26 сентября 2019
Датчики современных смартфонов
Владимир Нимин
Продолжаем разбираться в устройстве смартфона. В прошлый раз смотрели экраны, а сегодня поговорим про датчики.
Акселерометр, также называют G-сенсор. Официальное определение гласит, что это устройство, измеряющее проекцию кажущегося ускорения. А если простым языком, то акселерометр помогает смартфону определить положение в пространстве, а также расстояние перемещения. Основные функции акселерометра:
- Автоповорот ориентации экрана;
- Также акселерометр можно настроить так, чтоб он реагировал на жесты и действия. Например, потрясти смартфон или перевернуть экраном вниз, чтоб заглушить вызов;
- Ещё акселерометр помогает считать шаги и помогает ориентироваться на картах (Google Maps и прочих)
Акселерометр – это громоздкое устройство, внутри которого находится инертная масса, реагирующая на все перемещения. Такой вариант для смартфона не подходил, поэтому придумали чип, имеющий кристаллическую структуру, пьезоэлектрический элемент и сенсор ёмкостного сопротивления. Когда смартфон перемещается/вращается, то пьезоэлектрический элемент выдаёт разряды, а сенсор их интерпретирует, таким образом определяя положение и скорость.
Акселерометр – базовый датчик, который есть в любом, даже самом дешевом, смартфоне. Хотя это на удивление технически сложный продукт. В смартфонах акселерометр понимает движения по 3 осям. Третья нужна для 3D позиционирования. К слову, акселерометр есть и во всех современных автомобилях, но там он обычно двухосевой (ибо автомобиль не крутится в воздухе).
Не все акселерометры одинаковые. Их делают из разных материалов. Соответственно, некоторые более чувствительные, некоторые менее.
Гироскоп – это один самых классных датчиков, о полезности которого для смартфонов долгое время никто не подозревал, пока на сцену не вышел Стив Джобс и не объяснил, как оно должно быть. Посмотрите презентацию этой шикарной функции, и как зал взорвался от восторга.
Не следует путать гироскоп и акселерометр. Эти датчики частично дублируют и дополняют друг друга. Гироскоп также служит для отслеживания положения устройства в пространстве, но он делает это путем определения собственного угла наклона относительно земной поверхности. Это очень важно, так как это означает, что в условиях нулевой гравитации, вы не сможете поиграть в Asphalt 9, используя в качестве управления наклоны устройства. Будьте внимательны!
Гироскоп (в отличие от акселерометра) не может измерять проделанное расстояние, зато гораздо точнее определяет положение в пространстве. Для понимания посмотрите, пожалуйста, видео со Стивом Джобсом выше. Начиная с времени 1:10 Джобс показывает, как определяет положение объекта в пространстве акселерометр и как гироскоп.
Обычно в современных смартфонах оба датчика работают в тандеме. Гироскоп важен для игр, дополненной реальности, а также ряда других приложений. Нередко в дешевых смартфонах производитель предпочитает экономить на гироскопе.
Датчик приближения (proximity sensor). Как видно из названия, это датчик, который помогает определить наличие перед ним объекта. Самый простой пример – это отключение экрана, когда смартфон подносят к уху. Также датчик приближения исключает фантомные включения экрана, когда смартфон находится в сумке или кармане. Такой датчик может сам или в комбинации с фронтальной камерой отслеживать движения рукой над экраном для выполнения каких-либо функций. Например, пролистывание странички в браузере и тому подобное. Существует множество технологий датчика приближения. Он может работать по типу радара, сонара, эффекта Доплера, есть инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент.
Базовый датчик приближения, отключающий экран при поднесении к уху, есть, кажется, уже во всех смартфонах. Но продвинутость датчика можно оценить по наличию дополнительных функций.
Датчик освещения – здесь всё просто и понятно. Такой датчик помогает автоматически выставить яркость экрана. Датчик освещения уже считается базовым датчиком, но в дешевых смартфонах на нем могут сэкономить. И тогда придется каждый раз выставлять яркость вручную.
Современный датчик освещения обычно работает в комбинации с ИИ смартфона. Например, если датчик выставил определенную яркость, а вы его вручную поправили, то смартфон возьмёт на заметку и в следующий раз самостоятельно сделает экран поярче. Соответственно, всегда давайте датчику освещения освоится и подстроиться под ваши привычки прежде, чем осуждать его работу.
Датчик Холла – один из самых таинственных датчиков в смартфоне, ибо мало кто знает, зачем он нужен. Датчик, основанный на, так называемом, эффекте Холла, фиксирует магнитное поле и измеряет его напряженность. Говоря языком физики: электроны в проводнике всегда перпендекулярны (угол 90 градусов) направлению магнитного поля. Плотность электронов на разных сторонах проводника будет отличаться, возникает разность потенциалов, которую и фиксирует датчик Холла.
Но в смартфонах используется упрощенный датчик Холла, фиксирующий только наличие магнитного поля.
Обычно датчик Холла нужен для дополнительных аксессуаров. Например, именно он включает экран iPad, когда пользователь снимает магнитный чехол. Кстати, в этой функции датчик приближения вполне может подменить датчик Холла.
Также датчик Холла работает в паре с компасом, делая работу последнего более точной.
Компас (магнитомер) – это очень важный датчик, даже если вы не занимаетесь спортивным ориентированием. Именно компас отвечает за то, что на Google Maps пользователь видит не просто точку, а стрелочку, указывающую в какую-сторону вы смотрите.
Когда компас откалиброван, то отображение направления узкое. Чтобы откалибровать компас, откройте карты Google и крутите смартфон «восьмеркой»:
Барометр – обычно наличием подобного датчика могут похвастаться только флагманы. Барометр ассистирует GPS и помогает определить высоту. Наличие такого датчика полезно, так как на Google Maps уже появляются схемы зданий, и барометр определит на каком этаже вы находитесь. Также барометр используется в приложениях, определяющих физическую активность. Суть такая же: определить, сколько этажей вы прошли.
Датчик влажности – когда-то такой датчик был в Samsung Galaxy Note 4, а потом Samsung от него отказались. Роль очевидная. Датчик определяет уровень влажности.
Датчик сердцебиения/датчик кислорода в крови – ещё один фирменный датчик от Samsung, но он есть и во многих фитнес-браслетах. Работает совместно с LED-вспышкой. Прикладываете палец, LED светит вам свозь палец, а датчик измеряет, как отражаются световые волны. Волны отражаются по-разному в зависимости от пульса: кровеносные сосуды, то сужаются, то расширяются. По этому же принципу работает и функция определения кислорода в крови.
GPS – глобальная система позиционирования. По сути, это даже не датчик, а наличие у смартфона возможности коммуницировать со спутниками благодаря или отдельному, или мульти-чипу, поддерживающему сразу несколько систем. Сейчас у каждой развитой страны, есть своя система спутников. ГЛОНАСС в России, Galileo в Европе, BDS (или BeiDou) в Китае, QZSS (или Quasi-Zenith Satellite System) в Японии. Можно скачать программу GPS Test, которая покажет, какие спутники видит ваш смартфон. Например, на скриншоте ниже отображаются флаги GPS, ГЛОНАСС и Galileo.
GPS прекрасная технология, но медленная (пока там все спутники найдешь и опросишь) и потребляющая много энергии и хорошо работающая на открытой местности, поэтому была придумана ещё A-GPS (Assisted GPS). Принцип основан на том, что пока GPS ищет спутники, смартфон успевает опросить сотовые вышки, Wi-Fi сети, Bluetooth устройства на предмет местонахождения. Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта, а также снижается расход энергии.
Двухдиапазонный GPS. Поддержка этой опции появилась в устройствах начbfz с Android 7 и старше. iPhone так не умеет.
Обычно спутники посылают два сигнала: грубый и точный. Если говорить про GPS, то это каналы L1 и L5, а у Галилео это E1 и Е5. L1 – это грубый канал. В городе любой сигнал достигает до спутника не только напрямую, но и отражаясь от сторонних объектов (например, зданий), то есть к спутнику прилетает сразу несколько сигналов. Соответственно, и возвращается он также не один, и образуется примерная область нахождения, где все вернувшиеся сигналы пересекаются. Ещё есть точный канал L5. Этот канал гораздо меньше подвержен искажением, так как работает по принципу: Первый достигший спутника сигнал и есть верный (ведь он идет по самому короткому пути, а не через отражения), а остальные можно игнорировать.
Раньше L5 принадлежал только военным и спец объектам, но теперь спутников в небе стало много, и L5-спутников хватит на всех, поэтому было решено поделиться.
Вместо заключения
Счётчик Гейгера – самый неожиданный датчик, правда? Это японская тема. И насколько есть информация в интернете, такой датчик был только в телефоне Sharp Pantone 5, который вышел после аварии на атомной станции Фукусима-1.
Современный смартфон должен иметь на борту: акселерометр, гироскоп, датчик приближения и освещения. Также обязательно наличие компаса. Если без гироскопа можно обойтись, то точка на карте без направления раздражает. A-GPS уже есть во всех смартфонах. Отлично если GPS будет работать в двух диапазонах. Шикарно, если будет барометр.
Спасибо за статью, для общего развития полезно. Отдельное спасибо, что предупредили о невозможности поиграть в Asphalt 9 в условиях нулевой гравитации, а то я как раз собирался на днях…
Не беспокойтесь, берите телефон с собой на орбиту, выше уже ответили, что поиграть удастся.
«Датчик освещения уже считается базовым датчиком, но в дешевых смартфонах на нем могут сэкономить. И тогда придется каждый раз выставлять яркость вручную.»
В 2019 году этим промышляет наверно только самсунг.
Этим, возможно. Но искусственным позиционированием промышляют все. На набор фич влияет не их стоимость, а интерес потребителя. Взять те же копеечные NFC и беспроводную зарядку.
NFC и беспроводные зарядки не создают такого постоянного геморроя и дискомфорта, как отсутствие автояркости.
Ну, лично я бы предпочёл беспроводную зарядку взамен почти всегда невпопад работающей автояркости.
Как раз на самсунгах, когда она есть, всегда работает очень впопад.
да? вы хейтер? пришли в текст про датчики пнуть Самсунг? А, может, дешевых смартфонов в руках не держали? Что вы всем этим хотите сказать?
Упаси боже — просто время от времени присматриваю чего из самсунгов на замену своему S4 mini VE. Но из того что есть — либо одноразовые неразъемные корпуса (как у всех), либо нет датчика освещенности. Дешевые смартфоны, конечно же, держал, первый андроид был алкатель 3040Д — датчик освещенности там был, тогда как как в разного рода гелакси эйсах вдвое-втрое дороже его не было в то время, и спустя годы мало что поменялось. Хочу сказать только это и ничего более.
Рано или поздно появится датчик Adguard, который будет работать по подписке и не давать устанавливать другие Adguard-ы.
Прожал бы лайк, но негде
Технически очень печальный материал, который лучше было бы скрыть…
Акселерометр не может определить «когда вращается» — для этого нужен гироскоп. А гироскоп не может определить «когда перемещается» — для этого нужен акселерометр. На оба датчика всегда действует сила тяжести, по этому акселерометр в неподвижном состоянии видит центр земли и может понять, как позиционировано устройство. А гироскоп ничего вообще не понимает, так как он только воспринимает скорости вращения. Но как только вы начинаете играть и активно вращать устройство, за счет центробежных сил и ускорений по осям — все эти расчеты перестают работать по отдельности. И только обработка вращений (угловых ускорений) гироскопом, а линейных ускорений акселерометром — позволяет точно позиционировать устройство. И так как любые ускорения существуют и в невесомости, поиграть в Asphalt 9 на орбите вполне получится, так как там происходит непрерывное снятие информации с обоих датчиков. А вот ориентация экрана будет лажать, так как там, для снижения энергопотребления, происходит только анализ положения телефона по акселерометру (сила тяжести стала прилагать усилие на другую ось — сработало прерывание, телефон узнал на какую именно ость, сориентировал экран).
согалсен с вами по всем пунктам
» Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта, а также снижается расход энергии.
Двухдиапазонный GPS. Поддержка этой опции появилась в устройствах начbfz с Android 7 и старше.»
1) Уменьшается?
2) «начиная»?
3) и моложе?
>>датчик освещения обычно работает в комбинации с ИИ смартфона.
Совсем уже девальвировали термин. Банальная коррекция по нескольким точкам. Простейший эквалайзер, издавна существующий в каждом плеере. Но нет, это же целый, мать его, интеллект.
Неужели не стыдно за такую туфту?
плеер тоже запоминал и пытался предугадать?
Более того, даже пресеты в эквалайзере были)) А на счет предугадать… классическая интерполяция и экстраполяция. Причем простейшая. По двум соседним точкам коррекции.
Да, в том же плеере самсунга для сгн4 была опция включения определенного пресета эквалайзера в зависимости от тэга жанра.
Владимир, статья реально очень слабо написана и если б вы её привели в нормальный вид, а не пытались спорить с комментаторами, то было бы гораздо лучше.
Двухдиапазонный GPS. Поддержка этой опции появилась в устройствах начbfz с Android 7 и старше.
Понятно что корректор в отпуске, но всё таки… Word же наверняка Вам подчёркивал ошибку! Если Вы только не в Notepad текст набирали…
Да я давно не проверяю, там часто правильное подчеркивает, чо на каждое чтоли смотреть
Вот именно! Слушать бездушную железяку. Да чего она понимает!
Ну да, а перечитать статью перед публикацией было западло. https://uploads.disquscdn.com/images/b913019e198bdc3b7775cfa52f4bba560dbbb36272dfe5893c83f673f4106fd5.jpg
Я так понимаю, здесь много программистов сидит, можете подсказать, возможно ли собирать данные с GPS с частотой больше 1hz
Так кто мешает? Просто триангуляция довольно затратный для процессора математический процесс. Да и может в гражданских чипах стоять ограничение на частоту расшифровки навигационного сообщения. Вдруг вы его в свою ракету вставите.
На не бытовых приемниках (геодезических и аналогичных) скорость до 50гц.
Да, возможно.
Многие проф девайсы это умеют.
Дельная статья, хоть и не без огрехов:) Спасибо!
А ещё есть сканеры отпечатка пальца, радужки, может ещё что уже придумали:) Или они к датчикам не относятся?
Про gps — насколько я читал, точность гражданских девайсов ограничивается намеренно, а максимальная точность только для военных. Это уже не так?
Про GPS вообще автор откуда-то скопипастил и совсем не разбирается в технологии. Наверно лучше удалить этот бред про спутники, к которым идёт сигнал, да и про двухдиапазонные чипы тоже. Разобраться в вопросе и уже написать всё правильно. Я бы добавил ещё тепловизор в телефонах CAT.
Хоспаде, про GPS просто ересь написана, хоть бы статью в Википедии полистали, там всё что нужно написано. Спутники не принимают никаких сигналов:) L5 это не военный диапазон, а загрубление точности это по большей части было искусственным ограничением. Наличие второго сигнала L5 просто позволяет повысить точность вычислений на спутник, плюс L5 излучается на повышенной мощности.
Да, а ещё он физику не учил, но ссылается на неё))
«электроны в проводнике всегда перпендекулярны (угол 90 градусов) направлению магнитного поля. Плотность электронов на разных сторонах проводника будет отличаться, возникает разность потенциалов, которую и фиксирует датчик Холла» — это какая-то мешанина слов, за которую надо на кол сажать. Не понимаешь — не пиши.
Не ну писать то можно, но если уж взялся — проведи минимальный рисёрч в википедии, подтяни знания и проверяй информацию! Журналисты ёпрст.
не указано самое главное. все эти датчики сделано для слежки за покупателями. полезные же для них функции придуманы зачастую для галочки
Интересно, а как следить за покупателем с помощью датчиков освещенности, приближения, гироскопа, акселерометра, Холла, влажности?
🙂
замечательно. чем больше датчиков, тем лучше «картина». это если кратко
От датчиков вам поможет шапочка из фольги.
спасибо конечно, но глупых советов я не спрашивал
Увы, тогда треклятые датчики считают всего вас. Шапочка бы точно помогла.
Чем же дополняют «картину» датчики освещённости или приближения? Дайте угадаю…эммм…А! О! Освещённостью и фактом приближения к уху! Да, теперь «картина» слежки стала намного более дополненной.
Анализ больших данных может дать довольно неожиданные результаты. По освещенности, можно попытаться определить график работы и даже ее тип.
Всё это и больше можно определить по камерам. На кой чёрт безмозглый датчик в виде банального фотодиода ставить?
освещение: плохое
время: 22:00
местоположение: дома
реклама лампочек, светильников
🙂 Может я ребенка укладываю, или у меня светобоязнь, или фильм смотрю, или интим, или…
Могу порекомендовать 1001 способ сделать модную шапочку из фольги. Обращайтесь 😉
Всем. Только по гироскопу и акселерометру уже после 3х поворотов (плюс прямые) можно выяснить положение автомобиля скажем в Москве. Датчик освещенности поможет идентифицировать определенный сценарий. Нужно понимать, что датчики единомоментно мало что скажут, но чем больше данных собирается, тем больше из них информации можно достать. Приведу пример: по поведенческому фактору посещения сайтов можно вычислить пол, возраст, доход, специальность и должность человека. Вероятность угадать растет с количеством данных. Также с датчиками, одной фантазии может не хватить, почитайте специальные статьи, будете сильно удивлены. Ещё пример про вычислительную фотографию, когда не просто с матрицы получают свет и в итоге фото, а когда получают десятки фото и как при помощи датчиков и математики все обрабатывается и только тогда получается фото.
Нельзя ничего по ним определить. потому что они не покажут самое важное — скорость.
Можно. Акселерометр покажет ускорение, также известно время, следовательно можно вычислить скорость. Дальше идёт обработка больших данных по графу дорог города. В случае, когда очень надо, это не просто возможно, это уже используют.
если мыслить очень узко, то да. а синхронизация буфера обмена между устройствами (это кода всё ваше буферное добро, включая скриншоты и файлы хранятся на серверах чужих дядь) только для синхронизации между устройствами. все же добра вам хотят, да
Вы в самом начале ветки утверждали, что любые датчики придумываются для слежки изначально, а уж после как-то обосновываются для пользователя. Именно в этом я усомнился. При чём тут буфер обмена?
ну если даже такой яркий пример для тебя не показателен, «мои полномочия здесь всё» (С)
Куда смотрит редактор ресурса??
Очень жаль что автор вводит в заблуждение читателей своей (или copy paste?) статьёй о работе GPS и его аналогов. Как уже написали в комментариях — в телефонах установлен только приёмник сигнала со спутника. ТЕЛЕФОН НА СПУТНИК НИЧЕГО НЕ ОТСЫЛАЕТ!!!
Когда читаешь такую ересь, сразу под сомнение ставится качество всей информации предоставленной на данном ресурсе… Напоминает Яндекс Дзен…
Автор, да будет вам известно, что:
1. Гироскоп стремится сохранить своё положение в пространстве независимо от гравитации.
Поэтому гироскоп работает и вне гравитационных воздействий.
2. Телефонная система GPS — НЕ коммуницирует со спутниками, а лишь принимает сигналы.
«Говоря языком физики: электроны в проводнике всегда перпендекулярны (угол 90 градусов) направлению магнитного поля.»
Это НЕ язык физики.
Это язык детсадовца.
Цитата:
«Гироскоп также служит для отслеживания положения устройства в пространстве, но он делает это путем определения собственного угла наклона относительно земной поверхности. Это очень важно, так как это означает, что в условиях нулевой гравитации, вы не сможете поиграть в Asphalt 9, используя в качестве управления наклоны устройства. Будьте внимательны!»
Автор! Будьте внимательны!
Вы написали НЕ о гироскопе, а об обычном отвесе, вероятно.
Почитайте же о гироскопе хоть в Википедии, что-ли…
Поддержу. И гироскоп и акселерометр прекрасно работают в невесомости. Просто ускорение свободного падения, возникающее из-за тяготения, будет нулевым, что акселерометр и покажет. Да, возможно asphalt не заработает, поскольку ориентация устройства будет неизвестна, но датчики тут не причем;
Благодаря написанной статье, ее автор узнал многого нового о том как обстоят дела в реальности!
Опечатка в разделе про двухдиапазонный GPS. Первый абзац, первое предложение.
Статья интересная.
Если бы спутники могли бы на протяжении стольких лет двусторонне коммуницировать с миллиардами устройств оснащенными gps и не уходить в даун, сотовые вышки бы нафиг никому не упали.
Вы еще скажите что приставки триколора имеют двустороннюю связь со спутниками.
Да девайсам мощности не хватит, прежде всего.
Жесть.
Этот бред всё ещё не убрали.
«…инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент. » — иногда ставят теплое, иногда мягкое. Прочитал про датчик Холла и перпендикулярные электроны… Эльдар,
нельзя такое публиковатьв моем восприятии статья наносит прямой урон репутации ресурса«…инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент. » — иногда ставят теплое, иногда мягкое. Прочитал про датчик Холла и перпендикулярные электроны… Эльдар,
нельзя такое публиковатьв моем восприятии статья наносит прямой урон репутации ресурсаА причём здесь Муртазин?Статью написал Нимин.
Муртазин получается согласен с этой ахинеей?
«поэтому была придумана ещё A-GPS (Assisted GPS). Принцип основан на том, что пока GPS ищет спутники, смартфон успевает опросить сотовые вышки, Wi-Fi сети, Bluetooth устройства на предмет местонахождения.»
Что, опять??? Это не A-GPS описан, а частично LBS, частично иные методы.
Этот бред по-прежнему здесь?
Мда…
Ну про GPS уже все наверное отписались, добавлю про датчик давления. Очень сомневаюсь, что его действительно используют для определения не каком этаже находится телефон. Для этого придется вводить поправку на атмосферное давление именно в месте нахождения телефона.
А раз уж положение все равно определили, высота идет одним из параметров.
Скорее уж датчик давления как и датчик влажности просто чтоб был и для всевозможных программ мониторинга самочувствия.
Можно отслеживать медленно изменения в краткосрочной перспективе и долгосрочной. Тогда этаж несложно определить.
Вот что бывает, когда хипстер берется за научно-технические статьи.
«Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта,»
зачем его увеличивать?
Интересная статья, спасибо.