Sledovali jste video na YouTube v režimu na výšku a velikost obrazovky nestačila. Chcete-li tento problém vyřešit, udělali jste to, co by udělal každý člověk s chytrým telefonem. Otočte telefon na bok.
Jakmile jste to udělali, video pohltilo celou obrazovku a všechny možnosti nabídky byly neviditelné, ale jak váš telefon věděl o své orientaci?
Kromě obrazovky s vysokou obnovovací frekvencí a skvělého uživatelského rozhraní má váš telefon několik senzorů, které detekují jeho orientaci v prostoru, ale jak tyto senzory fungují?
Pochopení základních přírodních sil
I když při dešti cítíte vítr na tváři a vodu na rukou, co necítíte, jsou základní přírodní síly.
Mezi tyto síly patří gravitační síla a elektromagnetická síla. I když jsou tyto síly nehmotné, ovlivňují vše, co děláme. Ve skutečnosti obrazovka vašeho smartphonu detekuje malé změny elektromagnetických sil, aby detekovala váš prst. Nejen to, ale také vaše tělesná hmotnost je definována gravitačními silami.
Jednoduše řečeno, gravitace působí na objekty silou, která způsobuje jejich zrychlení rychlostí 9,8 m/s^2. Díky tomuto zrychlení padají věci zpět na zem, když je hodíte.
Na druhou stranu elektromagnetickou sílu nelze pociťovat jako gravitační síly. To znamená, že pokud byste kamkoli na světě umístili kompas, detekoval by magnetické pole Země v této oblasti a vyrovnal se k severnímu pólu.
Ačkoli elektromagnetické síly umožnily několik technologických pokroků, nejsou všechny k dobrému elektromagnetická radiace ve vysokých dávkách může být pro lidský organismus nebezpečný.
Pochopení technologie senzorů na vašem smartphonu
Senzory na vašem smartphonu detekují změny přírodních sil, aby pochopily její orientaci v prostoru, ale jak tyto senzory fungují?
No, váš smartphone ano tisíce senzorů na základní desce, ale tři hlavní typy senzorů, které umožňují telefonu detekovat změny jeho orientace.
Tyto senzory detekce orientace využívají k měření přírodních sil Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS). K měření dat používají zařízení MEMS mechanické části uložené v křemíku, které generují elektrický signál. Pomocí těchto signálů váš smartphone detekuje změny sil, které na něj působí.
Níže je stručně popsáno, jak tyto senzory fungují.
- Akcelerometr: Jak název napovídá, akcelerometr se používá k detekci změn ve zrychlení na smartphonu. K detekci těchto změn používá akcelerometr zákon setrvačnosti, který říká, že těleso v klidu zůstane v klidu, dokud a dokud nepůsobí vnější síla. Pro použití tohoto konceptu je mezi pružinovými strukturami v MEMS senzoru zavěšena pevná hmota. Proto pevná hmota zůstává na svém místě, když je telefon zrychlován díky své setrvačnosti stlačující pružiny. Toto stlačení pružiny generuje elektrický signál oznamující smartphonu, že se zrychluje.
- Gyroskop: Gyroskop sleduje rotační síly na vašem smartphonu. Tato rotace měří Coriolisovu sílu působící na smartphone, aby odhadla, jak moc se otočil kolem svého těžiště. Jednoduše řečeno, Coriolisova síla působí na jakékoli těleso uvnitř rotujícího objektu díky jeho rotaci. Gyroskop má podobný design jako akcelerometr, ale je upraven tak, aby detekoval změny, když se smartphone otáčí.
- magnetometr: Vlivem proudů proudících v zemském jádru ji pohlcuje magnetické pole. Detekce těchto polí pomáhá smartphonu porozumět jeho orientaci se skutečným severem magnetického pole Země. Smartphony jsou vybaveny tříosým snímačem Hallova efektu pro detekci těchto změn. Tento senzor využívá Faradayovy zákony elektromagnetické indukce k detekci magnetických polí. Podle tohoto zákona generuje vodič s proudem elektromotorickou sílu, když se kolem něj mění magnetické pole. Díky těmto změnám napětí mohou být senzory použity k detekci jeho orientace vůči magnetickým pólům Země.
Nyní, když máme základní znalosti o senzorech v našich chytrých telefonech, můžeme se podívat na to, jak spolupracují při zjišťování polohy vašeho smartphonu.
Jak váš telefon ví, kdy otočit obrazovku?
Jak bylo vysvětleno dříve, akcelerometr dokáže detekovat změny ve zrychlení, ale tato data samotná nelze použít k detekci orientace smartphonu. Důvodem je, že gravitační síly vždy působí na akcelerometr a pro senzor je obtížné zjistit, kdy mají změny ve zrychlení otočit smartphone.
Smartphony používají k vyřešení tohoto problému fúzi senzorů, která umožňuje různým senzorům vzájemně komunikovat. Pro detekci orientace telefonu komunikuje akcelerometr s gyroskopem a magnetometrem.
Proto, když se telefon otáčí, akcelerometr detekuje změny ve zrychlení a poté komunikuje s gyroskopem. Díky této komunikaci může smartphone pochopit, zda jsou změny ve zrychlení určeny pro rotaci.
To znamená, že gyroskop je náchylný k chybám, protože nemůže vzít v úvahu gravitační síly působící na smartphone. K detekci změn orientace smartphonu je proto potřeba třetí senzor. Tento senzor není nikdo jiný než magnetometr na vašem zařízení.
Tento magnetometr se používá k detekci změn polohy smartphonu vzhledem k magnetickému poli Země. Tato data spolu s daty z akcelerometru a gyroskopu se používají k rozhodnutí, zda má být vaše obrazovka v režimu na výšku nebo na šířku.
Je technologie senzorů budoucností?
Akcelerometr, gyroskop a magnetometr detekují změny základních přírodních sil pomocí zákonů setrvačnosti a elektromagnetické indukce.
Smartphony používají tyto základní zákony k aktivaci funkcí, jako je autorotace a optická stabilizace obrazu. To znamená, že chytré telefony nyní nabízejí inovativní funkce tím, že kombinují data z různých senzorů.
Ukázkovým příkladem toho je uvolnění detekce havárie na zařízeních Apple, která umožňuje datům z těchto senzorů detekovat nehodu a upozornit pohotovostní služby.