Датчики в смартфонах и планшетах

Содержание

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.

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.

Как выполнить калибровку акселерометра

Данный датчик является одним из самых полезных, ведь с его помощью определяется ориентация устройства в пространстве, да и многое игры используют данный сенсор для управления, к примеру, для контроля автомобиля на трассе. Если по каким-то причинам он работает не корректно вам стоит выполнить следующие действия. Для выполнения данного действия вам потребуется программа GPS Status & Toolbox.

  1. Скачиваем, устанавливаем и запускаем приложение.
  2. Теперь необходимо положить смартфон/планшет на ровную поверхность, чтобы в дальнейшем откалибровать датчик как можно правильнее. Значения наклона должны приравниваться к нулю, как показано на скриншоте.
  3. Нажимаем на левый верхний угол и попадаем в основное меню, где необходимо выбрать раздел «Калибровка акселерометра».
  4. Убедитесь в том, что устройство лежит на идеально ровной поверхности и выберете пункт «Откалибровать».
  5. Практически мгновенно программа выполнит необходимые действия, а на экране устройства появится надпись «Акселерометр откалиброван».

Преимущества и возможности

Плюсы такого устройства заключается в том, что пользователь смартфона в любой момент сможет узнать о положении гаджета в пространстве. При том, что в играх и во время просмотров фильмов можно регулировать не только поворот экрана, но и скорость этого поворота, а это позволяет создать максимально точное управление телефоном.

Наличие датчика определения положения смартфона позволяет упростить процесс пользования им, а точнее – сделать максимально комфортными такие действия как чтение книг, просмотр видео и пользование приложениями. Иногда, прежде чем акселерометр начнет работать, его нужно настроить, однако этот процесс занимает несколько минут.

Польза акселерометра

Стоит рассмотреть несколько «полезностей» этого датчика:

  1. При совершении утренних пробежек удобно включить шагомер. Контролируя свое перемещение с помощью этого приложения, можно узнать много сведений (пройденное расстояние, число шагов и т. д.), которые послужат стимулом для улучшения результата от занятий.
  2. Акселерометр также делает игровой процесс максимально комфортным. Полностью естественные движения тела позволяют игроку по-настоящему насладиться игрой. В этом случае эффективность основывается на амплитуде. Непринужденность и легкость делает процесс игры очень удобным и легким.
  3. В случае, если вам хочется занять какое-то удобное положение, к примеру, завалиться на бок, а устройство все же нужно использовать, акселерометр автоматически развернет его интерфейс, упрощая восприятие информации.
  4. Просматривать видео гораздо приятнее, если дисплей девайса развернется в альбомную ориентацию. Использование графических таблиц и написание текстов также удобнее с применением датчика акселерометра.

Особенности акселерометра

Акселерометр – это, если можно так сказать, способность планшета или телефона переворачивать изображение на экране. Акселерометр больше всего применяется при «серфинге» сайтов. Страницы сайтов обычно делают для прямоугольных мониторов, читать информацию с планшета становиться не совсем удобно, тут-то и понадобиться акселерометр, переверните ваш планшет, сайт сам примет доброжелательный вид и сразу станет удобно воспринимать информацию находящиеся на сайте.

Первый реагирует на изменение положения, а второй на линейное ускорение. Благодаря таким свойствам планшет или телефон точно реагирует на тонкие движение и изменение положения.

Преобразование показаний ADXL335 в ускорение (g)

Следующий фрагмент кода является наиболее важной частью программы. Он преобразует аналоговые выходные напряжения датчика в ускорение свободного падения (g)

Встроенная в IDE функция выполняет фактическое преобразование. Таким образом, когда мы вызываем , значение будет преобразовываться в -3000, значение – в 3000, а значения между ними – в промежуточные значения.

Значения -3000 и 3000 не являются произвольными. Они фактически представляют ускорение свободного падения (в милли-g, которое составляет 1/1000 g), измеренное датчиком, то есть ± 3g (от -3000 до 3000 милли-g).

Например,

  • Когда датчик выдает 0 вольт на оси x, то есть = 0, функция возвращает -3000, представляющие -3g.
  • Когда датчик выдает 3,3 вольта по оси x, то есть = 1023, функция вернет 3000, представляющие +3g.
  • Когда датчик выдает 1,65 В на оси x, т.е. = 511, функция вернет 0, представляющий 0g.

Термин относительный будет иметь больше смысла, когда выходное напряжение будет увеличиваться линейно с ростом ускорения в заданном диапазоне.

Наконец, выходной сигнал датчика уменьшается до дробного значения g с помощью деления на 1000 и выводится в монитор последовательного порта.

На следующих рисунках показан вывод данных акселерометра в монитор последовательного порта в разных положениях.

Рисунок 8 – Вывод акселерометра ADXL335 на оси X —Рисунок 9 – Вывод акселерометра ADXL335 на оси Y +Рисунок 10 – Вывод акселерометра ADXL335 на X +Рисунок 11 – Вывод акселерометра ADXL335 на оси Y —Рисунок 12 – Вывод акселерометра ADXL335 на оси Z +Рисунок 13 – Вывод акселерометра ADXL335 на оси Z —

Акселерометр — конструкция и типы преобразователей

Существует 3 основных типа преобразователей: емкостные MEMS, пьезоэлектрические и пьезорезистивные. Эти типы конструктивно различаются, но действуют аналогично.

MEMS

Наиболее распространены акселерометры MEMS. Эта технология недорогая и позволяет создавать микропреобразователи. Они состоят из гребенчатого конденсатора, грузила и соединяющих их пружин. Когда к датчику прикладывается сила, груз перемещается по пружинам, вызывая изменение емкости. Значение изменения преобразуется в электрический сигнал.

Пьезоэлектрический

Более дорогими, но не менее популярными являются акселерометры, использующие пьезоэлектрический эффект. Внутри преобразователя находятся микроскопические кристаллические структуры, которые под действием ускоряющего напряжения, в свою очередь, генерируют напряжение. Датчик их считывает и на основании этого определяет ориентацию и скорость движения.

Пьезорезистивный

Пьезорезистивный акселерометр работает как тензодатчик, то есть датчик, измеряющий напряжение. В центре акселерометра находится пьезорезистивный материал. Он деформируется под действием внешней силы, вызывая изменение сопротивления. Затем это изменение преобразуется в электрический сигнал.

Основные датчики в смартфонах и планшетах

(accelerometer, датчик ориентации, датчик ускорения)

Гироскоп

(gyroscope)

Гироскоп мы также не обнаружили в
,

,

,

,

ZTE Blade GF3,

,

А вот, где есть пресловутый датчик:

OnePlus One

Гироскоп мы также обнаружили в
Samsung Galaxy S III DUOS,

,

.

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 — подробный обзор Asus FonePad 8) 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.

Акселерометр — полезная функция в умных часах или телефоне

Покупая смартфон или умные часы, вы обязательно проверяете, что выбранная модель имеет хорошую камеру и устойчива к влаге. Однако вряд ли кто-то смотрит на загадочные названия, например, гироскоп или акселерометр. Конструкция второй составляющей — дело, которое вы уже хорошо знаете, но, к сожалению, не всем интересно, что означает наличие акселерометра в том или ином гаджете. И все же без встроенного в устройство акселерометра даже приложение, загруженное из Интернета, не будет считать шаги или сожженные калории.

Аналогично обстоит дело и с камерами, где акселерометр встраивается в систему стабилизации изображения. Без него невозможно делать идеально четкие фотографии. Однако помните, что не во всех приборах есть этот элемент. С другой стороны, акселерометр теперь становится стандартом в последних моделях.

Как работает акселерометр

Акселерометр, который так же называется G-сенсор, работает довольно просто: проводится измерение координат в пространстве, и вычисляется разница между гравитационным и абсолютным ускорением.

На основе этих данных система понимает, в каком положении находится мобильное устройство.

Все это происходит моментально, а на флагманах Андроид акселерометр дополняют датчики, измеряющие уровень линейности и усилителей тяжести, благодаря чему определение положения в пространстве происходит еще быстрей.

Эта комплектующая незаменима, а ее основа механическая. Ни одно программное обеспечение не способно определять положение в пространстве так точно и быстро, как это делает G-сенсор.

Что такое акселерометр

Если говорить простым языком, то акселерометр – это прибор для измерения ускорения. Он применяется как датчик изменения положения устройства в пространстве и таким образом определяет направление, степень, скорость отклонения. Именно акселерометр отвечает за разворот картинки на экране вашего смартфона при повороте корпуса или как еще пример, включает экран фитнес-браслета или смарт-часов, когда вы наклоняете запястье.

Сегодня акселерометр в телефоне – это обязательный элемент. Однако ещё десять-двенадцать лет назад первые смартфоны, в которых был G-сенсор, воспринимались как чудо. Давайте разбираться, зачем нужен этот датчик, если столько лет обходились без него.

Где применяется акселерометр?

Датчик ускорения применяется в самых различных сферах:

Навигационные устройства летательных аппаратов. Без приборов на основе гироскопов и акселерометров не может обойтись ни один самолет, вертолет и даже квадрокоптер. Так, например, для работы квадрокоптера необходимо минимум три гироскопа.

Автомобили. В автомобилях акселерометр интегрируется в системы безопасности и стабилизации. Прибор определяет экстренное торможение или дорожно-транспортное происшествие и запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности срабатывать.

Промышленность. Датчики активно используются в различных станках, агрегатах и производственных линиях в системах защиты для отключения питания в случае поломок или при достижении критических значений.

Электроника. В компьютерах и ноутбуках акселерометр применяется для защиты жестких дисков от ударов и падений. В случае обнаружения падения прибор отдает команду считывающим головкам принять безопасное положение для избегания повреждения диска и потери данных.

В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за смену ориентации экрана при повороте корпуса, а также за управление игровым процессом при наклонах гаджета. В фитнес-браслетах и часах акселерометр применяется для подсчета шагов, отслеживания сна и активации экрана поднятием запястья.

Бытовая техника. Да, акселерометрами могут оснащаться даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах акселерометр, обнаружив его падение, отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.

Как выполняется включение и выключение

Датчик или акселерометр используется в гаджетах для автоповоротов дисплея. Но эта опция не всегда включена в параметрах гаджета по умолчанию. В этой ситуации, в настройках телефона нужно подключить G-сенсор.

Способы подключения:

  • При помощи настроек. В них выбирается «Экран». После включается опция автоматических разворотов дисплея в момент, когда устройство меняет положение;
  • Через панель быстрого доступа в верхней части экрана телефона. Здесь пользователь может найти кнопку автоповорота экрана. После нажатия на нее запуститься работа акселератора.

Однако не всегда автоматическое переключение положения может быть удобным. Бывает, что постоянные перевороты дисплея доставляют множество проблем. Чтобы выключить функцию можно использовать вышеперечисленные способы.

GeoHash

GeoHash — алгоритм для преобразования 2 координат вида 37.571309, 55.767190 (долгота, широта) в 1 строку. Он похож на алгоритм бинарного поиска и работает очень быстро, почти не тратя вычислительные ресурсы.

В данном проекте используется для решения 2х проблем. Во-первых, необходимо как-то объединить находящиеся рядом точки, чтоб снизить поток избыточной информации. Для этого можно выбрать какой-нибудь радиус и объединять все точки, попадающие в окружность с этим радиусом. Но как выбрать радиус и центр этой окружности? Вычисление расстояния в сферических координатах — дорогостоящая операция, поэтому была использована GeoHash функция, позволяющая очень быстро определить относятся ли точки к одной области или нет. Эта функция выдает хэш в виде строки, длина которой определяется пользователем и влияет на точность кодирования. Чем больше длина хэша, тем меньше область и больше точность координат в одной области. Максимальная возможная длина геохэш-строки — 12 символов. Очень хороший результат для нашей задачи показывает длина хэша 7 или 8 символов.

Ещё одно применение этой функции — определение и фильтрация “скачков”. Мы будем считать, что если GPS приемник выдал подряд больше 3 (задается пользователем) координат с одним хэшем, то эта точка правильная и её нужно учитывать. Если же меньше — то, вероятно, это какое-то случайное значение, которое не нужно учитывать.

Маршрут без применения фильтра, основанного на GeoHash

Маршрут с применением фильтра на основе GeoHash. Длина строки (precision) — 8. Минимальное количество точек с одним геохэшем — 2

Маршрут с применением фильтра на основе GeoHash. Длина строки (precision) — 7. Минимальное количество точек с одним геохэшем — 3

Как видно из приведенных примеров GeoHash фильтр позволяет сильно сократить количество обрабатываемых точек. Это может быть критичным, если координаты должен обрабатывать сервер или если планируется сохранять маршруты в базе данных (к примеру).

Для чего нужен датчик?

С его появлением смартфоны обзавелись дополнительным функционалом, без которого сейчас трудно представить свою жизнь:

  • Измерение точного количества пройденных шагов. Крайне полезная фишка для тех, кто ведет здоровый образ жизни, пользуется фитнес-трекерами;
  • Автоматический поворот изображения на экране. Ну здесь нет смысла объяснять. Без акселерометра пришлось бы постоянно тыкать пальцем в программную кнопку;
  • Упрощение игрового процесса (работает не повсеместно, а лишь в приложениях, которые поддерживают этот режим). Можно наклонять смарт вправо-влево в гоночных симуляторах для управления авто;

  • Встряхивание и прочие жесты для быстрого доступа к некоторым возможностям гаджета. К примеру, реально переключать треки в музыкальном проигрывателе, принимать/сбрасывать вызов и т.д. Вот у меня на Xiaomi можно перевернуть телефон дисплеем вниз и таким образом перевести звонок в беззвучный режим;
  • Предоставление более точной информации для программ с геолокацией (Карты Google, Яндекс Навигатор).

Перечислять можно долго. Что за датчик разобрались, теперь давайте перейдем к теории и умным словам, дабы понять принцип.

Полезный контент:

  • 5 ошибок, которые убивают ваш смартфон
  • Что такое Touch ID в устройствах Apple — iPhone, iPad
  • Датчик Холла в телефоне — что это?

Постановка задачи

Отсюда следует, что необходимо максимально улучшить показания GPS координат программно. Целью является реализация такого алгоритма на смартфоне, который решал бы следующие задачи:

  • Убрать проблему того, что пройденный маршрут постепенно увеличивается, когда машина фактически стоит на месте. Это происходит из-за того, что GPS координаты приходят с погрешностью, и на карте выглядит как “звезды”.
  • Отфильтровать резкие “скачки” в точку, удаленную от реального маршрута на значительное расстояние (до 500 метров)
  • Восстановить маршрут при кратковременной (~30–60 секунд) потере связи с GPS.

При этом алгоритм не должен израсходовать батарею за 3 минуты работы и всю доступную память. Желательно, чтоб он вообще не накапливал координаты, а обрабатывал несколько предыдущих и текущие.

Очередной поиск показал, что самым распространенным решением проблем позиционирования и шума является использование фильтра Калмана (см. подробное описание ниже). О нем есть огромное количество статей в интернете, целая куча книг и разных научных работ. В этой статье не будет подробностей о том, как и почему он работает, хотя бы потому, что нам нужно конкретное решение задачи, а не теория.

Возник такой вопрос: что, кроме GPS координат, может дать информацию о местоположении объекта? Можно использовать:

  1. wi-fi точки, но в нашем городе свободных wi-fi точек мало.
  2. Можно использовать GSM-вышки, но нужно составить их карту.

И всё это выглядит как магия, потому что очень большой точности от этих источников не добиться, погрешность может быть до 500 метров. Если бы можно было как-то узнать о том, как именно движется объект, т.е. в какую сторону и с какой скоростью, это прояснило бы ситуацию.

Первый же запрос выдал информацию о том, что современные (и не очень) смартфоны оснащены набором датчиков, среди которых почти всегда есть акселерометр, гироскоп и магнитометр. Гироскоп стали добавлять в относительно новые телефоны, но это и не очень критично. То есть, в теории у нас есть еще один источник данных, который может помочь в определении местоположения объекта. Главное разобраться, как использовать эти датчики для получения информации о том, в какую сторону направлен вектор ускорения.

Как работает акселерометр, принцип его строения

На картинке ниже изображена схематическая конструкция самого простого акселерометра.

Он состоит из инертной массы (в данном примере ее роль выполняет грузик), который прикреплен к подвижному, упругому элементу (например, к пружине). Пружина, в свою очередь, фиксируется на неподвижной детали. Для подавления колебаний грузика используется демпфер. Когда происходит встряска, наклон или поворот объекта, в который встроен акселерометр, инертная масса реагирует на силу инерции. С увеличением интенсивности и силы наклона, поворота или сотрясения увеличивается радиус деформации пружины.

Затем грузик принимает свою прежнюю позицию, благодаря пружине. Специальный датчик фиксирует уровень смещения инертной массы от ее положения в состоянии «покоя». Затем эти данные преобразуются в электрический сигнал, и передаются на обработку электроникой, и программным обеспечением. Благодаря полученным данным программа может «вычислить» изменения в физических изменениях расположения объекта.

Еще есть такое понятие, как ось чувствительности прибора. Если ось только одна, датчик сможет передать данные об изменении положения объекта в пространстве только в пределах чувствительности оси. Чтобы увеличить чувствительность датчика, и получить точные данные о силе и направлении наклона объекта, необходимо две, а еще лучше три оси. Объединив в один прибор сразу три оси, можно вычислить положение объекта в трехмерном пространстве.

Если акселерометр перестал работать

Не нужно тереть, ударять и трясти устройство, если акселерометр перестал работать. «Танцы с бубнами» тоже не дадут никакого результата. Проблему, связанную с функционированием акселерометра, можно попытаться решить посредством пары вариантов:

  • Ремонт программной составляющей (прошивка или настройка программного обеспечения);
  • Ремонт аппаратной части (техобслуживание или замена устройства).

Стоит отметить, что второй вариант — это дело профессиональных электронщиков.

Впрочем, стоит более подробно рассмотреть еще несколько значимых доводов в пользу этого приспособления.

Применение устройства

Акселерометр в мобильных устройствах является невероятно полезной опцией, которая также может сделать использование гаджета в разы удобнее. Чип используется в следующих программах:

  • Шагомер. Одной из основных задач акселерометра можно считать определение пройденных за определенный период времени шагов. Особо полезна представленная функция будет тем пользователям, которые любят спорт или следят за своим здоровьем;
  • Управление в играх. Это также не менее важная функция прибора. При наклоне мобильного устройства акселерометр сразу же это считывает и изменяет изображение на экране. Стоить отметить, что качество управления в основном будет зависеть от амплитуды движений, которые совершает пользователь;

Автоматический поворот экрана. Без сомнений, просмотр фильмов и различных видеороликов намного удобнее при горизонтальной ориентации экрана телефона. Это не только заметно упрощает восприятие изображения с гаджета, но и снимает лишнее напряжение с глаз пользователя. И за это также отвечает акселерометр, который автоматически изменяет ориентацию изображение после поворота устройства;

  • Навигация. Встроенный в гаджете акселерометр улучшает работу навигационных систем. Это будет очень полезно даже в процессе использования самого обычного компаса, который будет реагировать даже на небольшое движение мобильного устройства в системе координат;
  • Управление смартфоном. На некоторых моделях современных гаджетов имеется опция, благодаря которой пользовать может управлять работой приложений при помощи специальных жестов.

Определение и история

Основной функцией данного прибора является измерение ускорения наземного транспорта, летательных аппаратов, ракет и другой техники. Впервые он появился в конце XIX века. Устройство устанавливали на поезда и автомобили, чтобы иметь возможность отслеживать скорость, с которой они передвигаются.

Шкала отображала все возможные и максимально допустимые значения для конкретного вида транспорта. Такое строение позволяло предотвратить превышение скоростного режима и не допустить разрушения двигателя. Но был у этого помощника и один недостаток. Что это? Акселерометр был крайне громоздким. Так что впоследствии конструкция все время изменялась.

В Россию первые такие устройства попали уже в комплекте автомобилей Ford и Mercedes-Benz. Также они шли вместе с паровозами, произведенными в Германии. Была лишь одна проблема. Она заключалась в том, что эти акселерометры не выдерживали холодный климат. А потому предприятиям транспортного машиностроения России пришлось разрабатывать собственные модели.

Высокотемпературные и динамические среды

До появления акселерометров, рассчитанных на эксплуатацию при высокой температуре или в жестких условиях окружающей среды, некоторые разработчики вынуждены были использовать микросхемы со стандартным температурным диапазоном, выходя за пределы указанных в документации характеристик. То есть конечный пользователь должен был взять на себя ответственность и риски, связанные с аттестацией компонента для работы при повышенных температурах, что дорого и требует много времени. Известно, что герметичные корпуса весьма надежны при повышенных температурах и обеспечивают защиту от влаги и загрязнений, вызывающих коррозию. Analog Devices предлагает ряд компонентов в герметичных корпусах, характеризующихся повышенной стабильностью и высокой производительностью в широком диапазоне температур. Компания провела значительную работу по изучению производительности компонентов в пластиковых корпусах при повышенных температурах, в частности оценивалась способность выводных рамок и выводов микросхем выдерживать высокотемпературные процессы пайки и обеспечивать надежное крепление, способное противостоять сильным ударам и вибрации. В результате Analog Devices предлагает 18 акселерометров, функционирующих в диапазоне температур –40…+125 °C, среди которых можно назвать ADXL206, ADXL354/ADXL355/ADXL356/ADXL357, ADXL1001/ADXL1002, ADIS16227/ADIS16228 и ADIS16209. Большинство конкурентов не предлагают емкостные МЭМС-акселерометры, способные работать в указанных температурных пределах или в жестких условиях окружающей среды — например, в составе тяжелого промышленного оборудования или при бурении и разведке скважин.

Выполнение измерений угла наклона в очень жестких условиях окружающей среды с температурой выше +125 °C — задача чрезвычайно сложная. ADXL206 представляет собой высокоточный (точность измерения угла наклона ±0,06°) малопотребляющий МЭМС-акселерометр, предназначенный для приложений с высокотемпературными и суровыми средами, таких как бурение и разведка скважин. Этот компонент имеет керамический корпус размером 13×8×2 мм с двумя рядами расположенных по бокам выводов, который способен функционировать в температурном диапазоне −40…+175 °C с ухудшением характеристик после +175 °C и 100%-ной восстановимостью при возобновлении работы при температурах ниже +175 °C.

Для измерения угла наклона в динамических средах, где присутствует вибрация, например в сельскохозяйственной технике или беспилотных летательных аппаратах, требуются акселерометры с более широким диапазоном измерения ускорений, в частности ADXL356/ADXL357. Выполнение измерений в ограниченном диапазоне может привести к отсечке результирующего значения, что вызывает дополнительное смещение к выходному сигналу. Отсечка может возникнуть из-за того, что ось измерения присутствует в гравитационном поле 1 g, или из-за ударов с быстрым временем нарастания и медленным затуханием. При измерениях в более широком диапазоне величина отсечки сокращается, что уменьшает смещение, это в свою очередь повышает точность определения угла наклона в динамических приложениях.

На рис. 6 показаны результаты измерения в ограниченном диапазоне ускорений по оси Z акселерометра ADXL356, причем гравитационное поле 1 g уже присутствует в этом диапазоне измерений.

Рис. 6. Ошибка VRE акселерометра ADXL356, смещение по оси Z от 1 g, диапазон измеряемых ускорений ±10 g, ориентация по оси Z = 1 g

На рис. 7 даны те же измерения, но диапазон расширен с ±10 до ±40 g. Эти графики четко демонстрируют, что смещение, вызванное отсечкой, значительно уменьшается за счет расширения диапазона измеряемых ускорений акселерометра.

Рис. 7. Ошибка VRE акселерометра ADXL356, смещение по оси Z от 1 g, диапазон измеряемых ускорений ±40 g, ориентация по оси Z = 1 g

Акселерометры ADXL354/ADXL355 и ADXL356/ADXL357 обеспечивают эффективное выпрямление вибрационных колебаний, повторяемость результатов измерения на протяжении длительного времени и низкий уровень шума в компактном корпусе и идеально подходят для измерения угла наклона и крена как в статической, так и в динамической среде.

Принцип действия датчика

Пользователь, впервые столкнувшийся с термином «акселерометр» в списке характеристик смартфона, может заинтересовать, что это такое, как работает и выглядит. Ответить на эти вопросы несложно –  устройство, получившее название от латинского слова «accelero» («ускоряю»), применяется для измерения кажущегося ускорения.

Определяя этот параметр, датчик помогает программному обеспечению контролировать положение телефона в пространстве и расстояние, на которое был перемещён мобильный гаджет.

Между тем, даже зная, что такое акселерометр, некоторые пользователи не отличают его от гироскопа. На самом деле оба датчика могут измерять одни и те же величины, но полностью заменить друг друга не способны.

При этом гироскоп в телефоне необходим для определения угла поворота гаджета относительно определённой плоскости. А акселерометр требуется для контроля положения в пространстве путём измерения ускорения движения. Совместное использование устройств помогает программному обеспечению гаджета получить более точные результаты.

Рис. 1. Один из примеров работы акселерометра.

Рассматривая действие акселерометра и что это такое по большому счёту, стоит познакомиться с принципом действия классического приспособления:

  1. Основная часть датчика представляет собой инертную массу (например, грузик), прикреплённую к упругому элементу.
  2. Упругая деталь типа пружины фиксируется на неподвижном элементе.
  3. Пружина зафиксирована на неподвижной части конструкции.
  4. Колебания груза подавляются демпфером.
  5. При наклонах, встряске и поворотах гаджета инертная масса реагирует на силу инерции.
  6. Чем больше интенсивность и сила наклона, встряски или поворота, тем сильнее деформируется пружина.
  7. После возвращения массы на место под воздействием пружины уровень смещения относительно обычного положения фиксируется специальным датчиком.

Рис. 2. Конструкция стандартного акселерометра.

С другой стороны, ответ на вопрос по поводу акселерометра в телефоне – что это и как выглядит, будет немного отличаться. В данном случае он представляет собой миниатюрный элемент на плате с расположенной внутри инертной массой и выглядит обычно как маленький чёрный квадрат.

Основной принцип работы элемента мало отличается от стандартного – при изменении положения инертной массы определяется величина смещения, по которому рассчитываются показатели положения гаджета. Такие датчики стоят практически на любом виде мобильной техники – на телефоне или планшете.

Рис. 3. Внешний вид датчика для смартфона.

Как настроить?

Все современные гаджеты оборудованы акселерометром, если его нет, это говорит либо об очень бюджетной модели смартфона, либо о том, что он был выпущен много лет назад. Для того, чтобы добавить датчик контроля ускорения, не поможет новая прошивка или изменения в настройках, если он не был внедрен в процессе сборки, то с этим уже ничего сделать нельзя.

Если же он был встроен изначально, то его функции необходимо просто отрегулировать в настройках. Для этого следует зайти в Google Play и скачать любое приложение для калибровки. После этого запустить программу, установить смартфон на ровную поверхность и зайти в настройки утилиты, выбрать графу «калибровка акселерометра». После таких действий на экране должно появиться оповещение, которое нужно подтвердить, после чего начнется запуск настройки.

Чем отличается акселерометр от гироскопа?

Хотя в некоторых случаях гироскоп и акселерометр и могут выполнять одни и те же функции, это два абсолютно разных датчика, которые часто используются в паре для достижения максимального эффекта. Часто такой дуэт называют 6-осевым датчиком.

Акселерометр не умеет точно измерять угол поворота устройства в пространстве, а может лишь примерно его оценить. На практике это может выражаться в ложных срабатываниях и задумчивости в повороте экрана. И тут на помощь приходит гироскоп. Не вдаваясь в подробности о принципе работы данного прибора, скажем, что он может определять не только угол поворота устройства, но и скорость поворота, что, например, во время игры на смартфоне позволяет реализовать более быстрое и точное управление.

Иллюстрация работы механического гироскопа

Поэтому в большинстве устройств эти два прибора устанавливаются совместно для достижения наибольшей эффективности.

Области применения

Датчик ускорения применяется в следующих сферах:

  • Включается в состав навигации в летательных аппаратах. Приборы устанавливаются также в вертолеты и квадрокоптеры;
  • Автомобили. В них емкостный акселерометр устанавливается для систем безопасности и стабилизации. Датчик выявляет ситуации, когда необходимо выполнить экстренное торможение, а также помогает избежать аварии. Прибор запускает работу электрической цепи, она передает толчок на подушки безопасности и они моментально срабатывают;
  • Промышленность. G-сенсор устанавливаются в устройство станков, агрегатов. Их интегрируют в системы защиты для своевременного выключения питания во время поломок;
  • Для электроники. Датчики защищают жесткие диски от механических воздействий. При падениях прибор подает информацию на считывающие головки, и они переходят в безопасное положение. Это защищает от поломок диск,а также предотвращает потерю данных;
  • Датчики устанавливаются в смартфоны и планшеты. Они производят важные функции, изменяют положение во время поворота корпуса и другие действия.

Как узнать, есть ли акселерометр в телефоне

Практически во всех смартфонах и планшетах, выпущенных в эпоху Android и iOS, этот датчик есть. Даже в самом первом айфоне, выпущенном в 2007 году, и в первом Samsung Galaxy S, вышедшем в 2010-м.

Если вы сомневаетесь, есть ли он в вашем устройстве, то просто почитайте официальное описание. В ранних Андроид-смартфонах поворот экрана не обязательно включался по умолчанию, поэтому, если вы повернули свой телефон и дисплей не отреагировал, это ещё ни говорит об отсутствии акселерометра. Вероятнее всего, что он отключен в настройках телефона. Найдите похожую иконку, как на рисунке ниже и активируйте.

Универсальность

Воспользовавшись специальной программой «строительный уровень», пользователь получает возможность оценить ровность той или иной поверхности. Следует уточнить, что датчик в телефоне также позволяет облегчить поиск какого-то объекта в населенном пункте и может послужить компасом. Удовлетворить интерес пользователя помогут функции определения разгона автомобиля.

Многогранность применения и огромное количество возможностей акселерометра невозможно описать в этой статье.

Так чем же именно является акселерометр? Это и устройство измерения параметров физического плана, и ультрасовременная система управления. Это одно из самых интересных и полезных достижений науки и техники, которое позволяет людям наслаждаться комфортом и использовать данную технологию для своих потребностей.