Как устроен гироскоп в смартфоне?

Гироскоп в телефоне

Современные смартфоны уже давно перестали быть обыкновенным средством связи, способным только совершать звонки и читать сообщения. Каждый пользователь знает, что его девайс способен открывать полноценные интернет-страницы, скачивать данные, делать фото, видеосъемку и множество других полезных и нужных операций.

Для большинства из них наиболее выгодно использование в режиме альбомной ориентации. Например, если телефон расположен горизонтально, то площадь захвата фотокамеры становится значительно шире, просматривать видеофайлы удобнее. Каким же образом достигается возможность менять размер экрана, просто повернув устройство? Ответ очевиден – гироскоп.

Гироскоп: устройство и принцип работы

Гироскоп – это устройство, позволяющее определить положение тела, на котором он установлен в пространстве. С самого появления он стал применяться в военной промышленности, авиации, автомобильном производстве и мореплавании. Первые модели были ориентированы на магнитное поле земли и стали отличным аналогом компасу.

Гироскоп мог работать практически в любом положении, невзирая на плохую видимость, тряску и прочие негативные условия. Постепенно размер устройства менялся, и его функционал значительно расширился. Например, в автомобилях стало возможно распределить нагрузку в зависимости от наклона рамы, выбрать оптимальное место для парковки. Со временем производители умных гаджетов и телефонов взяли его себе на вооружение.

Установленный в смартфоне миниатюрный прибор значительно расширил возможности устройства и облегчил использование. Ранее, чтобы посмотреть фото в полноэкранном режиме, нужно было установить соответствующую галочку в настройках или нажать кнопку, сейчас достаточно повернуть устройство, и смартфон сам адаптирует изображение, если в нем включена такая возможность.

Включение гироскопа (функция “Автоповорот” в телефоне) производится из меню настроек или из выдвижной шторки быстрого доступа в верхней части экрана телефона. В зависимости от модели, название может отличаться. Значок обычно символизирует смену положения и понятен пользователю даже с минимальными знаниями о возможностях устройства. При желании функцию можно так же просто деактивировать.

Самый простой вариант гироскопа, позволяющий передать физическое положение тела в электронном виде по необходимым координатам, выглядит как две подвижные единицы, которые постоянно находятся в контакте с активными датчиками, фиксирующими их положение. При повороте устройства двигается и весь гироскоп, посылая сигнал об изменившемся местоположении.

Современные устройства учитывают скорость движения подвижной части, силу давления. Именно поэтому в играх с гироскопическим управлением можно резко совершить движение в сторону, повернув устройство в желаемую сторону.

Как выяснить наличие гироскопа на устройстве

Если нужно узнать, оборудован ли ваш смартфон датчиком определения положения в пространстве, можно зайти в настройки и отыскать там пункт «автоматический поворот экрана». Если такой пункт имеется, то в вашем аппарате есть как минимум двухосевой гироскоп. Это тот вариант, который понимает наклон экрана влево и вправо. Если данных знаний вам кажется недостаточно, то можно скачать приложение, которое определит тип установленного датчика.

Gyroscope Test – программа, выдающая факты о вашем устройстве, расскажет о возможности использовать его для игр, требующих трехосевого датчика.

При запуске программы выводится окно с указанием обнаруженных физических датчиков:

  • Гироскоп.
  • Магнитный.
  • Акселерометр.

Каждый из них выполняет определенную функцию и позволяет устройству получать больше информации о местонахождении, положении и взаимодействии.

Следующим шагом является запрос на запуск необходимой симуляции. После этого пользователю демонстрируется живописная картинка с привязкой к текущему положению устройства. Двигая смартфон в том или ином направлении, можно насладиться представленной панорамой.

Где установлен гироскоп?

Если вам нужно купить устройство с гироскопом, то смело тыкайте пальцем в любой понравившийся товар в магазине электроники. Даже производители самых дешевых смартфонов устанавливают датчик ориентации экрана для возможности автоматического поворота дисплея. Если же вам хочется иметь такое устройство, которое сможет удивить своими возможностями и позволит играть в игры дополненной или виртуальной реальности, то обратите внимание на сегмент среднего и высокого уровня. Несомненно, лидеры на рынке мобильной электроники устанавливают в свои девайсы самые чувствительные гироскопы, которые позволяют получить незамедлительный отклик экрана на любое движение пользователя.

Естественно, графика играет первостепенную роль в достижении желаемого эффекта. Если вы хотите избежать торможений и зависаний навороченной игрушки, то обратите внимание на частоту процессора, количество ядер и объем оперативной памяти смартфона. Низкие показатели не позволяют запускать современные игры.

Что такое гироскоп в смартфоне и как он работает

Сейчас все смартфоны оснащены как минимум одним датчиком, а чаще всего несколькими. Самыми распространенными стали датчики приближения, освещения и движения. Большинство смартфонов оснащены акселерометром, реагирующим на перемещение устройства в двух или максимум в трех плоскостях. Для полноценного взаимодействия с гарнитурой виртуальной реальности нужен гироскоп, который определяет движения в любом направлении.

Гироскоп в смартфоне – это микроэлектромеханический преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Другими словами этот датчик рассчитывает изменение угла наклона относительно оси при повороте устройства.

Гироскоп относится к микроэлектромеханическим системам (МЭМС), которые совмещают в себе механическую и электронную часть. Подобные чипы имеют размеры порядка пары миллиметров или меньше.

Как работает гироскоп

Обычный гироскоп состоит из инерционного предмета, который быстро вращается вокруг своей оси. Тем самым он сохраняет свое направление, а смещение контролируемого объекта измеряется по изменению положения подвесов. В смартфоны такой волчок явно не поместиться, вместо него используется МЭМС.

Преобразование механического движения в электрический сигнал

В самом простом одноосевом гироскопе есть две подвижные массы, двигающиеся в противоположных направлениях (на картинке изображены синим цветом). Как только прикладывается внешняя угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, которая направлена перпендикулярно их движению (отмечена оранжевым цветом).

Под действием силы Кориолиса происходит смещение масс на величину пропорциональную прикладываемой скорости. Изменение положения масс меняет расстояние между подвижными электродами (роторами) и неподвижными (статорами), что приводит к изменению емкости конденсатора и соответственно напряжения на его обкладках, а это уже электрический сигнал. Вот такие множественные сигналы и распознаются гироскопом MEMS, определяя направление и скорость движения.

Вычисление ориентации смартфона

Микроконтроллер получает сведения о напряжении и преобразует их в угловую скорость в данный момент. Величину угловой скорости можно определять с заданной точностью, например до 0,001 градусов в секунду. Чтобы определить насколько градусов вокруг оси повернули устройство, необходимо мгновенную скорость умножить на время между двумя показаниями датчика. Если использовать трехосевой гироскоп, то получим данные о поворотах относительно всех трех осей, то есть таким образом определить ориентацию смартфона в пространстве.

Здесь стоит отметить, что для получения значений углов, необходимо интегрировать первоначальные уравнения, в которые входят угловые скорости. При каждом интегрировании увеличивается погрешность. Если вычислять положение только при помощи гироскопа, то со временем рассчитываемые значения станут некорректными.

Поэтому в смартфонах для точного определения ориентации в пространстве необходимы данные еще и акселерометра. Этот датчик измеряет линейное ускорение, но не реагирует на повороты. Оба датчика способны полностью описать все виды движения. Основное преимущество гироскопа над акселерометром в том, что он реагирует на движение в любом направлении.

Зачем нужен гироскоп в смартфоне

Повышенное внимание этому датчику оказывается последние пару лет, когда активно начали развиваться игры и приложения виртуальной реальности. Для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью программе необходимо точно определить положение человека в пространстве. Сейчас даже в самых бюджетных смартфонах установлен акселерометр, но его показания сопровождаются шумами, и датчик не реагирует на повороты и движения в горизонтальной плоскости. Следовательно, для полного погружения в виртуальную реальность в смартфоне обязательно должен быть гироскоп и акселерометр.

Как узнать есть ли в смартфоне гироскоп

Обычно в характеристиках смартфона указано, какие в нем есть датчики. Если же вы сомневаетесь в правдивости информации, то помогут специальные программы. Например, Sensor Box for Android показывает информацию о всех встроенных датчиках. Гироскоп в нем обозначен как Gyroscope. Есть и другие способы, которые мы описывали в этой статье.

Читайте также  Как узнать есть ли гироскоп в смартфоне?

Что такое гироскоп и для чего используется в смартфонах

Современные смартфоны и планшеты напичканы всевозможными датчиками, задача которых облегчить жизнь пользователя и предоставить новые функции. Например, датчик освещённости регулирует яркость экрана, датчик приближения отключает дисплей во время разговора, а GPS помогает определить местоположение.

Гироскоп в телефонах появился сравнительно недавно, но уже стал одним из необходимых датчиков, без которого комфортное использование устройства невозможно.

Что такое гироскоп

Гироскоп (gyroscope) – устройство, способное определять положение тела в пространстве основываясь на изменении угла наклона относительно осей координат. Он может отслеживать поворот вокруг двух осей, или вокруг всех трёх, что позволяет полностью определить положение тела в пространстве. По принципу действия гироскопы делятся на механические, лазерные и оптические.

Размеры оригинальных гироскопов не позволяют использовать их в мобильных устройствах, поэтому в них применяются микроэлектромеханические системы (МЭМС), изготовленные на кремниевой подложке. Они обладают миниатюрными размерами, меньше спичечной головки, а низкая стоимость позволяет устанавливать их даже в самые дешевые устройства.

С каждым поколением мобильные гироскопы становятся компактнее, при этом улучшается вибрационная стойкость и уменьшаются шумы. В результате, положение устройства в пространстве определяется более точно.

Какие функции выполняет гироскоп

Самая очевидная и простая функция, которую может выполнять гиродатчик – это автоматический поворот экрана. Это удобно, например, при просмотре фильмов или при чтении книг. Нужно лишь повернуть телефон горизонтально и видео автоматически развернётся на полный экран.

Появление гироскопа на смартфонах вывело на новый уровень мобильные игры. Если раньше для управления автомобилем в игре использовались виртуальные кнопки, то теперь поворачивать можно просто наклонив смартфон в ту или иную сторону. Помимо гонок, управление стало проще в шутерах, стратегиях, и в других играх. А в некоторые игры не получится поиграть на устройстве без гиродатчика, например, в нашумевшую недавно Pokemon Go.

Гиродатчик используется в навигационных программах для повышения точности данных. Также он даёт возможность управления жестами, например, можно перелистывать треки в плеере встряхиванием телефона, или сбрасывать входящий звонок перевернув устройство.

Принцип работы гироскопа

Классический механический гироскоп представляет систему из трёх обручей и вращающегося внутри них диска. Обручи шарнирно закреплены друг на друге таким образом, чтобы оси их вращения были перпендикулярны друг другу.

Принцип его работы прост – вращающийся диск всегда сохраняет своё положение в пространстве подобно раскрученной юле. Если попытаться его наклонить, то диск будет сопротивляться этому, а значит поворачиваться придётся кольцам, на которых он закреплён. Гироскоп устроен так, что каждое кольцо реагирует на поворот вокруг одной из трёх осей координат, а значит, в совокупности они полностью описывают положение тела в трёхмерном пространстве.

Принцип работы гиродатчика в мобильных устройствах немного отличается. Положение устройства в пространстве отслеживается с помощью вибрирующего пьезокерамического чувствительного элемента диаметром 3 миллиметра. Степень и направление вибрации отслеживается регистрирующей электроникой, а на основании этих данных вычисляется поворот устройства относительно осей координат.

Отличие от акселерометра

Гироскоп – не единственный датчик, отслеживающий положение устройства в пространстве. Акселерометр, или G-sensor, выполняет те же самые функции, но работает по другому принципу.

В то время, как гиродатчик занимается отслеживанием угла наклона, акселерометр следит за ускорением устройства в том или ином направлении. В результате этих измерений также можно вычислить положение устройства в пространстве, но с меньшей точностью. Гиродатчик предоставляет более точные данные, именно это делает его приоритетным для определения положения смартфона в пространстве.

Возникает закономерный вопрос: зачем нужен акселерометр, если гироскоп более качественно выполняет его функции? Дело в том, что гиродатчик отслеживает только вращение устройства вокруг осей координат, а движение вдоль оси без вращения он определить неспособен. Зато акселерометр это перемещение увидит и измерит. Это позволяет использовать акселерометр, например, в качестве шагомера.

В результате, эти два датчика успешно дополняют и компенсируют недостатки друг друга.

Стоит заметить, что на смартфоны иногда устанавливается датчик ориентации, который иногда путают с гироскопом. Он является комбинацией акселерометра и датчика магнитного поля, позволяет измерять наклон и вращение вокруг оси.

Недостатки датчика

Помимо уже рассмотренной неспособности отслеживать равномерное перемещение, гироскоп имеет еще один недостаток – накопление ошибок измерений. Погрешность в результаты измерений вносит множество факторов: температура, вибрации элементов телефона или окружающих устройств, и даже сердцебиение пользователя. Эти погрешности очень малы и незаметны для человека, но проблема заключается в том, что они постоянно накапливаются, и в какой-то момент ошибка станет заметной. Для обнуления погрешности необходимо провести калибровку гиродатчика, либо перезагрузить телефон.

Как определить, есть ли гироскоп в телефоне

Практически все современные модели смартфонов, за исключением крайне бюджетных, имеют на борту гиродатчик. Найти информацию о его наличии и отсутствии можно в описании модели на сайте производителя. Однако, наличие этого датчика стало таким привычным, что многие производители даже не упоминают этот факт в характеристиках смартфона.

В этом случае придётся воспользоваться сторонними программами. Отображать имеющиеся в устройстве датчики умеет популярный бенчмарк AnTuTu. Существуют и специальные программы, которые занимаются исключительно датчиками, их настройкой и калибровкой. Наиболее известные среди них – Sensor Sense и Sensor Kinetics.

Как включить и откалибровать гироскоп на Андроид

Функции включения или выключения гироскопа в телефонах не предусмотрено. Если устройство включено – значит, датчик работает. Можно лишь запретить определённым программам реагировать на изменение положения телефона, например, отключить автоповорот экрана. Гироскоп при этом продолжит работать, но его данные уже не будут использоваться для изменения ориентации экрана.

Для калибровки лучше всего использовать специальные программы для работы с датчиками смартфона, например, Sensor Sense. Нужно найти в списке датчиков гироскоп и нажать на кнопку «калибровка». Продвинутые пользователи могут при этом изменить некоторые параметры датчика, например, масштабный коэффициент и смещение по осям.

Модели телефонов с гироскопом

Гироскоп – один из тех датчиков, которые по умолчанию присутствуют даже в смартфонах среднего ценового сегмента, не говоря уже о флагманах. В этом списке представлены популярные модели различных производителей, в которых используется гироскоп:

  1. AppleiPhoneX, средняя цена 74890 рублей. Флагман от компании Apple, которая каждый год устанавливает ориентиры для остальных производителей. В этот раз iPhone ввёл моду на «чёлку» в верхней части экрана, в которой размещаются различные датчики и фронтальная камера.
  2. SamsungGalaxyS9+, 53990 рублей. Samsung не отстаёт от главного конкурента. Его особенность – закруглённые края, которые делают его визуально безрамочным.
  3. LGV30+, 34490 рублей. Удачная модель от LG, которая может похвастаться неплохими камерами. Разумеется, остальные характеристики тоже соответствуют цене и статусу.
  4. AsusZenfone5Z, 34840 рублей. Asus выпустил отличную модель для любителей хорошего звука. При этом мощность железа тоже заставляет обратить внимание на этот смартфон.
  5. SonyXperiaXZ, 32290 рублей. Телефон с типичным для Sony дизайном и с не самой лучшей камерой. В 2016 был неплохим сбалансированным вариантом, но сейчас за эти деньги можно купить более удачную модель.
  6. XiaomiPocophoneF1, 27990 рублей. Новинка от китайского производителя, призванная покорить международный рынок. Как всегда отличное соотношение цены и мощности железа.
  7. MeizuPro7, 19550 рублей. Прошлогодний флагман привлёк внимание необычным решением – на задней стороне телефона разместили небольшой дополнительный экран. Это позволяет делать селфи на основную камеру, а также получать различные уведомления.
  8. Honor10, 24990 рублей. Топовое железо в отличном корпусе за небольшие деньги – таков флагман компании Honor. Придраться можно разве что к камере и автономности.
  9. OnePlus6, 41190 рублей. Компания, называющая свой продукт «убийца флагманов», подтвердила свою репутацию. Мощность OnePlus 6 зашкаливает, но есть и недостатки: не топовая камера и отсутствие беспроводной зарядки.
  10. Alcatel3V5099D, 6289 рублей. Модель самого нижнего ценового сегмента. Не может похвастаться выдающимися характеристиками, его главные козыри – цена и неплохой дизайн.
Читайте также  В чем отличие планшета от смартфона?

Как смартфоны чувствуют мир. Часть 1: акселерометры, гироскопы и другие сенсоры

Что же такое МЭМС (MEMS)? Под этой аббревиатурой скрывается название «микроэлектромеханические системы» (Microelectromechanical systems). Они представляют собой миниатюрные устройства, содержащие микроэлектронные и микромеханические компоненты. Само название МЭМС, скажем прямо, совсем не на слуху у пользователей. Однако каждый день мы пользуемся множеством девайсов, основанных на базе этих решений. Самым простым примером микроэлектромеханической системы может служить акселерометр, который используется во всех современных смартфонах, игровых консолях и жестких дисках. Однако существует множество других систем, применение которых отнюдь не ограничивается потребительской электроникой. Решения на основе МЭМС находят применение в автомобильной промышленности, военной отрасли, а также медицине.

История и архитектура

Для начала немного истории. По большому счету, началом развития МЭМС можно считать 1954 год. Именно тогда был открыт пьезорезистивный эффект кремния и германия, который лег в основу первых датчиков давления и ускорения. Через 20 лет — в 1974 году — компанией National Semiconductor впервые было налажено массовое производство датчиков давления. А в 1990-х годах рынок микроэлектромеханических систем значительно вырос благодаря началу использования различных миниатюрных сенсоров в автомобильной электронике.

MEMS-системы получили приставку «микро-» из-за своих размеров. Составные части таких устройств имеют размеры от 1 до 100 мкм, а размеры готовых систем варьируются от 20 мкм до 1 мм.

В плане архитектуры МЭМС-устройство состоит из нескольких взаимодействующих механических компонентов и микропроцессора, который обрабатывает данные, получаемые от этих компонентов. Какого-то стандарта для механических элементов нет: по своему типу они могут сильно различаться в зависимости от назначения конкретного устройства.

В качестве материалов для производства МЭМС могут использоваться как и традиционный кремний, так и другие материалы: например, полимеры, металлы и керамика. Чаще всего механические системы изготавливаются из кремния. Его основные преимущества заключаются в физических свойствах. Так, кремний очень надежен — он может работать в течение триллионов циклов операций и при этом не разрушаться. Что касается полимеров, то этот материал хорош тем, что его можно производить в больших количествах и, что самое важное, с множеством различных характеристик под конкретные задачи. Ну а металлы (золото, медь, алюминий), в свою очередь, обеспечивают высокие показатели надежности, хоть и уступают по качеству своих физических свойств кремнию.

Стоит отдельно упомянуть и о таких материалах, как нитриды кремния, алюминия и титана. Благодаря своим свойствам они широко используются в микроэлектромеханических системах с пьезоэлектрической архитектурой.

Что касается технологий производства МЭМС, то здесь используется несколько основных подходов. Это объемная микрообработка, поверхностная микрообработка, технология LIGA (Litographie, Galvanoformung и Abformung — литография, гальваностегия, формовка) и глубокое реактивное ионное травление. Объемная обработка считается самым бюджетным способом производства МЭМС. Ее суть заключается в том, что из кремниевой пластины путем химического травления удаляются ненужные участки материала, в результате чего на пластине остаются только необходимые механизмы.

Результат, полученный с помощью объемной обработки

Глубокое реактивное ионное травление почти полностью повторяет процесс объемной микрообработки, за исключением того, что для создания механизмов используется плазменное травление вместо химического. Полной противоположностью этим двум процессам является процесс поверхностной микрообработки, при котором необходимые механизмы «выращиваются» на кремниевой пластине путем последовательного нанесения тонких пленок. И, наконец, технология LIGA использует методы рентгенолитографии и позволяет создавать механизмы, высота которых значительно превышает ширину.

В целом, все МЭМС можно разделить на две большие категории: сенсоры и актуаторы. Различаются они принципом своей работы. Если задача сенсора состоит в преобразовании физических воздействий в электрические сигналы, то актуатор выполняет прямо противоположную работу, переводя сигнал в какие-либо действия. Тот же акселерометр является сенсором, а в качестве примера устройства, использующего актуаторы, можно привести DLP-проектор (Digital Light Processing).

DLP-проектор BenQ использует актуаторы

Ну а теперь мы поговорим о каждом устройстве в отдельности.

Акселерометры

Самым распространенным МЭМС-устройством является акселерометр. Как уже говорилось выше, сфера его использования чрезвычайно обширна. Она охватывает мобильные телефоны, ноутбуки, игровые приставки, а также более серьезные устройства, такие как автомобили. Само предназначение акселерометра заключается в измерении кажущегося ускорения. В случае с мобильными телефонами он используется для многих целей. Например, для смены ориентации экрана. Или же выполнения каких-либо функций при «встряхивании» устройства. Кроме этого, не стоит забывать и об играх — они, пожалуй, составляют основную сферу применения акселерометров. Нынче уже сложно представить «продвинутую» игрушку, в которой не было бы реализовано управление посредством наклона телефона. Одним словом, акселерометр стал неотъемлемой частью смартфонов. Кстати, впервые он был установлен в мобильный телефон Nokia 5500. Благодаря акселерометру телефон можно было использовать как шагомер. Любители утренних пробежек были в восторге! Но, конечно, только после выхода Apple iPhone акселерометры достигли пика популярности. Да и в целом интерес к MEMS начал расти вместе с развитием платформ iOS и Android.

Nokia 5500 — первый телефон с акселерометром

Акселерометры также имеются в различных контроллерах игровых консолей, будь то обыкновенный геймпад или несколько иное устройство, например, контроллер движения PlayStation Move. Кстати, акселерометр используется и в анонсированном на днях шлеме виртуальной реальности Sony Project Morpheus.

Особое значение имеет акселерометр, применяемый в ноутбуках, а точнее, в их жестких дисках. Всем известно, что винчестеры — устройства довольно хрупкие, и в случае с лэптопами вероятность их повреждения возрастает в разы. Так, при падении ноутбука акселерометр фиксирует резкое изменение ускорения и отдает команду на парковку головки жесткого диска, предотвращая и повреждение устройства, и потерю данных.

Акселерометр InvenSense MPU-6500

По схожему принципу акселерометр влияет на работу автомобильного видеорегистратора. При резком ускорении, торможении и перестроении транспортного средства видеозапись помечается специальным маркером, который защищает ее от стирания и перезаписи, что значительно облегчает дальнейшие разборы дорожно-транспортных происшествий.

В целом самым большим и перспективным рынком для акселерометров и других МЭМС является автомобильная промышленность. Дело в том, что в отличие от рынка мобильных и игровых устройств, где акселерометры используются в развлекательных целях, в автомобилях на работе акселерометра основываются буквально все системы безопасности. С их помощью работают система развертывания подушек безопасности, антиблокировочная система тормозов, система стабилизации, адаптивный круиз-контроль, адаптивная подвеска, система Traction Control — и это далеко не полный список! Учитывая, что производители автомобилей уделяют особое внимание безопасности, количество применяемых акселерометров и других МЭМС будет лишь расти.

Краш-тест автомобиля Opel Vectra. В 90-е годы подушки безопасности зачастую были только опцией

Но несмотря на то, что рамки использования акселерометра довольно четко определены, разработчики продолжают думать над тем, в каких еще целях можно применять это устройство. Например, ученые из Национального института геофизики и вулканологии Италии Антонио Д’Аллесандро (Antonino D’Alessandro) и Джузеппе Д’Анна (Giuseppe D’Anna) предложили использовать акселерометр мобильного телефона как датчик землетрясений. Очень интересно! Исследования проводились с акселерометром iPhone, и результаты сравнивались с показаниями полноценного датчика землетрясений компании Kinemetrics. Как оказалось, мобильный гаджет способен улавливать сильные землетрясения силой более 5 баллов по шкале Рихтера, но только если он находится вблизи эпицентра подземных толчков. Результаты не настолько впечатляют, однако ученые уверены: чувствительность акселерометров будет только расти, и в будущем они смогут определять и менее сильные землетрясения. Остается лишь вопрос: зачем акселерометру телефона измерять силу подземных толчков, когда есть датчики землетрясения? Все дело в том, что ученые ставят своей целью создание в будущем целой сети из смартфонов в сейсмически активных районах. В теории, при землетрясениях данные со смартфонов будут поступать в аналитический центр, что позволит определять наиболее пострадавшие от стихии районы и правильно координировать спасательные операции. Идея более чем интересная и, главное, действительно востребованная в некоторых уголках мира, однако сейчас сложно представить, как она будет реализована на практике.

Читайте также  Что такое поддержка nfc в смартфоне?

Теперь поговорим о самой конструкции акселерометра. Существует несколько видов устройств в зависимости от их архитектуры. Работа акселерометра может основываться на конденсаторном принципе. Подвижная часть такой системы представляет собой обыкновенный грузик, который смещается в зависимости от наклона устройства. По мере его смещения изменяется емкость конденсатора, а именно меняется напряжение. Исходя из этих данных, можно получить смещение грузика, а вместе с тем и искомое ускорение.

Гироскоп в телефоне – что это такое и как работает

Функциональные возможности современных мобильных телефонов давно вышли за рамки совершения звонков и обмена текстовыми сообщениями SMS. Смартфон сегодня это универсальный гаджет, начиненный всевозможными сенсорами. Имеются во многих моделях и специфические датчики, с помощью которых телефон может определять свое положение в пространстве. Примером таких чувствительных устройств являются гироскоп и акселерометр.

Что такое гироскоп и для чего он нужен, принцип работы

Начнем с того, что гироскоп – это механическое или электромеханическое устройство, способное определять собственный угол наклона относительно земной поверхности. Если сравнивать его с другими подобными устройствами, изобретен он был относительно поздно, а именно в 1817 году. Основной элемент конструкции гироскопа представляет собой вращающийся вокруг вертикальной оси ротор-волчок, причем его ось может изменять положение в пространстве, а скорость вращения волчка значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Благодаря этому волчок всегда сохраняет свое положение независимо от действующих на него извне сил, в чём и заключается весь принцип работы гироскопа.

Первоначально это нехитрое устройство использовалось в качестве учебного пособия. Практическое применение ему нашли только спустя 60 лет, когда инженер Обри додумался устанавливать его в торпеды для стабилизации их курса. Сегодня это полезное изобретение, будучи многократно усовершенствованным, широко применяется в самых разных механизмах. Для точного определения положения в пространстве гироскопы используются в морских судах, самолетах, космических аппаратах, ракетах, симуляторах, радиоуправляемых устройствах вроде квадрокоптеров и, конечно же, в смартфонах.

Как устроен гироскоп в смартфоне, отличие гироскопа от акселерометра

Естественно, гироскоп в смартфоне существенно отличается в плане конструкции от классических гироскопов, хотя и служит той же цели. Механическая энергия в нём преобразуется в электрическую, формирующую последовательность битов – бинарный код, лежащий в основе всех компьютерных программных систем. Никаких вращающихся волчков в гироскопах электронных устройств, разумеется, нет, они слишком малы для этого. Вместо них используется подвижные массы вещества, смещение которых вызывает изменение электрической емкости конденсаторов, регистрируемое микропроцессором.

Вместо конденсаторов могут использоваться вырабатывающие ток пьезокристаллы, особенно часто встречающиеся в определяющих положение в пространстве датчиках другого типа – акселерометрах. Конструктивно акселерометры очень похожи на гироскопы, в них также имеется подвижный элемент – специальный грузик, смещение которого при наклоне устройства оказывает воздействие на пьезокристалл. Таким образом, скорость и давление преобразуются в электрический сигнал, обрабатываемый соответствующим образом микропроцессором. Итак, некоторое представление о том, что это такое гироскоп в смартфоне вы, надеемся, получили.

И вот еще пару моментов. И гироскопы, и акселерометры являются инерционными МЭМС-датчиками, отличаясь, однако, принципом получения данных. Если гироскоп определяет только угол наклона по отношению к земной поверхности, то акселерометр может измерять линейное ускорение, то есть перемещение по горизонтали относительно земли. На практике в смартфонах и прочих устройствах нередко устанавливаются оба датчика, которые прекрасно дополняют друг друга. Теперь давайте посмотрим, как узнать есть ли гироскоп в телефоне.

Как проверить наличие гироскопа в телефоне

Мы уже знаем, для чего нужен гироскоп в смартфоне, но как проверить его наличие на том или ином мобильном устройстве. Гироскоп используется всеми приложениями, регистрирующими наклон устройства – навигационными и строительными программами, 3D-играми, средствами просмотра 3D-панорамного контента, поворачивающим экран встроенным ПО и так далее. Но поддержка этих функций еще не означает, что указанный датчик в телефоне есть, ведь выше мы уже отмечали, что отчасти его может заменить акселерометр.

Если вы хотите узнать, интегрирован ли гироскоп в гаджет или нет, зайдите на официальный сайт производителя устройства, найдите там вашу модель и изучите ее технические характеристики. Есть и более быстрый способ получить нужную информацию. Установите на смартфон бесплатное приложение-бенчмарк AnTuTu Bеnchmаrk, в разделе «Мое устройство» оно выводит список всех датчиков, среди которых будут данные и о гироскопе. Если напротив пункта «Гироскоп» вместо его названия указано «Не поддерживается», значит, датчик на устройстве отсутствует.

В качестве альтернативы можно воспользоваться другим приложением – Sеnsor Sеnse. В отличие от AnTuTu Bеnchmаrk, кроме списка датчиков оно еще выводит все их показания. Ставим программу и смотрим, есть ли в списке гироскоп. Если нет, то нет его и на устройстве.

Стоит также обратить внимание еще на один замечательный программный инструмент – AIDA64, предоставляющий полный набор сведений о конфигурации устройства. Какие сенсоры есть на борту можно просмотреть на вкладке «Датчики». Если в списке будет значиться гироскоп, можно быть уверенным, что в телефоне он установлен.

Включение/отключение и калибровка гироскопа на Андроиде

Как правило, гироскоп в телефонах является самостоятельным датчиком, с программными настройками никак не связанным. Гироскоп либо есть, и он всегда включен, либо его нет, но тогда и ни о каком включении/отключении датчика не может быть и речи. Правда, пользователи часто спрашивают, как включить гироскоп на Андроиде, но этот вопрос исходит из недопонимания принципа его взаимодействия с программной частью устройства. Можно включить и отключить функции акселерометра, например, автоповорот экрана, но это опять же никак напрямую не связано с гироскопом.

То же самое касается калибровки гироскопа, отрегулировать программно можно лишь акселерометр. Встроенными средствами самой ОС это сделать вряд ли получится, для этих целей нужно использовать специальные утилиты вроде Accelerometer Calibration Free. Тут всё очень просто – мобильное устройство укладывается на ровную поверхность, а когда показывающий равновесие красный шарик окажется ровно в центре «прицела», нажимается кнопка «Calibrate».

В общем, если в сети вам попадется информация на тему как откалибровать гироскоп на Андроид, знайте, что речь идет о настройке акселерометра.