В перечне сенсоров, которыми оснащён смартфон, подчас можно встретить датчик Холла – пожалуй, самый загадочный из всех известных датчиков. Если функции, скажем, пульсометра и шагомера понятны и очевидны, то назначение датчика Холла известно отнюдь не всякому пользователю. В этой статье мы расскажем, кто же такой Холл и почему датчик, названный его именем, становится всё более популярным.
Эдвин Холл – американский учёный-физик. Своё знаменитое открытие он сделал ещё в 19-м веке. Холл обнаружил, что если проводник (например, металлическую пластину), подключенный к источнику постоянного тока, поместить в магнитное поле, то на движущиеся электроны начнёт воздействовать сила Лоренца. Как следствие, электроны станут двигаться по дуге и тяготеть к одной из граней пластины. У этой грани электроны будут накапливать отрицательный заряд, а у противоположной – положительный. Разность потенциалов на 2-х краях пластины именуется холловским напряжением .
Кратко и ёмко об эффекте Холла рассказывает этот ролик:
Практическое применение эффекту Холла нашли лишь спустя 15 лет после гибели учёного. Сейчас на этом эффекте основана работа приводов дисководов ПК, кулеров компьютерной техники, систем зажигания автомобилей, даже ионных реактивных двигателей. О том, как применить открытие Холла в смартфоностроении, разработчики догадались относительно недавно.
Для чего нужен датчик Холла в смартфоне?
Датчиком Холла (его же называют магнитным датчиком ) оснащаются многие модели популярных производителей и некоторые смартфоны малоизвестных китайских марок. Этот сенсор предназначен для того, чтобы фиксировать холловское напряжение.
Датчик не измеряет напряжение, а лишь определяет его наличие или отсутствие, после чего подаёт смартфону сигнал. Получив сигнал, гаджет выполняет некоторое запрограммированное действие.
Как правило, использование датчика Холла на телефоне сводится к решению всего 2-х задач – вот зачем этот датчик нужен гаджету:
- Сенсор ускоряет старт GPS-навигатора и улучшает геопозирование.
- Датчик Холла обеспечивает возможность взаимодействия смартфона с магнитными чехлами.
Кроме того, благодаря открытию американского учёного стало возможным управление жестами – «фишка», которую пользователи впервые встретили на Samsung Galaxy S3 .
Разумеется, потенциал эффекта Холла в смартфоностроении раскрыт не полностью. Причина тому – ряд технических ограничений. Использовать открытие Холла «по полной» не позволяют компактные размеры современных мобильных устройств и аккумуляторы недостаточной мощности.
Принцип взаимодействия датчика Холла с мобильными аксессуарами
Благодаря датчику Холла мобильные устройства могут взаимодействовать с так называемыми «умными» чехлами (Smart Case ). В крышку подобного флипа вмонтирован магнит. Как только пользователь прикрывает крышку чехла, возникает эффект Холла, датчик передаёт сигнал об этом системе смартфона – и экран гаджета автоматически блокируется. Естественно, всё это происходит за считанные доли секунды. Когда владелец смартфона открывает крышку чехла, холловское напряжение «сходит на нет». Датчик даёт команду разблокировать дисплей.
Если владелец гаджета использует чехол с окошком (как на рисунке выше), то датчик Холла даёт команду не на полное отключение дисплея, а на его переключение с одного режима на другой. При закрытой крышке на доступную область экрана могут выводиться часы, календарь, музыкальный проигрыватель или список уведомлений.
Переживать по поводу того, что магнит «умного» чехла нанесёт вред начинке смартфона, точно ни к чему. Магнитное поле не портит гаджет – это было доказано многочисленными профессиональными и любительскими тестами .
Датчик Холла позволяет экономить заряд аккумулятора гаджета – это главное преимущество, которое предоставляет данный сенсор. Активированный экран смартфона при высокой яркости потребляет внушительное количество драгоценных миллиампер.
Какие смартфоны имеют датчик Холла?
К сожалению, не все производители в списках характеристик своих гаджетов указывают, есть ли у устройства датчик Холла. В кратком перечне параметров такой информации точно не найти. Однако пользователь может быть уверен: если под смартфон выпускается оригинальный Smart Case, значит, магнитным датчиком этот девайс точно оснащён.
Вот лишь некоторые из современных моделей, которые имеют датчики Холла:
Заключение
К сожалению, «лучшие умы» отрасли мобильной электроники так и не сумели придумать (пока?), как применить открытие Холла, чтобы реализовать его потенциал полностью. Автоматическое отключение / переключение дисплея – «детский лепет» по сравнению с тем, что можно было бы сделать, если бы удалось преодолеть технические ограничения. Однако поиски способов реализации холловского наблюдения ведутся – и прогресс не стоит на месте. Об этом может свидетельствовать, например, появление очков виртуальной реальности Google Card Board , управление которыми базируется на взаимодействии магнита и датчика Холла.
Смартфон, с которым вы наверняка не расстаетесь весь день, знает, где вы находитесь, как вы его держите и с какой скоростью двигаетесь. Тем не менее, основные инновации в сфере датчиков для мобильных девайсов еще впереди, причем ждут нас в совсем недалеком будущем. Сейчас мы наблюдаем зарождение новой эры – смартфонов, анализирующих различные параметры окружающей среды и постоянно их записывающие для использования приложениями и сервисами в повседневной жизни.
Итак, какие сенсоры, датчики и другие хитрые измерительные микро-девайсы можно найти в современных смартфонах?
- Датчик приближения : умеет с помощью инфракрасного луча определять, что вы поднесли смартфон к уху для разговора и дает команду на отключение экрана, чтобы вы ненароком не задели ухом или щекой какую-нибудь сенсорную кнопку на дисплее во время разговора.
- Датчик жестов : отслеживает движения, главным образом – глаз или руки, и отдает смартфона заранее запрограммированные команды (допустим, пролистать страничку в браузере или вывести на экран последние уведомления).
- Гироскоп : определяет вращение смартфона в пространстве по трем осям (часто работает вместе с акселерометром).
- Акселерометр : определяет положение смартфона в пространстве по трем осям (часто используется и в других портативных устройствах).
- Геомагнитный датчик (компас): использует магнитное поле Земли для ориентации по сторонам света (активно используется в навигационных сервисах).
- Датчик температуры/влажности : измеряет температуру окружающей среды и влажность воздуха
- Барометр : благодаря этому датчику смартфон может измерить атмосферное давление
- Датчик Холла : благодаря этому датчику смартфон определяет, закрыт или открыт чехол
- Датчик движения : определяет движение iPhone (используется в мобильных играх и для разблокировки iPhone).
- Датчик освещенности : автоматически настраивает яркость экрана в зависимости от освещенности
- Датчик гравитации : как правило, это акселерометр, содержащий небольшой грузик или трубочку. Перемещение грузика помогает смартфону определить, наклоняют ли его вправо или влево, вперед или назад. Работает в основном в мобильных играх.
- Сканер отпечатков пальцев : используется в смартфонах (iPhone 5s, Galaxy S5) для идентификации пользователя по отпечатку палцев.
- Датчик сердцебиения : умеет измерять пульс владельца смартфона (Galaxy S5)
Вот сколько датчиков может содержать современный смартфон. Скажем спасибо трудолюбивым китайцам, благодаря которым стоимость всех этих датчиков не превышает и сотни рублей. В будущем можно ожидать появления в мобильных девайсах новых датчиков и сенсоров для измерения (шагомер? микрометр? толщиномер?). Но и без внедрения в смартфоны новых датчиков ваш верный мобильный девайс знает достаточно, чтобы через API передавать собранные данные для работы множества приложений и сервисов: управление «умным» домом, геофенсинг, отслеживание состояние вашего здоровья и физической активности, коммуникации с «умным» автомобилем и смарт-часами и так далее. Будущее – уже на горизонте.
Многие удобные и даже необходимые функции смартфона были бы невозможны без специальных датчиков (сенсоров). Управление жестами, автоматическое изменение яркости, изменение ориентации экрана при повороте и его отключение при разговоре, контроль в игре без нажатий - это далеко не полный перечень возможностей. Также наличие некоторых датчиков может превратить смартфон в метеостанцию или быть очень полезным при занятии спортом, слежении за физическим состоянием.
Наличие датчиков в смартфонах и не только было бы не невозможно без развития микроэлектромеханических систем (МЭМС). Такие устройства соединяют в себе электрические и механические компоненты в микроисполнении. Размеры таких элементов не превышают 100 микрометров.
Готовые устройства МЭМС
Основным материалом для создания МЭМС служат кремний и полимеры. По данной технологии создаются все известные сенсоры, которые необходимо использовать в компактных устройствах, например, смартфонах. Совершенствование в технологическом плане смартфонов дало большой толчок для развития МЭМС. Давайте рассмотрим примеры таких датчиков.
Акселерометр - слово, соединяющее в себе два языка: акселеро - с латыни "ускоряю", метр - с греческого "измеряю". Такой датчик замеряет линейное ускорение движущегося тела по трем осям координат. Данные измерений собираются и обрабатываются посредством SoC или специально выделенного микроконтроллера. Далее, производится математический расчёт и фиксируется положения смартфона в пространстве в реальном времени.
Акселерометр внутри смартфона
Именно акселерометр позволяет менять ориентацию экрана с портретной на ландшафтную и наоборот в зависимости от положения устройства, переключать музыкальные треки при встряхивании, гонять автомобильные симуляторы, используя в качестве руля смартфон или планшет. Акселерометр является одним из самых популярных датчиков в смартфоне, и если раньше это была диковинка и прерогатива дорогих телефонов, то на сегодня таким сенсором может похвастаться любое бюджетное решение.
Гироскоп - состоит из двух древнегреческих слов «круг» и «смотрю». Как правило, работает в паре с акселерометром, дополняет его в некоторых случаях. Гироскоп необходим для фиксации углов наклона устройства. Делает это он с помощью измерения скорости углового вращения.
Также как акселерометр, гироскоп передает результаты замеров в устройство для дальнейших расчетов угла наклона и его направления. Погрешность откалиброванного гироскопа составляет не более 1-2 градусов. Широко применяется в мобильных играх, приложениях для фотосъемки, для оптической стабилизации в камерах, летающих дронах, управляемых смартфоном. Также как и акселерометр, гироскоп является очень популярным датчиком и присутствует во многих смартфонах.
Магнитометр - сенсор для измерения магнитного поля. По сути он собой представляет выполненный по технологии МЭМС миниатюрный датчик на основе эффекта Холла. Он регистрирует изменения силы магнитного поля по трем осям X, Y и Z. В этом случае он используется для навигационных и разных картографических приложениях, для повышения точности определения местоположения. Также без этого датчика не будет работать цифровой компас в смартфоне. Магнитометр иногда размещают в одном модуле с акселерометром, и они работают в паре, дополняя друг друга. Еще датчик Холла просто фиксирует изменения магнитного поля, без привязки к осям. Такие свойства используются в паре со специальными чехлами, в которые встроены магниты. При открытии крышки такого чехла экран смартфона автоматически включится и наоборот.
Датчик приближённости. Позволяет отключать экран телефона при разговоре. Такая функция позволяет экономить заряд устройства, а также предотвращает случайные нажатия. Работает такой датчик на основе IR детектора. Он обычно находится возле разговорного динамика и с помощью инфракрасного луча фиксирует нашу часть лица в непосредственной близости к телефону. На основе этого датчика реализуются еще одна интересная фича - распознавание жестов. Они позволяют управлять некоторыми функциями смартфоном не прикасаясь к экрану.
Датчик света - измеряет, насколько яркое освещение вокруг смартфона. На основании его данных ОС повышает или понижает яркость экрана. Экономя энергию смартфона и позволяя более комфортно пользоваться им. Продвинутые датчики могут анализировать составляющую RGB цвета и в соответствии с этим подстраивать цвета дисплея.
Описанные выше сенсоры характерны для соверменных смартфонов. Но ведь есть и редкие экземпляры:
Барометр - датчик для измерения атмосферного давления. Может использоваться в некоторых приложениях (навигационных, измерительных) для определения высоты над уровнем моря. Делает это он, высчитывая разницу атмосферного давления. Также повышает точность и скорость работы систем GPS. Например, фиксируя постоянно высоту объекта относительно уровня моря, можно отследить его перемещения не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной.
Температурный датчик - как вы уже догадались, этот сенсор измеряет температуру. Бывают двух видов:
- Внутренний - для измерения температуры модулей смартфона, нужен для контроля над нагревом и предотвращения перегрева компонентов. Присутствует во многих устройствах.
- Внешний - для измерения температуры окружающей среды. Может использоваться в качестве обычного термометра и для разнообразных фитнес-приложений. И этот датчик скорее редкость, чем заурядность.
Датчик влажности воздуха - в паре с предыдущими двумя может выполнять функции продвинутой метеостанции. Поможет вам узнать, не пересушиваете ли вы воздух в квартире и насколько комфортная погода на улице (соотношение температуры и влажности).
Педометр - считает количество пройденных шагов и полезен для отслеживания активности. Главное, чтобы смартфон был всегда при вас.
Пульсометр - по запросу измеряет частоту сердцебиения. Как по мне, намного удобнее использовать этот датчик и шагомер во всевозможных фитнес-браслетах.
Сканер отпечатков пальцев - биометрический датчик, призван повысит безопасность устройства. Подробнее о них вы можете прочитать в одной из наших .
Наличие всех перечисленных выше датчиков является своеобразной фишкой смартфонов Samsung линейки Galaxy (начиная с S4).
И совсем уж диковинкой выглядит дозиметр - датчик измерения радиации. Им оснастила свой телефон компания Sharp, а причиной такого шага стала авария на атомной электростанции в Японии.
Проверить наличие и работоспособность того или инного датчика в вашем смартфоне можно с помощью специального программного обеспечения, например - AnTuTu Tester, Z - Device Test, Android Sensor Box и т.д.
Как мы убедились, в нашем смартфоне может быть много разнообразных датчиков и его работа уже практически невозможна без них. А ведь к этому списку можно добавить еще камеру со светочувствительным сенсором, микрофон - регистрация звука, тач - реакция на касание. В будущем же смартфоны могут обладать обонянием, улавливая, например, чадный газ, смогут диагностировать сердечные и другие заболевания и многое другое.
А как вы думаете, какие датчики реально полезны и востребованы в современном смартфоне?
Несмотря на компактные размеры, современный смартфон вмещает мощные элементы, среди которых камера с линзами и автофокусом, процессор,емкостная батарея и всевозможные датчики, позволяющие использовать гаджет больше чем просто «звонилку». Давайте детально разберем, для чего эти датчики и как они работают.
Датчик света в смартфоне
Это один из самых обязательных датчиков. Представляет собой полупроводниковый сенсор, находящийся рядом с разговорным динамиком. Основная его функция — экономия энергии батареи. Он улавливает поток фотонов и регулирует яркость подсветки экрана. Чаще всего работает в тандеме с датчиком приближения.
Датчик приближения
Это сенсор, который находится рядом с датчиком света и отключает экран. Он посылает сигнал предмету, если он отражается, то датчик реагирует отключением экрана. Например, так происходит, когда подносишь смартфон к уху.
Акселерометр (G-сенсор)
_1.jpg)
Данный сенсор представляет собой эл. механический прибор, фиксирующий все движения смартфона. Его задача переключать экран при наклоне устройства, фиксировать жесты, участвовать в управлении игр, подсчитывать шаги. Он бывает 2-х и 3-х осевым. В последнем случае при покое одна из осей будет показывать 9-10 м/с2. Например, на неподвижный телефон акселерометр не реагирует, поэтому в играх точность снижена. Практически всегда работает в паре с гироскопом.
Гироскоп в телефоне
Эта электромеханическая схема определяет положение смартфона в пространстве, учитывает его неподвижность. Он очень точен, погрешность не более 1-2°. Вместе с акселерометром используется в игровых приложениях, при управлении жестами.
Магнитометр в телефоне
Определяет магнитное поле земли, измеряет положение в 3-х мерном пространстве. Главная функция этого сенсора – наиболее точно определить местоположение при отсутствии GPS-сигнала. Другими словами, это цифровой компас, информирующий, в каком направлении относительно севера перемещается смартфон. С помощью его и специального приложения можно искать проводку в стенах.
Это были наиболее продвинутые датчики, находящиеся даже в бюджетных смартфонах. Более дорогие гаджеты могут иметь дополнительные сенсоры.
Барометр (датчик давления)
Вместе с магнитометром он помогает смартфону быстрее определить свое местонахождение, поймать GPS-сигнал. Прямое назначение – показывать атмосферное давление и высоту над уровнем моря. Чем выше поднимаешься, тем меньше давление. На показания влияет атмосферное давление, поэтому данные могут быть не точными.
Температурные датчики
Хороший смартфон напичкан цифровыми термометрами. Конструктивно это резисторы с двумя выводами, в зависимости от температуры между выводами меняется сопротивление. Так мы узнаем температуру батареи, процессора и разных контроллеров. Именно он отключает зарядку, чтобы не закипел электролит батареи. Очень редко встречаются датчики окружающей среды. Они себя не зарекомендовали, ведь внутренняя температура в смартфоне и температура от рук искажают данные.
Гигрометр
Измеряет влажность воздуха, особо не распространен, последний раз использовался в Galaxy S4. Ориентируясь на его показания можно включить прибор для увлажнения или осушения воздух в помещении.
Пульсометр
Это сенсор для измерения сердечного сокращения (пульса). С его помощью корректируют нагрузки в процессе тренировок. Этим датчиком смартфон должен плотно прилегать к кровеносным сосудам. Предустановлен в Galaxy S5, S7 (S7 Edge). Чаще всего применяется в трекерах и смарт-часах.
Сканер отпечатков пальцев
Данный сенсор завоевывает все больше популярности. Он мгновенно разблокирует девайс без ввода пароля и надежно защищает данные на устройстве. Сегодня даже малоизвестные производители смартфонов стараются оснастить им свои детища. Первым среди смартфонов его получил iPhone 5S.
Сканер сетчатки глаза
В 2016 году печально известный Samsung Galaxy Note 7 был оснащен этим датчиком. По скорости он не уступает сканеру отпечатка пальцев. ИК-луч сканирует радужную сетчатку глаза, фиксирует ее и кодирует в алгоритм, с которым в последствие и сравнивается. Примечательно, что он работает даже в темноте, идентифицирует через прозрачные очки и линзы.
Современный смартфон премиум-класса имеет не менее 12 датчиков, среди лидеров iPhone, Samsung Galaxy, HTC. А сколько датчиков на вашем смартфоне?
Какие составляющие можно отметить, рассматривая корпус смартфона? Это, прежде всего, довольно большой дисплей, несколько клавиш под ним, микрофон и несколько окошек камеры. Кроме того, на торцах устройства наверняка найдётся порт microUSB, качелька регулировки громкости, выход для наушников и клавиша блокировки. Но заканчиваются ли на этом компоненты устройств? Конечно же, нет. Внутри него нашлось место для нескольких процессоров, многих схем и, что особенно важно, нескольких разнообразных датчиков. Какие из них можно найти в современных девайсах? Давайте узнаем.
Акселерометр
Как сообщают наши коллеги из phonearena
, акселерометр является одним из наиболее распространённых датчиков. Согласно классическому определению, его задачей является расчет разности между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением.
О способах его применения вы наверняка наслышаны. Без акселерометра смартфоны вряд ли бы меняли портретную ориентацию на ландшафтную и обходились без нажатий пользователя во всевозможных симуляторах гонок.
Гироскоп
Гироскоп также предоставляет данные о положении устройства в пространстве, однако делает это со значительно большей точностью. Именно благодаря его помощи приложение Photo Sphere узнает, на сколько градусов был повёрнут смартфон, и в каком направлении это было проделано.
Магнитометр
Всё верно, магнитометр создан для определения магнитных полей. Не будь его внутри смартфона – приложению компаса вряд ли бы удалось понять, где находится северный полюс.
Данный сенсор является соединением инфракрасного диода и детектора инфракрасного излучения. Принцип его работы невероятно прост. Диод излучает невидимое для человеческого глаза излучение, а детектор пытается уловить его отражение. Смартфон блокирует дисплей именно тогда, когда луч попадает обратно.
Датчик света
Самостоятельно изменять яркость дисплея – то еще занятие, верно? То ли дело функция автояркости, которая меняет уровень яркости экрана в зависимости от окружающего излучения. Возможно это, как вы уже наверняка догадались, благодаря датчику света.
Стоит отметить, что некоторые представители линейки Galaxy от южнокорейского производителя Samsung используют обновлённый датчик света. Главной его особенностью является умение измерять долю белого, красного, зелёного и синего света для дальнейшей настройки картинки на экране.
Барометр
Нет, это не ошибка. Некоторые смартфоны действительно оснащены встроенным барометром для измерения уровня атмосферного давления. Среди первых девайсов с данной особенностью были XOOM и Samsung Galaxy Nexus.
Барометр также используется для измерения высоты над уровнем моря, что увеличивает точность работы GPS-навигатора.
Термометр
Возможно, вы удивитесь, но термометр находится практически в каждом смартфоне. Единственным отличием является лишь то, что последний предназначен для измерения температуры внутри девайса. Впрочем, случались и исключения. Galaxy S4 располагал термометром для измерения температуры за бортом.
Датчик влажности воздуха
В этом, к слову, также преуспел четвёртый представитель линейки Galaxy S. Благодаря этому датчику четвёртая «Галактика» сообщала об уровне комфорта – соотношении температуры и влажности.
Педометр
Несмотря на довольно не очевидное название, задачей педометра является определение количества пройденных пользователем шагов. Да, совсем как в большинстве умных часов и фитнес-браслетов. Одним из первых устройств с настоящим педометром стал Nexus 5.
Сканер отпечатков пальцев
Об этом вы, конечно же, слышали. Благодаря сканеру отпечатков пальцев можно не только сократить время разблокировки смартфона, но и надёжно защитить свои данные. Среди наиболее популярных девайсов с пресловутым сканером – , HTC One Max и Samsung Galaxy S5.
Датчик сердцебиения
Раз уж мы заговорили о нынешнем южнокорейском флагмане, нельзя не упомянуть и датчик сердцебиения, созданные для измерения пульса. Впрочем, многие пользователи в необходимости его внедрения откровенно сомневаются.
Датчик вредного излучения
Поверить довольно непросто, однако в этом мире действительно есть смартфон со встроенным датчиком вредного излучения. Прихвастнуть его наличием может японский Sharp Pantone 5. После запуска специального приложения последний демонстрирует окружающий уровень радиации. Неожиданно, не так ли?
В итоге получилось целых 12 датчиков. Какие из них чаще всего используете вы?
