносит свою руку к передней части экрана мультимедийно-навигационной системы, она выводит окно с названием воспроизводимой в данный момент композиции и часто используемые команды управления: «Установить в качестве пункта назначения» и «Установить любимое место в качестве пункта назначения». Как только пользователь уберет руку от экрана, эти команды исчезнут, а навигационная карта снова отобразится на всем экране. Кроме того, путем перемещения рук по горизонтали, определенные функции, заданные пользователем, могут быть вызваны без нажатия кнопки. Можно установить одну из 10 функций, включая «Переключение между навигацией и AV-функциями» и «Пропуск воспроизводимой композиции / Воспроизведение предыдущей композиции». Датчик, который определяет движения руки, состоит из двух инфракрасных излучающих частей и одной приемной между ними. Когда рука движется к передней части экрана, приемный ИК-датчик обнаруживает отражения инфракрасного света. При горизонтально движущейся руке ИК-датчик определяет изменение таймингов инфракрасного излучения с правой и левой излучающих частей так, что становится понятным, в какую из сторон производится движение рукой. Кстати, производство моделей с пользовательским интерфейсом управления жестами Air Gesture уже началось.
Эта же функция реализована в новом флагмане Samsung Electronics — Galaxy S4. Кроме датчика приближения, рядом с фронтальной камерой расположен еще один датчик, который используется для распознавания жестов. Он распознает движения руки, принимая инфракрасные лучи, которые отражаются от ладони пользователя, и работает в паре с функцией Air Gesture, предоставляя пользователям возможность принять вызов, сменить музыкальную композицию или прокрутить web-страницу вверх или вниз буквально одним взмахом руки.
Accelerometer (Акселерометр)
Пожалуй, это самый распространенный датчик. G-сенсор, как его называют многие производители, сегодня можно встретить практически в каждом современном устройстве. Задача акселерометра проста — отслеживать ускорение, которое придается устройству. Вроде бы напрашивается вопрос, а зачем измерять ускорение смартфона? Но давайте задумаемся, в тот момент, когда мы переворачиваем телефон, происходит движения с ускорением. Акселерометр регистрирует его и, на основе полученных от него данных, запускает процесс, например, смены ориентации экрана. Датчик также используется для масштабирования страниц браузера при наклоне смартфона, обновление списка Bluetooth-устройств при встряске, в специфических приложениях, ну и, конечно же, в играх, особенно в симуляторах. Кроме этого, акселерометр используется в качестве карманного шагомера для подсчета количества шагов, сделанных пользователем.
В фотоаппаратах акселерометр используется для поворота отснятого кадра, а в ноутбуках — для срочной парковки головок жесткого диска, если вдруг компьютер падает. А в автомобилях он служит для срабатывания подушек безопасности при ударе. Проще говоря, акселерометр имеет дело с положением устройства в пространстве и наклоном корпуса, опираясь при этом на его ускорения при смене этого положения.
Light Sensor (Датчик освещенности)
Задачи этого датчика предельно просты и заключаются в том, чтобы определить степень наружного освещения и соответственно настроить яркость экрана. Благодаря такой автонастройке яркости, стала возможной экономия электроэнергии, особенно если вы хотите оптимизировать расход вашего аккумулятора. Пожалуй, это самый старый датчик в мобильном мире, и даже при том, что в работе этого датчика вроде бы нет никаких возможностей по улучшению функциональности, производители и в этом случае стараются сделать работу со смартфоном еще более комфортной.
Например, в мобильной операционной системе iOS 6 от Apple появилась возможность регулировки автояркости. Ранее датчик освещенности был полностью автоматизированным и регулировал яркость экрана на свое усмотрение. Теперь же пользователь получил возможность контролировать работу этого датчика. Вы можете легко определить уровень яркости, который комфортен для вас, и iOS принимает этот выбор во внимание при расчете уровня яркости для новых условий освещения. Однако для того чтобы датчик корректно функционировал, необходимо произвести небольшую настройку устройства.
Gyroscope Sensor (Гироскоп)
Если возможности акселерометра по большому счету исчерпаны, а сферы его применения четко ограничены, то устройство еще одного инерционного датчика, которым является гироскоп, в смартфонах освоены еще не до конца. История использования гироскопов берет свое начало еще в конце XIX века. Инерционные датчики на тот момент были распространены во флоте, так как с помощью гироскопа наиболее точно можно определить расположение сторон света. Позже, благодаря столь уникальной функции, гироскоп получил широкое распространение и в авиации. По своей конструкции гироскоп в мобильных телефонах напоминает классические роторные, представляющие собой быстро вращающийся диск, закрепленный на подвижных рамах. Даже при смене положения рам в пространстве ось вращения диска не изменится. Благодаря постоянному вращению диска, например, с помощью электромотора, и существует возможность постоянно определять положение объекта (в котором есть гироскоп) в пространстве, его наклоны либо крены.
Гироскопы в современных устройствах основаны на микроэлектромеханическом датчике, но принцип действия инерционного датчика остается тем же. В это же семейство входят акселерометры, магнитометрические и прочие узкоспециализированные датчики. Рынок этих миниатюрнейших элементов, также известных как MEMS, получил серьезный толчок для развития в тот момент, когда Apple начала устанавливать гироскоп в iPhone 4, а затем и в iPod Touch. Успешные продажи мобильных устройств привели к тому, что производители элементов MEMS успешно обосновались на мобильном рынке. Apple iPhone 4, где впервые был использован гироскоп и два MEMS-микрофона для подавления шума, произвел огромный эффект на индустрию телефонов. Например, в конце 2010 года менее пяти телефонов, выпущенных на рынок, могли похвастаться наличием гироскопа, а в 2011 году уже было представлено более 50 моделей телефонов и планшетов с гироскопом.
Гироскопы, встроенные в мобильные телефоны, делают качество игр наиболее высоким. С помощью данного датчика для управления игрой можно пользоваться не только обычным поворотом устройства, но и скоростью поворота, что обеспечивает более реалистичное управление. Кроме игр гироскоп используется в браузерах дополненной реальности для более точного позиционирования устройства в пространстве, а также в управляемых при помощи смартфонов на платформах iOS и Android радиомоделях летательных аппаратов.
Magnetic Field Sensor (Магнитный компас )
После прихода в наш мир GPS-приемников, появились и цифровые компасы, правда, в эпоху развития навигационных технологий от них не так много пользы. Магнитометр, как и привычный магнитный компас, отслеживает ориентацию устройства в пространстве относительно магнитных полюсов Земли.
Информация, полученная от компаса, используется в картографических и навигационных приложениях. На практике это устройство показало себя довольно хорошо и сегодня незаменимо в ряде игр и приложений, например, в браузере дополненной реальности Layar.
Прочие датчики и сенсоры
Барометр
Помогает с позиционированием и этот сенсор. Барометр стал появляться в смартфонах совсем недавно, с выходом Samsung Galaxy Nexus, и может уменьшить время подключения к сигналу GPS. Встроенный барометр измеряет атмосферное давление в текущем местоположении владельца смартфона и определяет высоту над уровнем моря. Многие флагманские смартфоны сегодня оснащаются не только приемниками GPS и ГЛОНАСС, но и барометром, благодаря чему захват сигнала от спутника и определение первоначального местоположения происходит мгновенно. Эта функция пригодится и в случае, когда пользователь передвигается по наклонным плоскостям, будь то холм или гора, потому что в зависимости от атмосферного давления и высоты, может подсчитать точное количество калорий, которые сжигаются во время прогулки. Ну и, соответственно, для определения давления и погодных условий прямо со своего смартфона.
Рассмотрим принцип работы этого датчика на примере смартфона Samsung Galaxy S III, где определение разницы давления может быть пересчитано около 25 раз в секунду. Такая скорость позволяет четко определять движение человека вверх и вниз, то есть использовать навигацию не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Таким образом, мы получаем объемную навигацию, которая полностью соответствует действительности. Например, при навигации в торговом центре вам будет недостаточно обычного GPS-навигатора, так как он укажет точку на плоскости земли, а не то, на какой высоте находится ваш маршрут. А автомобильные навигаторы могут ориентироваться в многоэтажных парковках и многоярусных дорогах.
Датчик давления позволяет это осуществить, и вы получите не только точные координаты заданного места, но и информацию, на каком этаже или высоте пролегает ваш маршрут. Обычно подобные датчики включают в себя и систему обработки данные, а их размеры находятся в пределах 3х3х1 мм. Крошечный сенсор реагирует на изменения по высоте с точностью до 50 см. Методика реализована путем сравнения внешнего атмосферного давления по отношению к вакуумной камере внутри датчика. Помимо вакуумной камеры и сенсоров, в миниатюрном корпусе устройства поместились встроенный микропроцессор, аналоговый усилитель, цифровой со-процессор и элемент энергонезависимой памяти.
Датчик температуры/влажности
Такой датчик стал новым дополнением к Samsung Galaxy S4. Он определяет уровни температуры и влажности окружающей среды через небольшое отверстие, расположенное в основании смартфона. А потом датчик определяет оптимальный уровень комфорта и отображает эту информацию на экране приложения S Health. Кроме этого, температурный датчик позволяет откорректировать погрешности давления, вызванные изменением температуры воздуха. Те же, кто хочет незамедлительно воспользоваться возможностями температурного датчика, могут обратить внимание на разработку ученых компании Robocat.
Они создали крошечный электрический термометр Thermodo, который подключается к телефону через порт наушников. Thermodo состоит из пассивных датчиков температуры, встроенных в стандартное 4-полюсное гнездо для наушников в прочном корпусе. Никакого подключения к сети не требуется, устройство получает питание от телефона и потребляет мало энергии. Когда измерение температуры не требуется, Thermodo можно повесить на ключи в виде брелока. С помощью Thermodo можно измерить температуру как в помещении, так и на открытом воздухе.
3D-сенсор
Сенсор, который постоянно сканирует окружающее пространство и создает компьютерную виртуальную модель с высокой точностью. Что-то подобное представляет из себя Kinect, но новая версия планшета Google Nexus 10 получила сенсор намного компактнее и уже есть готовые приложения, которые могут работать на планшете и продемонстрировать возможности не только самых современных игр.
Помимо прочего, сенсор Capri 3D, который был представлен в рамках конференции Google I/O 2013 компанией PrimeSense, умеет регистрировать движения и получать метрические параметры предметов. Кстати, эта развитие этой технологии доказывает предположение IBM, что в середине этого десятилетия общения с помощью приложений для видеоконференций начнут напоминать 3D-голограммы.
Безопасность
Недавно профессор Суортмор колледжа (штат Пенсильвания, США) Адам Дж. Авив продемонстрировал возможность осуществления атак, используя данные, полученные акселерометром смартфона. Оказалось, что данные, полученные сенсорами смартфона, могут помочь злоумышленникам получить доступ к кодам разблокировки устройства. Они могут узнать Pin-коды и пароли пользователя. Получать информацию через сенсоры гораздо легче, чем через приложения, загружаемые на смартфон, утверждает профессор. Исследователи провели анализ данных, полученных акселерометром, и составили своеобразный «словарь» движений смартфона при введении пароля, после чего разработали программное обеспечение, позволяющее расшифровывать Pin-коды при помощи данных, полученных с акселерометра. В ходе исследований ученым удалось правильно определить Pin-код в 43% случаев, а пароль — в 73%. Система дает сбои, когда пользователь находится в движении во время использования устройства, так как движения создают дополнительные помехи, и получить от акселерометра точные данные весьма трудно.
Эксперты, занимающиеся мобильной безопасностью, также считают, что чем больше у смартфона сенсоров, тем больше данных они могут зафиксировать, а это значит, что проблема защиты устройства становится более острой. Сейчас исследователи разрабатывают методы для предотвращения утечки данных, собранных гироскопами, акселерометрами или другими сенсорами. Так что можно предположить, что с развитием технологий и расширением функционала датчиков ситуация в сфере безопасности будет только накаляться.
Перспективы
Недавно американский изобретатель Джейкоб Фрэйден основал компанию Fraden Corporation и запатентовал систему бесконтактного измерения температуры для мобильных устройств. На тыльной стороне смартфона размещается небольшой инфракрасный датчик, который всего за секунду может снять показания температуры тела пользователя. Таким образом, в будущем смартфоны вполне могут превратиться в наших персональных медицинских помощников. Фрэйден собирается создать также средства измерения ультрафиолетового излучения и электромагнитного загрязнения. А вот сотрудники из лаборатории Next Lab Массачусетского технологического института утверждают, что скоро датчики в смартфонах смогут обнаруживать аритмию и тахиакардию, что заставит пользователей своевременно обращаться за помощью к врачам.
По мнению специалистов из IBM, к 2017 году смартфоны получат обоняние. Крошечные датчики запаха могут быть встроены в смартфоны и другие мобильные устройства. Обнаруженные следы химических соединений будут передаваться на мощное облачное приложение, способное проанализировать все, начиная от угарного газа до вируса гриппа. В результате, если вы чихнули, телефон сможет рассказать вам о вашей болезни.
Все самое интересное только начинается, и сегодня работы идут по массе направлений. Например, не исключено, что в ближайшем будущем ваш смартфон с помощью определенного рода датчиков научится имитировать тактильные ощущения. Вы сможете различать ткани, текстуры и переплетения. А звуковые датчики в сочетании массивными облачными вычислительными системами получат сверхчеловеческие слуховые возможности. Эх, чего только нельзя предположить, тем более, что масса предположений, расчетов и даже фантазий в последние годы стала сбываться с удивительной скоростью.
Если удалить из смартфона все датчики, он лишится внушительной части своих функций и превратится в довольно примитивный аппарат. Даже такие привычные пользователям действия, как изменение ориентации экрана при переводе гаджета в горизонтальное положение и автоматическое отключение дисплея при разговоре, не выполнялись бы без датчиков.
Стремясь выиграть конкуренцию на рынке, производители современной мобильной техники оборудуют свои аппараты огромным количеством сенсоров – ведь это повышает функциональность. В статье мы расскажем обо всех известных датчиках смартфонов – в том числе о тех, которые устанавливаются в новейшие модели.
Акселерометр – один из основных датчиков смартфона; его также называют G-сенсором . Функция акселерометра заключается в измерении линейного ускорения смартфона по 3-м осям координат. Данные о перемещениях устройства аккумулируются и обрабатываются специальным контроллером – естественно, происходит это за считанные доли секунды. Размещает крохотный датчик примерно по центру корпуса смартфона. Самостоятельная замена акселерометра при поломке исключена – придётся идти в сервис.
Кто должен поблагодарить разработчиков за акселерометры в смартфонах? Прежде всего, любители гоночных симуляторов, способные управлять виртуальными автомобилями, просто наклоняя аппарат влево-вправо. Именно акселерометр позволяет гаджету менять ориентацию экрана с портретной на ландшафтную, когда пользователь переворачивает устройство.
Впервые акселерометр появился на телефоне 5500 . Этот датчик вызвал бурный восторг у сторонников активного образа жизни, потому как позволял пользоваться шагомером.
У акселерометра есть один существенный недостаток: он может фиксировать положение только тогда, когда происходит ускорение – то есть когда гаджет перемещается в пространстве. Определить положение аппарата, лежащего на столе, акселерометр не способен. Нивелировать этот недостаток призван датчик-«партнёр» под названием . Такой датчик измеряет скорость углового вращения и обеспечивает более высокую точность данных по сравнению с акселерометром. У гироскопа, который прошёл процедуру калибровки, погрешность не будет составлять более 2 градусов.
Гироскоп активно используется в мобильных играх – в сочетании с акселерометром. Кроме того, этот датчик делает возможными камеры, создание панорамных снимков (гироскоп определяет, на сколько градусов был повёрнут смартфон), жестовое управление.
Первым смартфоном с гироскопом стал 4 . Сейчас гироскоп – далеко не экзотика; им (как и акселерометром) оснащается большинство современных девайсов.
Датчики приближения и освещения
Наличие датчика приближения (Proximity Sensor) в смартфоне – объективная необходимость. Если б такой сенсор отсутствовал, пользователю приходилось бы терпеть неудобства всякий раз во время разговора по телефону. Достаточно было бы легко коснуться щекой кнопки сброса – и разговор прекращён, нужно вызывать абонента снова. Функция датчика приближения очевидна: он блокирует экран гаджета, как только пользователь подносит устройство к уху . Этот сенсор позволяет владельцу смартфона не только общаться с комфортом, но и экономить заряд аккумулятора.
Датчик приближения «прячется» под фронтальным стеклом мобильного устройства. Состоит он из 2-х элементов: диода и детектора . Диод отправляет инфракрасный импульс (невидимый глазу человека), а детектор пытается поймать его отражение. Если детектору это удаётся, экран «затемняется». Сенсор способен регистрировать всего лишь 2 состояния: «посторонний предмет ближе 5 см » и «посторонний предмет дальше 5 см ».
Потрясающих результатов в экспериментах с датчиком приближения добилась компания . На основе этого сенсора корейский производитель создал датчик жестов , благодаря которому стало возможным бесконтактное управление смартфоном. Первый датчик жестов появился на Samsung Galaxy S3 – в 2012 году это стало настоящим прорывом.
Датчик освещённости (Light Sensor) не зря рассматривается в паре с датчиком приближения – как правило, эти два сенсора располагаются в непосредственной близости по отношению друг к другу. Датчик света – самый «старый» из всех датчиков, которые используются в мобильной электронике. Также он и самый простой – с конструкционной точки этот сенсор представляет собой полупроводник, чувствительный к потоку фотонов. Функция у датчика освещения не такая ответственная, как у датчика приближения: Light Sensor всего лишь регулирует яркость дисплея в соответствии с окружающими условиями.
В некоторых моделях Samsung (например, Galaxy Note 3 и Galaxy S5) установлены RGB-датчики . Сенсор RGB способен не только менять яркость дисплея, но и корректировать доли красного, зелёного, синего и белого цветов изображения на экране.
Разработчики Samsung Galaxy Note 4 дошли до абсурда: они научили датчик измерять освещённость в невидимом для человека диапазоне – ультрафиолетовом. Благодаря такой любопытной новации пользователь может, например, выбрать оптимальное время для загара.
Барометр и температурный датчик
Человеку с высокой чувствительностью к резким перепадам атмосферного давления просто необходимо иметь в смартфоне приложение-барометр. В Google Play, например, одна из подобных программ так и называется — «Барометр ».
Датчик-барометр способен не только предупреждать пользователя о приближении циклона – антициклона; это даже не основная его функция. Сенсор увеличивает эффективность и точность работы GPS-навигатора гаджета. Спутники GPS показывают, в какой точке земного шара находится искомое место – но не на какой высоте . Этот недостаток их работы и устраняется барометром. Датчик давления может помочь найти, скажем, офис определённой компании в многоэтажном здании бизнес-центра.
Температурные датчики, в отличие от барометров, присутствуют в большей части смартфонов – однако температуру на улице с их помощью не измеришь. Речь идёт о внутренних термометрах , задача которых – следить за тем, чтобы гаджет не перегревался. В одном смартфоне может быть уйма подобных сенсоров: первый контролирует графический ускоритель, второй – ядра процессора и так далее. Если возникает перегрев, внутренний термометр автоматически прекращает зарядку или снижает выходной ампераж.
Внешние термометры на гаджетах тоже встречаются, но они пока «в диковинку». Первым смартфоном со встроенным термометром стал Samsung Galaxy S4. Датчик оказался необходим для улучшения работы предустановленного приложения S Health.
Увы, у внешних термометров мобильных устройств есть существенный недостаток – невысокая точность. Данные искажаются из-за тепла, исходящего от тела пользователя и внутренностей самого аппарата. Решить эту проблему разработчикам пока не удаётся.
Для нужд приложения S Health на Samsung Galaxy S4 был установлен ещё один любопытный датчик – гигрометр . Этот сенсор измеряет уровень влажности, предоставляя пользователю возможность эффективно управлять микроклиматом в помещении.
Какие датчики позволяют следить за здоровьем?
Человеку, стремящемуся вести здоровый образ жизни, не помешает обзавестись гаджетом, который оснащён следующими датчиками.
Педометр (шагомер)
Функция педометра – считать расстояние, преодолённое пользователем, на основании количества совершённых шагов. Эту функцию способен выполнять и акселерометр, однако точность его измерений оставляет желать лучшего. Шагомер как отдельный датчик впервые появился на смартфоне Nexus 5.
Пульсометр (датчик сердцебиения)
Встроенный пульсометр – одна из инноваций Samsung Galaxy S5. Разработчики Samsung посчитали, что именно датчика пульса не хватает программе S Health для того, чтоб она могла считаться полноценным личным тренером. Среди пользователей пульсометр Samsung пока популярным не стал, потому как достаточно привередлив. Чтобы обеспечить точные данные, сенсору необходим тесный контакт с той частью тела пользователя, где кровеносные сосуды находятся неглубоко – например, с подушечкой пальца. Совершать пробежку, удерживая палец на датчике – удовольствие небольшое.
Датчик оксигенации крови (датчик SpO2)
Этот сенсор определяет степень насыщения крови кислородом. Он присутствует только на 2 смартфонах фирмы Samsung (Galaxy Note 4 и Note Edge) и «заточен» под приложение S Health. На девайсах датчик SpО2 совмещён со вспышкой для камеры и пульсометром. Пользователю достаточно активировать соответствующее приложение и приложить палец к вспышке на 30-40 секунд – после чего он увидит результат замера в процентах на экране гаджета.
Дозиметр
Таким датчиком оснащён выпущенный в Японии смартфон Pantone 5. Функция дозиметра – измерение радиации. Для японцев эта функция важна, потому как после аварии на АЭС в Фукусиме в 2011 году они вынуждены более внимательно следить за радиационным фоном. На европейском рынке смартфонов с дозиметрами нет.
Сканеры отпечатков пальцев и сетчатки глаза
Пользователи, которые считают, будто первый появился на iPhone 5S, сильно заблуждаются. Телефоны, способные сканировать отпечатки пальцы, выпускались и раньше. Ещё в 2004 году продавалась « » Pantech GI 100, оснащённая подобной технологией. 7 лет спустя представила модель Atrix 4g c дактилоскопическим датчиком. В обоих случаях пользователи отнеслись к технологии довольно прохладно.
Когда же в 2013 году Apple встроила в кнопку «Home» Айфона 5S, «яблочной» компании рукоплескали как эксперты, так и рядовые потребители. Apple больше повезло с эпохой: в «нулевых» вопрос о безопасности безналичных платежей не стоял так остро.
Сканер отпечатков пальцев избавляет пользователя от необходимости применять цифровые пароли для защиты данных, хранящихся на гаджете. Пароли легко взломать; обмануть дактилоскопический датчик сложнее в разы (хотя тоже возможно).
Сейчас устанавливать в смартфоны сканеры отпечатков пальцев стало модно. Такая технология используется не только многолетними лидерами рынка – Samsung, Apple, . Однако обсуждаемой эта технология стала только после того, как к ней обратилась компания Samsung – в Galaxy Note 7 установили сканер радужной оболочки глаза .
Датчик в Note отличен от тех, которые стоят в смартфонах китайских компаний. Идею Samsung вполне можно назвать революционной потому, что на Note 7 есть камера, которая ответственна только за сканирование глаз . «Китайцы» же считывают информацию с сетчатки селфи-камерой.
Метод, который используется гаджетами из Поднебесной, неэффективен. Дело в том, что глаз необходимо сканировать инфракрасным (ИК) лучом, но на фронтальных камерах ИК-спектр, как правило, фильтруется – ведь из-за него портятся . Выходит, что Samsung – пока единственный производитель смартфонов, который не заставляет пользователей делать выбор между качественными «себяшками» и безопасностью персональных данных.
Заключение
Всякий современный смартфон оснащён минимум 5-ю датчиками. В моделях-флагманах количество сенсоров доходит до «чёртовой дюжины», и производители вовсе не собираются на этом останавливаться. Специалисты IBM прогнозируют, что уже в 2017 году гаджеты получат обоняние, благодаря которому смогут предупреждать пользователя, например, о высокой концентрации чадного газа и о присутствии в воздухе вируса гриппа. С нетерпением ждём инноваций – ведь продолжение следует?
Акселерометр измеряет ускорение и позволяет смартфону определять характеристики движения и положения в пространстве. Именно этот датчик работает, когда вертикальная ориентация меняется на горизонтальную при повороте устройства. Он же отвечает за подсчёт шагов и измерение скорости движения во всевозможных приложениях-картах. Акселерометр даёт информацию о том, в какую сторону повёрнут смартфон, что становится важной функцией в различных приложениях с .
Этот сенсор сам состоит из маленьких датчиков: микроскопических кристаллических структур, под влиянием сил ускорения переходящих в напряжённое состояние. Напряжение передаётся акселерометру, который интерпретирует его в данные о скорости и направлении движения.
Гироскоп
Этот датчик помогает акселерометру ориентироваться в пространстве. Он, например, позволяет делать на смартфон . В играх с гонками, где управление происходит с помощью перемещения устройства, работает как раз гироскоп. Он чувствителен к поворотам устройства относительно своей оси.
В смартфонах используются микроэлектромеханические системы, а первые подобные приборы, сохраняющие ось при поворотах, появились ещё в начале XIX века.
Магнитометр
Последний в тройке сенсоров для ориентации в пространстве - магнитометр. Он измеряет магнитные поля и, соответственно, может определить, где находится север. Функция компаса в различных приложениях с картами и отдельные программы-компасы работают с помощью магнитометра.
Подобные датчики есть в металлодетекторах, так что можно найти специальные приложения, превращающие смартфон в такой прибор.
Магнитометр действует в тандеме с акселерометром и GPS для определения географического положения и навигации.
GPS
Где бы мы были без технологии GPS (Global Positioning System)? Смартфон соединяется с несколькими спутниками и высчитывает своё положение на основании углов пересечения. Бывает, что спутники недоступны: например, при большой облачности или внутри помещений.
GPS не использует данные мобильной сети, поэтому геолокация работает и вне зоны покрытия сотовой связи: даже если саму карту загрузить не получится, точка геолокации всё равно будет.
При этом функция GPS тратит много заряда аккумулятора, поэтому лучше её отключать вне надобности.
Ещё один способ геолокации, хотя и не очень точный, - это определение расстояния от вышек сотовой связи. Смартфон добавляет к данным GPS другую информацию, например силу мобильного сигнала, для уточнения местоположения.
Барометр
Многие смартфоны, в том числе iPhone, имеют этот сенсор, измеряющий атмосферное давление. Он нужен для регистрации изменения погоды и определения высоты над уровнем моря.
Бесконтактный выключатель
Этот сенсор обычно находится около динамика в верхней части смартфона и состоит из инфракрасного диода и датчика света. Он использует невидимый человеку луч, чтобы определить, находится ли устройство возле уха. Так смартфон «понимает», что во время разговора по телефону нужно отключить дисплей.
Датчик освещённости
Как можно догадаться по названию, этот сенсор измеряет уровень освещённости окружающей среды, что позволяет автоматически настраивать комфортную яркость дисплея.
Датчики с каждым новым поколением смартфонов становятся всё более эффективными, маленькими и менее энергозатратными. Поэтому не стоит думать, что, например, функция GPS в устройстве, которому уже несколько лет, будет работать так же хорошо, как в новом. И даже если в информации о новых смартфонах не указывают характеристики всех этих датчиков, будьте уверены, что именно они позволяют вам пользоваться многими впечатляющими функциями современных гаджетов.
