Pozerali ste video na YouTube v režime na výšku a veľkosť obrazovky nestačila. Na vyriešenie tohto problému ste urobili to, čo by urobil každý človek so smartfónom. Otočte telefón na bok.
Hneď ako ste to urobili, video pohltilo celú obrazovku a všetky možnosti ponuky boli neviditeľné, ale ako váš telefón vedel o svojej orientácii?
Okrem obrazovky s vysokou obnovovacou frekvenciou a skvelého používateľského rozhrania má váš telefón niekoľko senzorov, ktoré zisťujú jeho orientáciu v priestore, ale ako tieto senzory fungujú?
Pochopenie základných síl prírody
Hoci pri daždi cítite vietor na tvári a vodu na rukách, to, čo necítite, sú základné prírodné sily.
Tieto sily zahŕňajú gravitačnú silu a elektromagnetickú silu. Aj keď sú tieto sily nehmotné, ovplyvňujú všetko, čo robíme. V skutočnosti obrazovka vášho smartfónu deteguje malé zmeny v elektromagnetických silách, aby rozpoznala váš prst. Nielen to, ale aj vaša telesná hmotnosť je definovaná gravitačnými silami.
Jednoducho povedané, gravitácia pôsobí silou na objekty, čo spôsobuje ich zrýchlenie rýchlosťou 9,8 m/s^2. Vďaka tomuto zrýchleniu padajú veci späť na zem, keď ich hodíte.
Na druhej strane elektromagnetickú silu nemožno cítiť ako gravitačné sily. To znamená, že ak by ste umiestnili kompas kdekoľvek na svete, zistil by magnetické pole Zeme v tejto oblasti a zarovnal by sa so severným pólom.
Hoci elektromagnetické sily umožnili niekoľko technologických pokrokov, nie všetky sú dobré, a elektromagnetická radiácia vo vysokých dávkach môže byť pre ľudský organizmus nebezpečný.
Pochopenie technológie senzorov na vašom smartfóne
Senzory na vašom smartfóne detegujú zmeny prírodných síl, aby pochopili jej orientáciu v priestore, ale ako tieto senzory fungujú?
No, váš smartfón áno tisíce senzorov na základnej doske, ale tri hlavné typy senzorov, ktoré vášmu telefónu umožňujú zistiť zmeny jeho orientácie.
Tieto senzory na detekciu orientácie využívajú mikro-elektro-mechanické systémy (MEMS) na meranie prírodných síl. Na meranie údajov používajú zariadenia MEMS mechanické časti vložené do kremíka na generovanie elektrického signálu. Pomocou týchto signálov váš smartfón zisťuje zmeny síl, ktoré naň pôsobia.
Nižšie je uvedené stručné vysvetlenie, ako tieto senzory fungujú.
- Akcelerometer: Ako už názov napovedá, akcelerometer sa používa na detekciu zmien v zrýchlení na smartfóne. Na detekciu týchto zmien používa akcelerometer zákon zotrvačnosti, ktorý hovorí, že telo v pokoji zostane v pokoji, kým a kým nepôsobí vonkajšia sila. Na použitie tohto konceptu je pevná hmota zavesená medzi pružinovými štruktúrami v senzore MEMS. Preto pevná hmota zostáva na svojom mieste, keď sa telefón zrýchľuje, pretože zotrvačnosť stláča pružiny. Toto stlačenie pružiny generuje elektrický signál oznamujúci smartfónu, že sa zrýchľuje.
- Gyroskop: Gyroskop sleduje rotačné sily na vašom smartfóne. Táto rotácia meria Coriolisovu silu pôsobiacu na smartfón, aby odhadla, ako veľmi sa otočil okolo svojho ťažiska. Jednoducho povedané, Coriolisova sila pôsobí na akékoľvek teleso vo vnútri rotujúceho objektu v dôsledku jeho rotácie. Gyroskop má podobný dizajn ako akcelerometer, ale je upravený tak, aby zisťoval zmeny, keď sa smartfón otáča.
- Magnetometer: Vplyvom prúdov tečúcich v jadre Zeme ju pohlcuje magnetické pole. Detekcia týchto polí pomáha smartfónu pochopiť jeho orientáciu so skutočným severom magnetického poľa Zeme. Smartfóny sú vybavené trojosovým snímačom Hallovho efektu na detekciu týchto zmien. Tento senzor využíva Faradayove zákony elektromagnetickej indukcie na detekciu magnetických polí. Podľa tohto zákona vodič s prúdom generuje elektromotorickú silu, keď sa okolo neho mení magnetické pole. Vďaka týmto zmenám napätia môžu byť senzory použité na zistenie jeho orientácie vzhľadom na magnetické póly Zeme.
Teraz, keď máme základné znalosti o senzoroch v našich smartfónoch, môžeme sa pozrieť na to, ako spolupracujú pri zisťovaní polohy vášho smartfónu.
Ako váš telefón vie, kedy otočiť obrazovku?
Ako už bolo vysvetlené vyššie, akcelerometer dokáže detekovať zmeny v zrýchlení, ale tieto údaje samotné nemožno použiť na zistenie orientácie smartfónu. Dôvodom je, že gravitačné sily vždy pôsobia na akcelerometer a pre senzor je ťažké zistiť, kedy majú zmeny v zrýchlení otočiť smartfón.
Smartfóny používajú na vyriešenie tohto problému fúziu senzorov, ktorá umožňuje rôznym senzorom navzájom komunikovať. Ak chcete zistiť orientáciu telefónu, akcelerometer komunikuje s gyroskopom a magnetometrom.
Preto, keď sa telefón otáča, akcelerometer zaznamená zmeny v zrýchlení a následne komunikuje s gyroskopom. Vďaka tejto komunikácii dokáže smartfón pochopiť, či sú zmeny v zrýchlení určené na rotáciu.
To znamená, že gyroskop je náchylný na chyby, pretože nemôže brať do úvahy gravitačné sily pôsobiace na smartfón. Preto je potrebný tretí senzor na detekciu zmien v orientácii smartfónu. Tento senzor nie je nič iné ako magnetometer na vašom zariadení.
Tento magnetometer sa používa na zisťovanie zmien polohy smartfónu vzhľadom na magnetické pole Zeme. Tieto údaje spolu s údajmi z akcelerometra a gyroskopu sa používajú na rozhodnutie, či má byť obrazovka v režime na výšku alebo na šírku.
Je senzorová technológia budúcnosťou?
Akcelerometer, gyroskop a magnetometer zisťujú zmeny základných prírodných síl pomocou zákonov zotrvačnosti a elektromagnetickej indukcie.
Smartfóny využívajú tieto základné zákony na umožnenie funkcií, ako je autorotácia a optická stabilizácia obrazu. To znamená, že smartfóny teraz ponúkajú inovatívne funkcie kombináciou údajov z rôznych senzorov.
Skvelým príkladom je spustenie detekcie nehôd na zariadeniach Apple, ktoré umožňuje dátam z týchto senzorov rozpoznať nehodu a upozorniť pohotovostné služby.
