Гироскоп в смартфоне для чего: Что такое гироскоп в смартфоне и зачем он нужен?

Содержание

Что такое гироскоп в смартфоне и зачем он нужен?

Множеством интересных функций и датчиков оснащены смартфоны и другие мобильные устройства. Одним из ведущих модулей является гиродатчик или гироскоп. Диковинная новинка в девайсе, выполненная на основе микроэлектромеханической системы, сделала большой рывок в усовершенствование функционала и завоевала большую симпатию среди пользователей. Происхождение слова «гироскоп» имеет давнюю историю. Оно расшифровывается как словосочетание «круг» и «смотрю».

Родоначальником древнегреческого изречения был французский физик Леон Фуко. В XIX веке он занимался исследованием суточного вращения Земли, и этот термин подошёл для нового устройства как нельзя кстати. Гиродатчиками пользуются авиакомпании, судоходство, космонавтика. Компания Apple, производитель современных мобильных телефонов, первой взяла за основу данный функционал и внедрила его в iPhone 4. Несмотря на то, что видео ниже на английском языке, демонстрация технологии от Стив Джобса понятна без перевода.

Теперь, для того чтобы ответить на входящие звонки или полистать страницы электронной книги, достаточно только встряхнуть телефон. За счёт устройства быстро просматриваются фотографии и другие изображения, меняется музыка. Новое приложение у смартфона iPone под названием CoveFlow позволило использовать калькулятор. Теперь легко выполняются такие функции, как деление, умножение, сложение и вычитание. При повороте телефона на 90° данная функция машинально переключается на развёрнутый функционал со множеством сложных математических действий.

Наряду с легкими функциями разработчики внедрили в устройство более сложные программные обеспечения. Например, в некоторых операционных системах при помощи встряхивания телефона запускается обновление для Bluetooth или запускается специфичная программа по измерению углов наклона и уровня. Гироскоп прекрасно учитывает скорость перемещения, и определяет местоположение человека на незнакомой местности.

С технической точки зрения, гироскоп довольно сложное устройство. При его разработке, за основу взяли принцип работы акселерометра, который представляет из себя колбу с пружиной и грузом внутри. На одной стороне пружины закреплен груз, а вторая сторона пружины зафиксирована на демпфере для гашения колебания. При встряхивании (ускорении) измерительного прибора, прикрепленная масса движется и приводит в напряжение пружину.

Такие колебания можно представить в виде данных. Если расположить три таких акселерометра перпендикулярно, то можно получить представление о том, как расположен предмет в пространстве. Поскольку технически расположить такой громоздкий измерительный прибор в смартфоне невозможно, то принцип работы оставили тот же, но груз заменили инертной массой, который расположен в очень маленьком чипе. При ускорении, меняется положение инертной массы и таки образом рассчитывается положение смартфона в пространстве.

С помощью GPS-навигации на дисплее появляется карта, которая фиксирует аналогичное направление объектов при любом повороте тела. Другими словами, если вы повернулись лицом к реке, то она автоматически отобразится на карте. При развороте на 180 градусов к водоему мгновенно происходят аналогичные изменения на мониторе. С использованием этой функции упрощается ориентировка на местности. Особенно это важно людям, занимающимся активными видами отдыха.

Благодаря точному учёту скорости перемещения управление смартфоном становится более удобным и гармоничным. Зачастую используют гироскопы на Андроид любители компьютерных игр — геймеры. Уникальное устройство в девайсе молниеносно превращает картинки в реальность. Особенно правдоподобными становятся гонки, симуляторы, стрелялки, Pokemon Go.

Достаточно изменить положение смартфона и скорость поворота, то езда на виртуальном автомобиле покажется вам реальной. Герои на дисплее точно направят автомат, нацелят пушку, повернут руль, поднимут в воздух вертолёт, убьют врага. Карманные монстры не будут прыгать по виртуальной траве, а станут двигаться по настоящему миру в видимой области встроенной камеры.

Конечно, это далеко не весь перечень положительных характеристик, присущих Android смартфонам и iPhone. Перечислять приятные и удобные моменты можно бесконечно. Однако не все пользователи оценили универсальные качества по достоинству. Одни предпочли отказаться от гироскопа в новом смартфоне, другие просто отключили его. И этому есть своё объяснение.

Среди многочисленных плюсов бывают малозаметные минусы.

  1. Из недостатков следует выделить установку отдельных приложений, реагирующих с незначительным опозданием на изменения положений в пространстве. Вроде бы сущий пустяк, но наличие этого сенсора доставляет определённые неудобства пользователю смартфона. Особенно заметны недостатки при чтении электронной книги лёжа. Читающий меняет позу, в это же время, связанный с устройством гиродатчик изменяет положение странички. Приходится в срочном порядке перенастраивать её ориентацию.
  2. Производители смартфонов на своих презентациях в большинстве случаев умалчивают о наличии важного датчика.
    При покупке новой модели присутствие гироскопа можно обнаружить в технических характеристиках гаджета в перечне датчиков. Есть и другие способы, например, установка клиента YouTube, позволяющая быстро установить функционал. Использование приложения AnTuTu Benchmark, Sensor Sense также устанавливает встроенный гиродатчик или его отсутствие.

Современный элемент смартфона работает на постоянной основе. Это самостоятельный датчик, не требующий калибровки. Его не нужно ни включать, ни отключать. Автоматика сделает эту работу за вас. В случае если устройство отсутствует, то вы не сможете играть в виртуальную реальность. Вам просто придётся купить новый телефон со встроенными функциями.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также

Поделитесь в соцсетях:

  • 5

    0

    Как я понимаю, смотря по какой оси. Если вокруг Z или X (большинство вращений), то нет, а если вокруг Y, то да. Но вращение вокруг Y можно отследить и компасом (но искусственные поля от приборов могут мешать).

  • 6

    0

    Для поворота экрана не нужен гироскоп, достаточно акселерометра.

  • 2

    0

    А сами как думаете?

  • 6

    0

    Здравствуйте, в первую очередь спасибо большое за такую интересную и полезную статью,я узнал очень многое. Но вот возник один вопрос, а обычный поворот экрана в телефоне тоже считается результатом работы гиродатчика?

  • 5

    0

    Гироскоп действительно маленькая, но высокотехнологичная и зачастую незаменимая вещь в смартфоне. Лично мне как охотнику очень помогает в определении пройденного пути, использовании программного компаса, а так же при просмотре карт в различном разрешении.

  • 6

    0

    Статья не только познавательная,но и с технической точки зрения точно обоснована и аргументирована. Автор детально и при этом доступно раскрывает тему. Большое спасибо.

org/Comment” itemscope=””>

6

0

Данная функция в современных реалиях действительно востребована в смартфонах и планшетах. Все мы когда-то чего-то не знали и только лишь немногие продолжают интересоваться и чему-то учиться. Все поправимо. Удачи!

  • 2

    0

    Познавательная статья! Пользуюсь каждый день телефоном, а как он устроен по сути и не знаю. Привыкла, что если функция поворота экрана включена, то она работает. Современные геймеры наверно уже не представляют своей жизни, без этого гиродатчика, ведь они бы не смогли бы играть в того же самого Покемон ГО.

  • Для чего нужен гироскоп в телефоне

    Функциональные возможности нынешних мобильных телефонов огромные. Это уже не только звонки и обмен текстовыми сообщениями SMS. Современные телефоны – это очень сложные девайсы, которые содержат много модулей и датчиков.

    Смартфон теперь является универсальным гаджетом, который начинен самыми разными сенсорами. К сожалению, не каждый пользователь интересуется тем, из чего состоит его гаджет. Для человека важно иметь качественное устройство, которое предоставит ему возможность произвести запуск игры, просмотреть видео и посетить веб-сайты.

    Однако, когда тщательно изучаешь информацию, то можешь обнаружить немало деталей, которые кажутся ненужными. Но ведь они установлены в телефонах? Значит, они нужны. Есть также во многих моделях и специфические датчики. Благодаря ним, телефон может определить свое положение в пространстве.

    Данная статья посвящена гироскопу в телефоне. В ней мы расскажем о том, каково его предназначение, а также о том, как его нужно настраивать.

    Чем отличается гироскоп в телефоне

    Гироскоп – это устройство механическое или электромеханическое. Оно может определить собственный угол наклона относительно поверхности Земли. По сравнению с другими аналогичными девайсами его изобрели относительно поздно. Если сказать точно, то 1817 году.

    В те времена это было очень громоздкое устройство. Прибор представлял собой круг, который вращается вокруг оси. Для сравнения можно сказать, что он очень напоминал волчок или юлу для детей.

    Главным элементом конструкции гироскопа является ротор-волчок, который вращается вокруг вертикальной оси. Подчеркнем при этом, что ось способна изменить положение в пространстве. Скорость вращения волчка намного выше скорости поворота оси его вращения. За счет этого волчок постоянно сохраняет свое положение. Он не зависит от сил, которые действуют на него извне. В этом и есть весь принцип действия гироскопа.

    Поначалу данное незамысловатое устройство применяли как учебное пособие. Однако со временем ему нашли и практическое применение. Произошло это через 60 лет после того, как его изобрели. Именно тогда инженер Обри догадался, что можно устанавливать гироскоп в торпеды для того, чтобы можно было стабилизировать их курс.

    В настоящее время это полезное изобретение многократно усовершенствовали. Оно нашло широкое распространение в самых разных механизмах.

    ВАЖНО! Конечно, в смартфоны устанавливают совершенно другие конструкции. Это маленький датчик, у которого длина в 3-5 мм, высота 5 мм, а ширина в 4 мм. Габариты просто смешные. Несмотря на это, многие производители отказываются устанавливать гироскопы в свои аппараты. Все потому, что они стремятся сделать телефон как можно тоньше.

    Гироскоп в телефоне – это специальный датчик. Он предназначен для того, чтобы определять положения аппарата в пространстве.

    Понятно, что гироскоп в смартфоне значительно отличается по своей конструкции от классических гироскопов. А ведь предназначение его такое же. В нем механическая энергия преобразуется в электрическую, которая формирует последовательность битов – бинарный код, который положен в основу каждой компьютерной программной системы.

    Конечно, в гироскопах электронных устройств никаких вращающихся волчков нет. Они очень маленькие для этого. Вместо них нашли применение подвижные массы вещества. Когда они смещаются, то это приводит к тому, что изменяется электрическая емкость конденсаторов. И это регистрирует микропроцессор.

    Гироскоп вычисляет, каков угол наклона девайса относительно земли, а затем он осуществляет передачу полученных данных в операционную систему.

    Если бы такого датчика не было бы, то появились бы проблемы во время игр. Особенно это касается гонок. Ведь в них для того, чтобы управлять, необходимо делать повороты смартфоном.

    ВАЖНО! Качественные гироскопы настолько точные, что могут определить отклонения на 1-2 градуса. Этого бывает достаточно для того, чтобы своевременно вовремя изменить ориентацию экрана телефона или сделать поворот игрового персонажа.

    Функции гироскопа в телефоне

    Как мы уже говорили ранее, гироскоп в телефоне предназначен, прежде всего, для того, чтобы определять положения девайса в пространстве. Однако зачем система должна знать, насколько градусов наклонился смартфон? Ответ на данный вопрос можно найти далее, когда ознакомишься с таким перечнем функций гироскопа:

    – Просмотр видео в 360 градусов. Если вы обладаете очками виртуальной реальности, то сможете вести просмотр роликов и играть в игры, не нажимая на экран. Каждый поворот становится возможным за счет гироскопа.

    – Встряхивание телефона. Без такого датчика невозможно было бы применить функцию, которая позволяла бы провести разблокировку смартфона после того, как его встряхнешь.

    – Использование навигации. Если нет гироскопа, то не будет также практической возможности пользоваться GPS и компасом. Данный датчик предоставляет возможность определять стороны горизонта, а также, где расположен человек относительно спутника.

    – Управление персонажем в играх. Есть очень много мобильных игр, в которых для того, чтобы управлять автомобилем или героем, необходимо делать повороты телефоном. И если бы не было гироскопа, то система никак не смогла бы понять, где находится девайс.

    ВАЖНО! Безусловно, в этом перечне приведены не все ситуации, в которых применяется гироскоп. Однако их будет достаточно для того, чтобы первоначально ознакомиться.

    В чем разница между гироскопом и акселерометром

    Конструктивно акселерометры напоминают гироскопы. В них также есть подвижный элемент. Это специальный грузик. Когда он смещается при наклоне девайса, то воздействует на пьезокристалл.

    Гироскоп и акселерометр – это датчики. И один, и второй предназначены для того, чтобы определять положения смартфона в пространстве. Отличие между ними, самое главное и единственное, в том, что отличается принцип считывания данных.

    Первый компонент высчитывает, каков угол наклона телефона относительно поверхности земли. Он потом осуществляет передачу полученной информации в ОС. А вот акселерометр вычисляет ускорение. Делает он это с большой точностью.

    Вот почему, если вам нужен шагомер, то вы можете применить телефон с акселерометром. Данные, полученные таким путем, будут максимально точными. Все потому, что датчик учитывает отклонения даже на десятые доли миллиметра.

    ВАЖНО! Современные производители обычно производят установку в свои смартфоны как гироскопа, так и акселерометра. Данное решение абсолютно правильное. Ведь оно исключает случайные повороты экрана девайса, когда его перемещаешь.

    Способы проверки гироскопа в телефоне

    Сейчас практически не встретишь смартфона, в котором не было бы датчика для того, чтобы определять положение гаджета в пространстве. Гироскоп не требует, чтобы его как-то активировали в настройках. Зато проверять его работоспособность нужно постоянно. Проще всего это сделать, запустив видео в 360 градусов на YouTube.

    Для этого делаем так:

    – Открываем мобильное приложение YouTube.
    – В поиске вводим запрос «360 градусов».
    – Запускаем какое-либо видео, которое поддерживает просмотр в режиме 360 градусов.

    Пробуем повернуть телефон. При изменении изображения относительно угла наклона гироскоп действует корректно. А когда ничего не происходит, то нужно убедиться в активации автоповорота экрана. Точно так же запускаем игру и пытаемся управлять персонажем. Когда все работает корректно, то это означает, что с гироскопом все нормально.

    ВАЖНО! Если вам необходимы более точные тесты, то нужно применить специальное приложение. Как пример, рассмотрим работу утилиты Sensor Box For Android.

    Устанавливаем приложение из Google Play, а затем выполняем рекомендации инструкции:

    – Переходим во вкладку «Sensor Box».

    Нажимаем по пункту «Accelerometer Sensor».

    – Затем поворачиваем телефон и контролируем шарик на экране. Когда видишь синхронное передвижение объекта на экране при наклоне телефона, то это означает, что с гироскопом или акселерометром нет проблем.

    А еще можно нажать по строке «Hardware». Там будет приведена информация о датчике, который установлен.

    Если есть желание, то можете установить другое приложение. В частности, AnTuTu Benchmark или AIDA64, а потом заняться полной проверкой смартфона.

    ВАЖНО! Скажем, когда используется AIDA64, то необходимо произвести запуск приложения и перейти в раздел «Датчики». Там для вас будет информацию о комплектующих, которые установлены. Там вы обнаружите и сведения о гироскопе.

    Итак, гироскоп – важный датчик. Он предоставляет возможность системе определить, где расположен телефон в пространстве. Без него у вас не получится активировать автоповорот экрана, смотреть видео в очках виртуальной реальности, а также корректно пользоваться навигацией.

    Что дает гироскоп в смартфоне. Что такое гироскоп в телефоне и для чего он нужен? Как устроен гироскоп в смартфоне, отличие гироскопа от акселерометра

    Существует огромное количество изобретений, которые характеризуются длинной и весьма богатой историей использования в различных приборах и устройствах. Часто можно услышать название чего-либо, но даже не иметь представления о том, для чего оно предназначено. Именно так и возникает вопрос, что такое гироскоп? Стоит в нем разобраться.

    Основное определение

    Гироскоп представляет собой навигационный прибор, в котором в качестве основного элемента используется быстро вращающийся ротор, закрепленный таким образом, чтобы его ось вращения поворачивалась. Две рамки карданова подвеса обеспечивают три степени свободы. При отсутствии каких-либо внешних воздействий на устройство ось собственного вращения ротора сохраняет в пространстве постоянное направление. Если на него оказывает воздействие момент внешней силы, которая стремится повернуть ось собственного вращения, то она начинает свое движение не вокруг направления момента, а вокруг оси, находящейся перпендикулярно по отношению к нему.

    Особенности устройства

    Если говорить о том, что такое гироскоп, то стоит отметить, что в качественно сбалансированном и достаточно быстро вращающемся приборе, установленном на высокосовершенных подшипниках, с малым трением практически отсутствует момент внешних сил, поэтому устройство способно сохранять свою ориентацию в пространстве почти неизменной. Поэтому он способен указывать угол поворота основания, на котором его закрепили. Именно так впервые было наглядно продемонстрировано французским физиком Ж. Фуко. Если ограничить поворот оси специальной пружиной, то при установке прибора на который выполняет разворот, гироскоп будет деформировать пружину до тех пор, пока момент внешней силы не уравновесится. В данном случае сила растяжения или сжатия пружины будет пропорциональна угловой скорости движения летательного аппарата. По такому принципу работает авиационный указатель поворота и многие другие гироскопические приборы. Так как в подшипниках создается очень малое трение, чтобы поддерживать вращение ротора гироскопа, не требуется больших затрат энергии. Обычн, для его приведения в движения, а также для поддержания этого движения достаточно электродвигателя малой мощности либо струи сжатого воздуха.

    Гироскоп: применение

    Чаще всего этот прибор используется в качестве чувствительного элемента для указывающих гироскопических приборов, а также в качестве датчика угла поворота или угловой скорости для устройств, работающих под автоматическим управлением. В некоторых случаях гироскоп может послужить в качестве генератора энергии или момента силы.

    На текущий момент принцип работы гироскопа позволяет активно использовать его в авиации, судоходстве и космонавтике. Почти у каждого морского судна дальнего плавания имеется гирокомпас для автоматического или ручного управления судном, а в некоторых используются и гиростабилизаторы. Система управления огнем корабельной артиллерии обычно оснащается множеством дополнительных гироскопов, которые предназначены для обеспечения стабильной системы отсчета или для измерения угловых скоростей.

    Если вам понятно, что такое гироскоп, то следует понимать, что без него просто немыслимо автоматическое управление торпедами. Вертолеты и самолеты тоже обязательно оборудуются этими приспособлениями для того, чтобы давать надежную информацию о деятельности систем навигации и стабилизации. К таким приборам можно отнести авиагоризонт, гироскопический указатель поворота и крена, гировертикаль. Если рассматривать вертолет с гироскопом, то тут этот прибор может служить как в качестве указывающего устройства, так и в качестве датчика автопилота. Многие самолеты оснащены гиростабилизированными и прочим оборудованием – фотоаппаратами с гироскопами, гиросектантами, навигационными визирами. В военной авиации активно используются гироскопы в качестве составных элементов в прицелах бомбометания и воздушной стрельбы.

    Применение в современных гаджетах

    Итак, если рассматривать, что такое гироскоп, то следует заметить, что этот прибор активно используется не только в указанных ранее сферах. Современные смартфоны и планшеты оснащены массой дополнительных функций и модулей, при этом некоторые оказываются очень даже полезными, а иные могут мешать комфортному использованию устройства, раздражая пользователей. Одним из них является гироскоп в телефоне, что это становится понятно, когда вы будете пользоваться своим аппаратом. С одной стороны, он оказывается очень даже полезным, хотя с другой – большинство пользователей предпочитают просто отключать его.

    что это?

    Сначала необходимо определиться с тем, что это за устройство и каким функционалом оно характеризуется. Итак, гироскоп в телефоне – что элемент необходим для определения того, как ориентирован прибор в пространстве. В некоторых случаях этот датчик можно применить для защиты отдельных элементов устройства от падения в будущем. Фактически данный датчик предназначен для определения смены положения, а при наличии акселерометра – и ускорения при падении. Затем информация передается вычислительному блоку гаджета. При наличии определенного программного обеспечения прибор принимает решение о том, как ему следует реагировать далее на изменения, произошедшие с ним.

    Для чего еще он нужен?

    Итак, если с вопросом, что такое гироскоп, становится все понятно, то остается выяснить, зачем его используют в телефонах. Защита внутренностей тут не является единственной задачей. В сочетании с разнообразным софтом на него ложится целый ряд различных функций. К примеру, смартфон может использоваться для игр, в которых управление осуществляется посредством наклонов, встряхивания или поворотов прибора. Подобное управление позволяет сделать игры поистине увлекательными, благодаря чему они пользуются повышенным спросом.

    Можно отметить, что продукция компании “Эппл” оснащается гироскопами, и они играют весьма значимую роль, так как к ним привязана работа многих приложений. Под него специально разработали режим, получивший название CoverFlow. Существует очень большое количество приложений, работающих в данном режиме, однако можно остановиться на нескольких, наиболее наглядно демонстрирующих его. К примеру, если на iPhone использовать калькулятор, то в портретном положении пользователю будут доступны только простые действия, а именно: сложение, вычитание, деление и умножение. Но при повороте устройства на 90 градусов все изменится. Калькулятор при этом переключается в расширенный режим, то есть инженерный, в котором функций будет доступно гораздо больше.

    Если вам понятно, как работает гироскоп, то следует отметить, что его функции могут использоваться и для определения собственного местоположения на местности.

    Можно просматривать на таком приборе карту местности с применением GPS-навигации, и в этом случае карта всегда будет поворачиваться в ту сторону, куда направлен ваш взгляд. Поэтому, если вы стоите лицом, к примеру, к речке, то это отобразится на карте, а если повернетесь, то изменится и положение карты. Благодаря этому ориентирование на местности значительно упрощается и может стать достаточно полезно людям, увлеченным активным отдыхом.

    Проблемы с гироскопом в телефоне

    Можно сказать и о недостатках, присущих гироскопам. Очень часто их отключают из-за того, что программы реагируют на изменение положения в пространстве с некоторым запозданием. К примеру, если вы решили почитать, лежа на диване, с экрана смартфона или планшета, то гироскоп и программа, связанная с ним, будут менять ориентацию страницы каждый раз, когда вы будете поворачиваться или смените позу. Это причиняет много неудобств, так как очень редко устройство способно правильно интерпретировать положение в пространстве, а ситуация усугубляется из-за запоздалой реакции программы.

    Современные разновидности

    Первые гироскопы были механическими. Этот вид устройств используется и сейчас, но с некоторыми усовершенствованиями, позволяющими сделать их более полезными. На данный момент существует лазерный гироскоп, который лишен недостатков, свойственным механическим. И именно такой прибор используется в современной технике.

    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.

    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 .

    Также вам понравятся:




    Почему нагревается смартфон: 7 популярных причин

    Несмотря на популярность этого датчика, многие задают вопрос о том, что такое гироскоп. Попробуем разобраться.

    1. Гироскоп в классическом понимании

    Рассматриваемое нами устройство, фактически, представляет собой волчок, который вращается вокруг вертикальной оси. Он закреплен в поворачивающейся вокруг другой оси раме. Эта другая ось тоже закреплена в своей раме, поворачивающейся вокруг третьей оси.

    Благодаря этому как бы не поворачивался волчок, он всегда будет иметь вертикальное положение в пространстве.

    Принцип работы гироскопа можно также увидеть на рисунке №1. Из него, в частности, можно понять, что в классическом устройстве есть вибрирующие грузики. А частота их вибрации равна скорости, умноженной на перемещение.

    Благодаря такому явлению, как Кариолисово ускорение, несмотря на поворот тела, оно способно сохранять свое положение относительно плоскости вращения. Разумеется, оно имеет место только во время вращения.

    Собственно, на этом простом свойстве вращающихся тел и основывается принцип работы того гироскопа, который есть у большинства из нас в смартфоне.

    Разработчики научились делать гироскоп намного проще и меньше. Это позволило им умещать его в небольшую плату, которую можно разместить под корпусом любого современного мобильного девайса.

    2. Предназначение датчика в телефоне

    В телефоне он нужен для того, чтобы определять положение аппарата в пространстве.

    Для пользователя все выглядит предельно просто – Вы поворачиваете смартфон горизонтально или вертикально и положение всех значков на экране меняется. Это применимо для игр и разнообразных программ.

    Во многих случаях повороты экрана можно использовать для выполнения определенных действий, например, для блокировки клавиатуры.

    Интересно: Впервые гироскоп использовали в Айфоне 4. С тех пор этот датчик стал обязательным элементом любого мобильного девайса.

    Теперь Вы знаете, как работает этот датчик. Стоит разобраться в том, как узнать есть ли он в Вашем гаджете.

    3. Как проверить наличие гироскопа

    В зависимости от операционной системы для этой цели можно использовать разные программы:

    • Sensor Box для Андроид;
    • Sensor Kinetics для iOS.

    В первой программе нужно нажать иконку «Accelerometer sensor». Во второй делать не нужно ничего.

    Существует способ еще проще – если в настройках есть пункт «Поворот экрана» (или что-то подобное), гироскоп есть. Но вышеупомянутые приложения помогают выявить проблемы в работе этого датчика.

    Гироскоп – один из многих современных датчиков, без которых сложно представить работу смартфона.

    Область применения этого датчика в телефоне достаточно обширна. Полноценный гироскоп визуально напоминает юлу внутри нескольких обручей. Ввиду габаритов такая конструкция не может быть установлена в гаджете, поэтому ее заменили на датчик, основанный на микроэлектромеханической системе.

    Что такое гироскоп?

    Гироскоп в современном телефоне – датчик, который позволяет автоматически менять ориентацию экрана в зависимости от положения смартфона.

    Впервые гироскоп был установлен в iPhone 4, благодаря чему устройство обрело новый полезный функционал. С датчиком пользователи получили возможность, например, перелистывать страницы и переключать треки в плеере встряхиванием смартфона.

    Для включения датчика на устройствах с операционной системой Android 4.0 KitKat и выше достаточно выкатить шторку уведомлений и активировать опцию автоповорота экрана.

    Акселерометр и гироскоп

    Как правило, современные телефоны оснащены этими датчиками в паре. Принцип их работы хоть и похож, но не дублируется. измеряет ускорение объекта при перемещении, в то время как гироскоп измеряет угол отклонения аппарата относительно разных плоскостей.

    Функции гироскопа в смартфонах

    Гироскоп вывел игровой процесс на новый уровень. Вращая устройство в пространстве, пользователь может управлять автомобилем, вести игровой поединок, искать персонажей и многое другое.

    Если говорить о стандартных приложениях, наиболее показательными преимущества гироскопа выглядят, например, в приложении калькулятор. В портретной ориентации пользователю доступны стандартные действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Повернув телефон на 90 градусов, можно получить большой выбор тригонометрических функций на все случаи жизни.

    Разумеется, с автоматической работы датчика гораздо удобнее смотреть видео в YouTube и листать фотографии. Еще датчик можно использовать, чтобы сделать из телефона строительный уровень – д ля этого нужно скачать специальное приложение.

    По сути, недостатков у гироскопа нет. Конечно, иногда появляется дискомфорт при просмотре картинок или чтении, когдапри изменении позы человека и устройства возможны нежеланные изменения ориентации экрана. Решение простое – отключить автоповорот в настройках.

    Привет всем, уважаемые пользователи лучшего мобильного портала Trashbox. Сегодняшняя шестая по счёту статья из рубрики «Как это работает» посвящается гироскопу. Если вам не известно, что это такое – данная статья для вас. Давайте же узнаем, что такое гироскоп и как это работает. Самое интересное под катом .

    Гироскоп (в переводе значит «вращение» или «смотреть») – устройство, имеющее способность измерения изменения углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат. В настоящее время известно два типа гироскопов: механический и оптический. По режиму действия гироскопы делятся на: датчики угловой скорости и указатели направления. Однако, одно устройство может работать одновременно в разных режимах в зависимости от типа управления.

    Что касается механических гироскопов, то из них больше всех известен роторный гироскоп – это твёрдое тело, которое быстро вращается и ось которого способна изменять ориентацию в пространстве. Скорость вращения гироскопа при этом существенно превышает скорость поворота оси его вращения. Основным свойством данного гироскопа является способность сохранения в пространстве неизменного направления оси вращения при отсутствии какого-либо воздействия на неё внешних сил. Основная часть роторного гироскопа – быстро-вращающийся ротор, имеющий несколько степеней свободы (осей возможного вращения).

    Принцип работы


    Принцип работы гироскопа заключается в грузиках, которые вибрируют на плоскости с частотой скорости умноженной на перемещение. При повороте гироскопа возникает так называемое Кориолисово ускорение. Если вы пропускали физику в школе или не знаете, то у всех тел есть единое свойство – при вращении они сохраняют свою ориентацию относительно направления силы тяжести. По сути, гироскоп – это волчок, который вращается вокруг вертикальной оси, закреплённый в раме, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси, и в свою очередь закреплена в другой раме, которая может поворачиваться вокруг третьей оси. Таким образом, можно придти к выводу: как бы мы не поворачивали волчок, он всегда имеет возможность всё равно находиться в вертикальном положении. Датчики снимают сигнал, как волчок ориентирован относительно рам, а процессор считывает, как рамы в этом случае должны быть расположены относительно силы тяжести.

    Гироскопы применяются в технике. Они используются в виде компонентов как в системах навигации (авиагоризонт, гирокомпас и т. п.), так и в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов. Что касается той самой системы стабилизации, то она бывает трёх типов: система силовой стабилизации (используется на двухстепенных гироскопах), система индикаторно-силовой стабилизации (также на двухстепенных гироскопах) и система индикаторной стабилизации (на трёхстепенных гироскопах).

    А теперь поподробнее об этих трёх основных типах. Система силовой стабилизации: для стабилизации вокруг каждой оси требуется один гироскоп. Сама стабилизация осуществляется непосредственно гироскопом, а также двигателем разгрузки. В начале действует гироскопический момент, а потом уже подключается двигатель разгрузки. Система индикаторно-силовой стабилизации: для стабилизации также требуется один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки, но в начале появляется небольшой гироскопический момент. И последняя – система индикаторной стабилизации: для стабилизации вокруг двух осей нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки.

    Использование гироскопа в мобильных устройствах


    Давайте же затронем тему использования гироскопа в мобильных устройствах и игровых приставках. В настоящее время в большинстве смартфонов используется так называемый МЭМС-акселерометр. Будучи датчиком ускорения, в покойном состоянии он видит только один вектор – вектор всемирной силы тяготения, который всегда направлен к центру Земли. По разложениям вектора на чувствительные оси датчика без каких-либо затруднений вычисляется угловое положение устройства в пространстве. Также разложение вектора может показать, что датчик неспособен определить разворот устройства по углу курса, то есть поворот влево или вправо при поставленном на ребро смартфоне – проекция вектора на курс всегда равняется нулю. Впервые игровой контроллер, умеющий определять своё положение в пространстве, был выпущен компанией Nintendo – Wii Remote для игровой приставки Wii, и в нём используется только трёхмерный акселерометр.

    Кроме того, гироскоп стал применяться и в игровых контроллерах. Например, Sixaxis для SONY PlayStation третьего поколения и Wii MotionPlus для Nintendo Wii. В обоих игровых контроллерах используются два дополняющих друг друга пространственных сенсора: гироскоп, а также акселерометр. Также в новейших контроллерах, кроме акселерометра, используется дополнительный пространственный сенсор – гироскоп. Если привести работу гироскопа в других вещах, то существуют игрушки на основе гироскопа. Самыми банальными примерами являются йо-йо и волчок или в народе его называют «юла». Волчки же отличаются от гироскопов тем, что не имеют ни одной неподвижной точки.

    В других сферах также есть применение гироскопу – их целый список. Гироскоп используется в приборах навигации в самолётах и космических аппаратах, в оружии (пуля при стрельбе закручивается, это придаёт ей гораздо большую устойчивость и повышает точность стрельбы), колёса велосипеда или подобного устройства работают как гироскопы – это не даёт ездоку упасть. Таким образом, любой вращающийся предмет можно назвать гироскопом – он противодействует отклонению оси вращения.

    Тематические материалы:

    Обновлено: 23.12.2020

    103583

    Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

    Что такое гироскоп в смартфоне, для чего нужен и отличие от акселерометра

    Для каждого современного смартфона обычным делом является оснащение различными датчиками. К примеру, в смартфонах датчики отвечают за освещенность, приближение, магнитометрию, ускорение, приближение, измерение расстояния. Кроме того, смартфоны оснащаются акселерометрами и гироскопами. Вот о последнем мы и поговорим, поскольку многих интересует – что такое гироскоп, который зачастую работает в тандеме с акселерометром, а также – как им пользоваться?

    Примечательно, что гироскоп был изобретен еще в середине XIX столетия французским ученым Леоном Фуко. С помощью изобретенного им гироскопа Фуко проводил наблюдения суточного вращения Земли. Что касается современных гироскопов, они применяются не только для того, чтобы определить вращение тела. Их основное предназначение – определить угол отклонения определенного тела по отношению к плоскости. Очень часто в смартфонах гироскоп работает в паре с акселерометром, благодаря чему можно отслеживать и фиксировать движение, причем в данном случае это касается трехмерного пространства. 

    Интересно, что первый смартфон, в спецификациях которого фигурировал гироскоп, стал «яблочный» гаджет iPhone 4. А, поскольку очень часто компания Apple выступает в роли законодателя моды, многие производители мобильных аппаратов подхватили идею и стали также оснащать свои смартфоны гироскопом. Справедливости ради стоит заметить, что применение гироскопа является не просто трендом, когда практическая польза вызывает сомнение. Применение гироскопа на самом деле привнесло пару совершенно новых и интересных возможностей. Как уже было сказано, в смартфонах гироскоп как правило применяется вместе с акселерометром, благодаря чему устройство становится более чувствительным к изменению положения, к примеру, это касается наклона, поворота и прочих даже самых незначительных движений. Такое оснащение с определенным программным обеспечением может обеспечить защиту смартфона во время его падения или удара. 

    Рентген гироскопа в iPhone 4

    Кроме того, чтобы можно было полноценно взаимодействовать с гарнитурой виртуальной реальности гироскоп является просто незаменимой вещью, поскольку с его помощью происходит определение движения смартфона во всех направлениях. Иными словами, для того, чтобы нормально взаимодействовать с виртуальной реальностью, необходимо точное определение человека в пространстве, для чего собственно и нужен гироскоп. И, несмотря на то, что на сегодняшний день даже недорогие аппараты оснащена акселерометром, но для работы с приложениями виртуальной реальности его датчиков недостаточно по причине многих погрешностей и невозможности определения поворотов и движения в горизонтальной плоскости. Для наиболее эффективного погружения в виртуальную реальность требуется как акселерометр, так и гироскоп.

    По своей сути, гироскоп в смартфоне является микроэлектромеханическим преобразователем угловых скоростей в электрический сигнал. Иными словами, в способность гироскопа входит расчет изменения угла наклона по отношению к оси в процессе поворота смартфона. Гироскоп относится к такому типу микроэлектромеханических систем (МЭМС), в которых присутствует как механическая, так и электронная часть. Размер такого чипа в среднем достигает нескольких миллиметров или даже меньше.

    Между тем, современные мобильные аппараты оснащены гироскопом в основном для того, чтобы улучшить качество игры. Чтобы играть в гонку или другую игру на смартфоне уже не нужны виртуальные джойстики. Управление автомобилем или вертолетом можно осуществлять, просто изменяя положение смартфона в пространстве – наклоняя его вправо или влево, на себя или от себя, а также вперед или назад, держа его горизонтально. Гироскоп также умеет определять скорость, с которой аппарат перемещается. К примеру, для того, чтобы управлять игрой, можно воспользоваться не только поворотом смартфона, но и скоростью поворота. Благодаря этому не только играть, но и управлять смартфоном в целом можно более точно и удобно. 

    Вдобавок ко всему, гироскоп в смартфоне можно использовать для того, чтобы определить текущее местоположение на местности. С помощью смартфона, в оснащение которого входит гироскоп удобно определять направленность движения. В частности, это можно сделать с помощью GPS-навигации, когда карту можно повернуть в нужную сторону. Это можно сделать, просто повернувшись со смартфоном в руках в нужную сторону по отношению к искомому объекту, например, населенному пункту – карта также повернется в нужную вам сторону. Познавательную статью о том, какая разница между GPS и A-GPS вы найдете на нашем портале.

    Чем отличается акселерометр от гироскопа

    Между тем, раз уж мы упомянули об акселерометре, не вдаваясь в лишние подробности, коротко отметим, в чем заключается основное отличие акселерометра от гироскопа. Если коснуться основных отличий акселерометра и гироскопа, то стоит упомянуть о принципе их работы. В случае с гироскопом происходит вычисление угла наклона по отношению к земле, в то время как в возможности акселерометра входит подсчет собственного ускорения, также – относительно к земле. Как показывает практика, оба этих аппаратных компонента могут служить как поодиночке – хотя в некоторых случаях недостаточно эффективно – так и дополнять друг друга. Поэтому на сегодня подавляющее большинство смартфонов получают в оснащение как гироскоп, так и акселерометр.

    В заключение стоит отметить, что некоторые пользователи предпочитают отключить гироскоп на смартфоне. Обусловлено это тем, что многие программы могут реагировать на изменение положение в пространстве с некоторым запозданием. Например, при просмотре картинок или фотографий, ориентация страницы может меняться при малейшем изменении положения тела, что может нервировать.  

    📱 Гироскоп в телефоне: возможности и преимущества

     

    Что такое гироскоп: теоретический экскурс в физику

    Для начала, давайте разберёмся, как гироскоп появился на свет и чем он является в классическом научном понимании. Первый полноценный образец аппарата был представлен в 1817 году немецким учёным-астрономом Иоганном Боненбергом. Термин же «гироскоп» (от греческих слов «круг» и «смотреть») был внедрён французским исследователем Жаном Фуко в 1852 году. Визуально герой нашего обзора похож на схематичный макет, изображающий вращение как планеты вокруг своей оси, так и её спутников (недаром открытие имеет астрономические «корни»). В центре прибора расположен элемент, близкий по внешнему виду к простому волчку, а вокруг него с определённой скоростью движутся в нескольких плоскостях два или более колец.

    [show/hide]

    Принцип данного изобретения состоит в следующем: во время вращения «волчок» сохраняет постоянное положение центральной оси, пока не испытает различные действия со стороны внешних сил. Следовательно, вы можете использовать в качестве объекта, расположенного в центре, любое твёрдое тело, точно определяя его положение в пространстве.  Эта функция, в первую очередь, полезна при навигации, поэтому наиболее широкую популярность гироскоп приобрёл в авиации, судоходстве, а также космической отрасли. 

    Применение гироскопов в смартфонах: история появления и особенности работы

    Помимо навигации, эта технология нашла своё место и среди мобильных устройств. «Первопроходцем» установки подобных датчиков в свои продукты стала легендарная американская компания Apple. Произошло это знаменательное событие в 2010 году, когда свет увидел знаменитый телефон IPhone 4. В дальнейшем применение технологичного оборудования превратилось из «диковинки» в обыденность. В 2019 году трудно найти смартфон, не снабжённый подобным чипом. 

    Появление новой «фишки» открыло путь в массы сотням разработчиков полезных и развлекательных программ различного уровня. Конечно, в электронных изделиях гироскоп преобразовался из громоздкой конструкции в миниатюрную микросхему – иначе он попросту не поместился бы в компактном корпусе. Соответственно, изменился и принцип, по которому распознаются угловые изменения положения гаджета в пространстве и иные движения. Внутри элемента расположены специальные грузики, смещения которых фиксируются процессором, преобразующим механические импульсы в электрические. 

    Различия между гироскопом и акселерометром – такие разные «братья»

    Прежде чем перейти к дальнейшему анализу героя нашего обзора, стоит упомянуть о «родственном» чипе, который встречается в телефонах даже чаще гироскопа – об акселерометре. Его основная функция – измерение ускорения относительно точки, в которой изначально был расположен объект. В этом и состоит главное отличие двух популярных чипов. Но давайте рассмотрим различия более подробно: 

    Акселерометр Гироскоп
    Измеряет расстояние, на которое был перемещён прибор в пространстве Рассчитывает угловое отклонение тела в трёх плоскостях
    Необходим для расчёта размеров, но бесполезен при вращении и перемещении самого гаджета Важен для измерений, связанных с вращением и углами, но не измеряет расстояние

    Портативный и полезный гироскоп: на что способно это оборудование в телефоне

    «Теория, это, конечно, хорошо, но как я смогу использовать такое приспособление на практике?»  – спросит наш читатель. И наша редакция готова перейти от скучной науки к рассказу о реальном применении оборудования в современных условиях. Поехали!

    Автоматический поворот экрана

    Наиболее популярной и заметной функцией является автоматическое изменение расположения изображения на экране. Вертикальный режим, можно сказать «повседневный», удобнее для общения и иных простых действий. Но для комфортного веб-сёрфинга, мобильных игр, просмотра фильмов и сериалов куда удобнее горизонтальное (ландшафтное) расположение экрана. За переключение между двумя этими состояниями и как раз отвечает гироскоп.

     

    Функцию автоповорота можно отключить, если на текущий момент в ней нет потребности 

    Управление телефоном при помощи движений

    Эта опция используется не столь часто. Однако она удобна в час пик в переполненном транспорте или при банальной нехватке времени. Вам достаточно лишь встряхнуть аппарат для ответа на звонок, переключения трека в плеере или иных действий, в других условиях требующих полноценных действий обеими руками.

    Единственным недостатком такой «фишки» является вероятность случайного срабатывания во время быстрых перемещений

    Навигационные программы

    Как мы уже говорили ранее, изначально гироскопы использовались в навигационных системах самолётов, кораблей и иных средств передвижения. Из этой сферы инженеры и перенесли удобную функцию в портативные устройства. Запомните, спутники GPS, ГЛОНАСС или BeiDou будут «сотрудничать» с вашим аппаратом только при наличии встроенного датчика! Также существуют десятки программ, превращающих телефон в компас – без героя нашего обзора их эффективность была бы равна нулю.

    Программы для измерений

    Если вы работаете в сфере строительства, то нередко сталкиваетесь с таким инструментом, как уровень. Он необходим для определения ровности поверхности. При отклонении в ту или иную сторону будет увеличиваться нагрузка на материал, а также элемент приобретёт неэстетичный внешний вид. Поскольку гироскоп измеряет углы, скачав соответствующую программу из Play Маркета или App Store, вы сможете превратить мобильный телефон в строительный уровень – это очень удобно и практично.

     

    В некоторых случаях расчёты программы могут давать более точные цифры, чем физические измерения инструментом

    Цифровые развлечения

    В обзоре нельзя не упомянуть про любимые всеми игры и весёлые приложения для поднятия настроения. Многие приобретают смартфоны не только для работы и связи, но также и для всевозможных развлечений. И здесь прибору есть, где разгуляться. Наклонами гаджета можно управлять рулём в гоночных играх или перемещениями протагониста в зажигательных шутерах. Есть даже приложения, полностью построенные на физике изменения углов. Самым популярным примером является Doodle Jump. 

    Управление при помощи движений не только усиливает впечатления от процесса прохождения, но также улучшает реакцию и координацию игрока

    Недостатки датчика

    К сожалению, даже у столь технологичного оборудования имеется ряд досадных недостатков, мешающих некоторым пользователям полноценно пользоваться всеми достоинствами. Вот наиболее заметные из них: 

    • незапланированное изменение ориентации экрана с «портрета» в «ландшафт» во время резких движений;
    • при длительном использовании возникают погрешности в расчётах, связанные с воздействием внешних факторов (например, сторонние вибрации или колебания температур). Со временем это может привести к ошибкам в правильном определении положения аппарата в пространстве.
    • поскольку сенсор не способен измерять пройденное расстояние, без акселерометра его польза в определённых приложениях значительно снижается.

     Чтобы выявить погрешность, достаточно сравнить значения с несколькими точно откалиброванными телефонами

    Как узнать о наличии в смартфоне гироскопа

    В 2019 году трудно найти человека, у которого бы не было мобильного средства связи. Но думаем, что каждый из наших читателей хотел бы знать, есть ли в его гаджете подобное оборудование. Для этого существует два наиболее распространённых способа:

    1. Найти на официальном сайте производителя характеристики вашего электронного помощника и прочитать в них соответствующий раздел.
    2. Если на сайте отсутствует интересующая нас информация (именно отсутствуют сведения, а не указано, что гироскоп не установлен в нашем устройстве), необходимо воспользоваться сторонними программами, которые анализируют работу основных и вспомогательных модулей системы. Лучшим выбором среди всего многообразия предложений является знаменитая программа AnTuTu Benchmark либо более узкоспециализированный продукт Sensor Sense.

      Можно попробовать найти данные на страницах онлайн-магазинов, но это менее надёжный источник информации 

    Чтобы определиться с наличием модуля, достаточно найти соответствующий пункт – информация в данном случае точная

    Управление гироскопом и его калибровка – возможны ли эти действия в телефоне

    Сразу скажем – стандартными средствами вы не сможете изменить настройки, заложенные производителем в этот датчик. Вы можете только включить или отключить определённую функцию, напрямую связанную с гироскопом – автоповорот экрана. Делается это следующим образом (для примера возьмём ОС Android, телефон фирмы Xiaomi): 

     

     Описание действия Иллюстрация 
     Заходим в меню и находим пункт «Настройки»  
     Выбираем либо раздел «Экран» (как в нашем случае), либо «Дополнительные возможности»  
     Находим пункт «Автоповорот экрана» и выбираем нужное нам значение (вместо «ползунка» может быть «галочка»)  

    Полностью гироскоп вы не сможете включить или выключить. Что же касается калибровки – некоторые программы, например, упоминаемая нами ранее Sensor Sense или штатная система на смартфонах Meizu, предлагают данную опцию. Но это, скорее, исключение, нежели правило.

    Будьте осторожны, настраивая работу прибора – подобные действия под силу только опытным пользователям Android и iOS

    Выводы

    Подводя черту под всем, что мы сегодня исследовали и проанализировали, хочется сказать, что потенциал гироскопов раскрыт ещё далеко не на все 100%. С каждым годом появляется всё больше решений для применения подобного чипа. Особенно интересным видится внедрение их в VR-шлемы и очки, постепенно набирающие популярность по обе стороны океана. А пока что пользуйтесь удобными и доступными опциями, которые предоставляет модуль сегодня.

     

    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.

    Гироскоп в телефоне что это и какую роль отыгрывает [Гайд 2019]

    Гироскопы в телефонах применяются на протяжении последних пяти лет. Сегодня без них не обходится ни одно устройство. Но до сих пор многие не знают, что это такое.

    Если при создании телефона первоначальная задумка заключалась в возможности вести общение на расстоянии, ввиду развития современных технологий это полноценное многофункциональное устройство.

    Поскольку на мировом рынке всегда удерживается большая конкуренция между брендами, компании стремятся показать своей целевой аудитории новые решения, выгодно отличающиеся от остальных производителей. Именно конкуренция стала причиной появления в смартфонах гироскопа.

    Именно благодаря ему устройства стали более функциональными, завоевали хорошие отзывы от владельцев. Если совсем недавно гироскопы считались диковинным элементом девайса, сегодня целевую аудиторию сложно удивить их наличием. И несмотря на то, что некоторые считают гироскоп полезным элементом системы телефона, остальные предпочитают отключать его.

    Содержание:

    Что это такое?

    Гироскопом является специальный чип (в смартфоне), который анализирует положение объекта в пространстве и определяет углы его размещения. Самым простым примером стандартного гироскопа является юла – игра, разработанная специально для детей. Впервые гироскоп был представлен общественности немецким астрономом и математиком И. Боненбергером.

    В некоторых научных трудах также присутствует информация о том, что на самом деле устройство изобрели на три года раньше. Гиродатчики активно применяются в большом количестве сфер наук и техники, включая авиацию, судоходство, космонавтику. Их устанавливают в бытовой технике, и, естественно, современных смартфонах.

    к содержанию ↑

    Гироскоп и акселерометр – принципиально разные вещи

    В обществе почему-то сформировалась мысль о том, что акселерометр и гироскоп являются идентичными устройствами, которые, соответственно, предназначены для выполнения аналогичных функций. На самом деле, это далеко не так. Акселерометр монтируется в смартфон для того, чтобы отслеживать его поворот в пространстве. Гиродатчики отвечают за куда больший перечень задач:

    • перемещение устройства в пространстве;
    • определение стороны света;
    • скорость перемещения в пространстве;
    • другие функции.

    В общей сложности, функционал очень сильно похож, поэтому гиродатчик сам по себе является значительно модернизированным акселерометром, выпускаемым в виде отдельного устройства. Если акселерометр регистрирует поворот дисплея, гироскопы дают возможность определить передвижение в трех плоскостях. Некоторые приложения активно используют интегрированный микрочип для решения внутренних задач.

    к содержанию ↑

    Основные функции гироскопа в современных смартфонах

    Благодаря использованию гиродатчиков в смартфонах производители позволили воспользоваться рядом новых возможностей. Вне зависимости от того, в каком именно аппарате установлен микрочип, владелец непременно отметит функционал.

    Например, раньше для того, чтобы ответить на важный звонок, необходимо было нажимать на кнопку или коснуться экрана. Теперь, всего лишь встряхнув телефон, вы можете начать разговор. Кроме того, гироскоп дает возможность смотреть фотографии, интересные изображения, перевернуть страницу в электронной книге. В аудиоплеерах перед вами появляется возможность выбрать другую песню, не касаясь при этом никаких кнопок.

    Гиродатчики невероятно удобны в калькуляторах. При портретном использовании появляется возможность справиться с минимальным количеством функций – умножить, поделить, вычесть или сложить.

    Если владелец перевернет телефон на 90 градусов, встроенный в телефоне калькулятор получит ряд дополнительных возможностей. По сути, перед ним появится настоящий инженерный калькулятор. И что самое главное – не нужно каждый раз тратить время на поиск и выбор нужной функции в меню настроек – система самостоятельно определяет, когда необходимо переключиться на инженерную версию, а когда – вернуться обратно на обычную.

    Может показаться, что гироскоп отвечает только за выполнение обычных функций. На самом деле, это далеко не так. Разработчики программного обеспечения также обратили внимание на возможности гиродатчиков.

    Некоторые операционные системы предусматривают возможность повторного поиска устройств, в которых включен Bluetooth. Микрочипы дают пользователю возможность пользоваться специфическими программами, посредством которых определяется уровень и угол наклона объекта. Поэтому если вы увидите строителя, который измеряет угол размещения тех или иных предметов дома с помощью айфона, не стоит удивляться.

    Гироскопы очень удобны, если владельцу смартфона необходимо определить местность, в которой находится человек. Вам может показаться, что за такую функцию отвечает только GPS-датчик, но на самом деле, это не так.

    Сейчас GPS-навигатор самостоятельно подсчитывает текущие координаты местонахождения, а гироскоп определяет направление, в которую повернут человек в режиме реального времени. К примеру, если вы находитесь на открытой местности, где нет дорог, но вам надо добраться до ближайшего населенного пункта, достаточно повернуться лицом к нему – и на экране вы сможете увидеть, куда сможете прийти, если постоянно шагать прямо. Наоборот, отвернувшись спиной к требуемому населенному пункту, вы заметите и это.

    Наличие подобных помощников делает ориентирование на незнакомой местности куда более простым. Таким образом, гиродатчик является незаменимым элементом смартфона, используемого людьми, которым нравятся активные виды отдыха.

    Естественно, дело не обходится без минусов. Некоторые владельцы телефонов, где присутствует гироскоп, предпочитают отключать его. Так, например, некоторые приложения могут медленно реагировать на изменения в текущем положении в пространстве. Кроме того, если вы лежа читаете книгу, перевернувшись на бок, гиродатчик сразу же укажет программе на необходимость изменения ориентации страницы. Как результат, вы можете столкнуться с рядом неудобств.

    к содержанию ↑

    Как и кто использует гироскоп чаще всего?

    Практика показывает, что наиболее часто гироскоп задействуют геймеры. Присутствие такого микрочипа в смартфоне существенно меняет принцип игры. Картинка получается более качественной. Так, к примеру, в гоночных симуляторах раньше необходимо было нажимать на кнопку экране, чтобы указать направление поворота транспортного средства.

    Сейчас же достаточно повернуть смартфон в сторону, чтобы машина поехала в указанную сторону. Причем интенсивность поворота зависит от угла расположения телефона. Для крутого вхождения в поворот придется перевернуть устройство на 60-70 градусов.

    В шутерах же применение гиродатчиков способствует быстрому наведению на вражескую цель. Не обошли стороной задействование гироскопа и разработчики симуляторов.

    Второй категорией пользователей по популярности являются представители сложных профессий, в которых требуется предельная точность. Так, например, некоторые автослесари могут определять правильность установки деталей, всего лишь приложив телефон к ним. Строители проверяют ровность несущих конструкций – информация о градусе расположения выводится прямо на экран.

    к содержанию ↑

    Выводы

    Гироскоп – это сложное устройство, без которого не обходится ни один современный смартфон. Его изобретение и внедрение в мобильные аппараты позволило значительно расширить функциональные возможности. Телефон, где есть собственный гиродатчик, можно использовать не только для совершения звонков, но и определения углов объектов, текущего направления объекта в пространстве и так далее. Даже для принятия входящего вызова достаточно легко встряхнуть свой телефон и начать диалог, не нажимая никаких кнопок, не касаясь экрана.

    Производители постоянно совершенствуют конструкцию гироскопов. Поэтому современные модели не требуют так много энергии, как раньше. Даже если вы не пользуетесь гироскопом в одном из приложений, не выключайте его, но при условии, что он не мешает.

    В противном случае (например, при чтении электронной книги лежа на диване) его все-таки придется деактивировать. Без гироскопа мы не могли бы полноценно ориентироваться в условиях пребывания на незнакомой территории. Гиродатчик по праву можно считать одним из самых важных элементов современных телефонов и планшетов, увеличивающим количество полезных функций.

    Как датчик гироскопа работает в вашем смартфоне?

    Гироскоп можно понимать как устройство, которое используется для поддержания опорного направления или обеспечения стабильности в навигации, стабилизаторов и т. Д. Точно так же в вашем смартфоне присутствует гироскоп или гироскопический датчик для измерения угловой скорости вращения и ускорения. Проще говоря, все эти мобильные игры, в которые мы можем играть, используя чувство движения на наших телефонах, планшетах и ​​т. Д., Происходят благодаря Gyroscope Sense. Точно так же смартфон должен иметь возможность смотреть 360-градусных видео или фотографий.Фотография или видео перемещаются, когда мы перемещаем телефон из-за наличия гироскопа.

    Типы датчиков гироскопа

    Датчики гироскопа бывают разных видов и типов, имеют разные характеристики и размеры.

    Источник изображения – EPSON

    Применение гироскопа в смартфоне

    Гироскоп в смартфоне предоставляет графический интерфейс, который позволяет пользователю выбирать меню и т. Д., Наклоняя телефон. Телефон можно слегка отклонить, чтобы перемещаться вверх и вниз по списку контактов.Это позволяет смартфону запускать предустановленные команды на основе различных движений. Например, можно встряхнуть телефон, чтобы заблокировать его.

    • Ответить по телефону / открыть сайт

    Гироскопический датчик в вашем телефоне позволяет ответить на звонок или открыть веб-сайт с помощью имеющихся команд, таких как вращение, легкое встряхивание телефона 2–3 раза и т. Д.

    Стабилизация изображения – это одно из приложений гироскопа в вашем смартфоне, которое предотвращает дрожание руки, которое влияет на качество изображения.Это позволяет телефону записывать действия во время нажатия на кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимки более четкими. Он исключает влияние вибрации как на фото, так и на видео.

    В случае потери услуги или сети, в туннелях или подземных дорогах, GPS продолжает помогать ориентироваться в автомобиле с помощью гироскопа.

    • Управляющая игра с датчиком движения

    Apple с выпуском iPhone 4 сделала Gyroscope ядром motion gaming .Это позволяет разработчику управлять игрой с помощью обнаружения действия. Это позволяет вам использовать свой телефон в качестве рулевого колеса во время управления автомобилем в игре, реактивным самолетом и т. Д. Игра воспроизводит моменты, которые вы делаете со своим телефоном, и, следовательно, управляет играми с чувством движения.

    Источник изображения – SEIKO EPSON

    Реализации датчика гироскопа в мобильном приложении

    • Как обсуждалось ранее, датчик гироскопа может обеспечивать выполнение ряда действий на основе различных наборов движений, выполняемых пользователем, таких как встряхивание телефона для отмены написанного содержимого.
    • Датчик гироскопа
    • отвечает за авторотацию экрана и просмотр на экране всякий раз, когда телефон поворачивается.
    • Одна из самых больших реализаций гироскопа заключается в том, что он обеспечивает плавное вращение и выполнение нескольких команд в играх с помощью трехмерных движений.
    • Гироскоп
    • может обеспечивать точное движение внутри функциональности приложения. Это позволяет пользователю выполнять большинство задач с помощью движения самого устройства.
    • Гироскоп фиксирует 6-мерное угловое движение.Это просто означает, что мобильные приложения, разработанные с использованием датчика гироскопа, с большей вероятностью обеспечат более привлекательный пользовательский интерфейс, чем приложение без датчика.

    Приложения в смартфоне с датчиком гироскопа

    Сегодня большинство приложений в смартфонах работают лучше всего, когда в телефоне есть датчик гироскопа. Например, недавно популярная игра Pokemon Go показала, как дополненная реальность добавляет впечатлений от игры, однако, что интересно, AR не будет возможна без гироскопического датчика.Если в вашем телефоне нет хорошего гироскопического датчика, его можно включить с помощью модуля GyroEmu Xposed на любом телефоне Android.

    Android-приложения, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик

    Android-приложения, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик:

    приложений для iPhone, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик

    iPhone Приложения, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик

    С каждым днем ​​появляется все больше и больше приложений, творчески использующих гироскопические датчики. Тем не менее, много инноваций делается в области расширенной готовности с гироскопом в смартфонах.Мы очень рады видеть, что будет дальше!

    Лучшие смартфоны с датчиком гироскопа

    Поскольку гироскопический датчик сегодня является неотъемлемой частью каждого смартфона, ниже приведены некоторые из лучших смартфонов с гироскопическим датчиком, которые вы можете получить.

    Все датчики в вашем смартфоне и принципы их работы

    Ваш смартфон – выдающийся инженерный подвиг. Это полдюжины или более гаджетов, упакованных в одну пластину, и многие из ее самых крутых подвигов достигаются с помощью широкого набора датчиков – но что они собой представляют и что все они на самом деле делают?

    Как ваш телефон считает ваши шаги и заменяет фитнес-трекер? Использует ли GPS ваши данные? Какие датчики вы должны убедиться в наличии в вашем следующем телефоне?

    Вот все, что вам нужно знать.

    Акселерометр

    Snapchat знает, двигаетесь ли вы, благодаря акселерометру вашего телефона. Снимок экрана: Snapchat

    Акселерометры обрабатывают осевое определение движения и их можно найти в фитнес-трекерах и телефонах – именно они являются причиной того, почему ваш смартфон может отслеживать ваши шаги, даже если вы не купили отдельное носимое устройство.

    Они также сообщают программному обеспечению телефона, в какую сторону указывает телефон, что становится все более важным с появлением приложений дополненной реальности.

    G / O Media может получить комиссию

    Как видно из названия, акселерометры измеряют ускорение. Это означает, что карта внутри Snapchat может помещать симпатичную игрушечную машинку вокруг вашего битмодзи, когда вы ведете машину, а также можно включить множество других действительно полезных приложений.

    Датчик состоит из других датчиков, включая микроскопические кристаллические структуры, которые подвергаются нагрузке из-за ускоряющих сил. Затем акселерометр интерпретирует напряжение, исходящее от кристаллов, чтобы определить, с какой скоростью движется ваш телефон и в каком направлении он указывает.

    От переключения приложений с книжной на альбомную до отображения текущей скорости в приложении для вождения – акселерометр является одним из самых важных датчиков вашего телефона.

    Гироскоп

    Во многих играх используется гироскоп вашего телефона. Снимок экрана: Асфальт

    Гироскоп помогает акселерометру понять, в каком направлении ориентирован ваш телефон – он добавляет еще один уровень точности, так что эти 360-градусные фотосферы действительно выглядят как впечатляюще насколько возможно.

    Всякий раз, когда вы играете в гоночную игру на своем телефоне и наклоняете экран для поворота, гироскоп, а не акселерометр определяет, что вы делаете, потому что вы лишь слегка поворачиваете телефон и не перемещаетесь в пространстве.

    Гироскопы используются не только в телефонах: они используются в высотомерах в самолетах, например, для определения высоты и положения, а также для обеспечения устойчивости камер в движении. В разработке находятся лучшие из них, но они не сразу станут дешевыми и практичными для потребительских мобильных устройств.

    Гироскопы внутри смартфонов не используют колеса и стабилизаторы, как традиционные механические, которые вы можете найти в старом самолете. Вместо этого они представляют собой гироскопы MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems).

    Впервые гироскопы MEMS по-настоящему добились успеха с iPhone 4 в 2010 году. Тогда было невероятно ново иметь телефон, который мог определять ориентацию с такой точностью – в настоящее время мы принимаем это как должное.

    Магнитометр

    Приложение компаса вашего телефона работает благодаря магнитометру.Снимок экрана: Gizmodo

    Завершает триумвират датчиков, отвечающих за определение местоположения телефона в физическом пространстве, – это магнитометр. Опять же, название указывает на это – он измеряет магнитные поля и, таким образом, может сказать вам, где находится север, изменяя выходное напряжение на телефоне.

    Когда вы входите и выходите из режима компаса в Apple Maps или Google Maps, именно магнитометр срабатывает, чтобы определить, в каком направлении вверх по карте должна быть. Он также поддерживает автономные приложения компаса.

    Магнитометры также используются в металлоискателях, поскольку они могут обнаруживать магнитные металлы, поэтому вы можете получить приложения для металлоискателей для своего смартфона.

    Однако датчик не работает в одиночку по своему основному назначению, которое находится внутри картографических приложений – он работает в тандеме с данными, поступающими от акселерометра телефона и устройства GPS, чтобы определить, где вы находитесь в мире и в каком направлении. вы указываете (очень удобно для подробных навигационных маршрутов).

    GPS

    Спутники GPS позволяют вашему телефону фиксировать его положение. Снимок экрана: Gizmodo

    А, GPS – технология глобальной системы позиционирования – где бы мы были без вас? Вероятно, в отдаленном, грязном поле, проклиная день, когда мы отказались от бумажных карт в пользу электронных эквивалентов.

    GPS-устройства внутри телефонов получают сигнал от спутника в космосе, чтобы определить, на какой части планеты вы стоите (или проезжаете). На самом деле они не используют никакие данные вашего телефона, поэтому вы все равно можете видеть свое местоположение, когда ваш телефон потерял сигнал, даже если сами фрагменты карты являются размытыми и беспорядочными с низким разрешением.

    Фактически, он соединяется с несколькими спутниками, а затем вычисляет ваше местоположение на основе углов пересечения. Если спутники не обнаружены (вы находитесь в помещении или облачный покров тяжелый), вы не сможете получить захват.

    И хотя GPS не расходует данные, все эти коммуникации и вычисления могут разрядить вашу батарею, поэтому большинство руководств по экономии заряда батареи рекомендуют отключать GPS. Меньшие гаджеты, такие как некоторые умные часы, не включают его по той же причине.

    GPS – не единственный способ, с помощью которого ваш телефон может определить, где он находится – расстояние до вышек сотовой связи также можно использовать в качестве грубого приближения, как нас научил Serial , – но если у вас есть серьезные проблемы с навигацией, тогда это важно.Современные устройства GPS внутри смартфонов фактически комбинируют сигналы GPS с другими данными, такими как мощность сигнала сотовой связи, чтобы получить более точные показания местоположения.

    Биометрические датчики

    Датчики отпечатков пальцев переместились с кнопок на дисплеи. Изображение: Qualcomm

    Практически каждый телефон на рынке будет поставляться с датчиком отпечатков пальцев или системой распознавания лиц, которые помогут вам войти в свой телефон. Эти биометрические датчики можно обмануть определенными способами, но, как правило, они более безопасны и намного удобнее, чем использование только PIN-кода или шаблона.

    Датчики отпечатков пальцев перешли от аппаратных кнопок к экранным схемам. Существует три основных типа: оптический (сканирование светом), емкостный (сканирование электронными конденсаторами) и ультразвуковой (сканирование звуковыми волнами). Для достижения наилучших результатов вам нужен ультразвук, хотя два других варианта иногда используются на телефонах в более дешевом сегменте рынка.

    Эти датчики не работают в одиночку, производители используют множество различных программных уловок и алгоритмов, чтобы сделать распознавание отпечатков пальцев максимально точным.Лучшие премиальные телефоны Android теперь оснащены встроенными в дисплей датчиками отпечатков пальцев, которые почти так же хороши, как и датчики, использующие физические аппаратные кнопки.

    Конечно же, вы не найдете датчик отпечатков пальцев на iPhone высшего уровня или на Pixel 4: эти и им подобные телефоны используют распознавание лиц. Опять же, здесь используются самые разные технологии: в более дешевых телефонах просто используется обычный объектив камеры и пытаются подтвердить вашу личность с помощью фотографии с высоким разрешением.

    У high-end инфракрасный датчик отображает ваше лицо в трех измерениях с помощью точек, которые затем интерпретируются программным обеспечением на телефоне: чем умнее программное обеспечение, тем быстрее выполняется разблокировка.Когда разблокировка по лицу работает хорошо, это может казаться волшебством, но за кулисами выполняется много работы.

    Лучшее из остальных

    Pixel 4 поставляется с собственным радаром. Фото: Сэм Резерфорд ((Gizmodo)

    В вашем телефоне намного больше датчиков, хотя, возможно, они не все так важны как уже упоминалось. Pixel 4 и Pixel 4 XL уникальны тем, что имеют датчик Soli , который по сути является радарным модулем: он может обнаруживать движение рядом с телефоном и чуть выше него, поэтому сигналы тревоги становятся тише, чем вы двигаетесь, чтобы отключить их, и разблокировка по лицу может сработать, как только вы возьмете в руки свой телефон.

    Что касается Apple, мы видели, что LiDAR добавлены к iPad Pro, и вполне могут скоро появиться и на iPhone. Короче говоря, это технология лазерного сканирования, которая может определять глубину и очень точно отображать комнату, и в ближайшие годы она будет наиболее полезна для приложений дополненной реальности.

    В новейших телефонах Apple есть микросхема U1 . Это скорее коммуникационная антенна, чем датчик, но она может помочь определить местоположение и направление, в котором вы указываете свой телефон.Многие телефоны, в том числе iPhone, также оснащены барометром , который измеряет давление воздуха: он полезен для всего, от определения изменений погоды до расчета высоты, на которой вы находитесь.

    Датчик приближения обычно устанавливается рядом с верхним динамиком и сочетает в себе инфракрасный светодиод и детектор света, чтобы работать, когда вы подносите телефон к уху, так что экран можно выключить. Датчик излучает луч света, который отражается, но невидим для человеческого глаза.

    Между тем, датчик внешней освещенности делает именно то, что вы ожидаете, измеряя освещенность в комнате и соответствующим образом регулируя яркость экрана (если она действительно настроена на автоматическую регулировку).

    Подобно остальным технологиям, встроенным в ваш телефон, эти датчики становятся все меньше, умнее и менее энергоемкими, поэтому то, что телефоны с разницей в пять лет имеют GPS, не означает, что они оба будут быть максимально точным. Добавьте также программные настройки и оптимизацию, и это станет еще одной причиной для регулярного обновления вашего телефона, даже если вы почти никогда не увидите эти датчики в списке технических характеристик.

    Это руководство было первоначально опубликовано 23.07.17 и было обновлено 29.06.20, чтобы выделить дополнительные датчики, имеющиеся в современных смартфонах.

    Что такое гироскоп для смартфона?

    Гироскоп смартфона – это электронная схема, содержащаяся в смартфоне, которая предоставляет информацию об ориентации смартфона в трехмерном пространстве. Приложения используют данные для выполнения функций на смартфоне, таких как поворот экрана и применение жестовых команд, таких как жест встряхивания (используется для отмены набора текста).

    Обычный гироскоп – это вращающееся колесо или диск, установленный в раме, который может вращаться в трех измерениях. Когда диск вращается, его ориентация не зависит от наклона или положения рамы. Простым примером гироскопа может быть волчок, и если вы в детстве играли с волчками, вы использовали простой гироскоп, возможно, вы просто не знали о физическом принципе.

    Когда волчок вращается достаточно быстро, он остается в вертикальном положении и сопротивляется любой попытке упасть.Физика, лежащая в основе этого, заключается в том, что вращательное движение генерирует внешнюю силу, которая может противодействовать другим силам. Одна из сил – это гравитация, которая стремится опустить верхнюю часть вниз, и если волчок начинает вращаться слишком медленно, гравитация станет сильнее, чем сила, создаваемая вращением. Поскольку внешняя сила вращающегося диска одинаково тянет во всех направлениях, верх остается сбалансированным.

    Представьте себе линию, проходящую через центр во время вращения. Эта линия называется осью, а в данном случае – вертикальной осью.Плоская поверхность, на которой вращается волчок, является горизонтальной осью. И третье измерение – это любой угол, который принимает вершина при вращении. Эти три измерения составляют так называемую ориентацию, которую можно измерить.

    Если бы у трех осей были датчики давления, датчики обнаруживали бы, когда каждая ось перемещается вне совмещения. Например, если прямое движение вверх и вниз является вертикальным, а наклон или колебание отклоняются от вертикальной оси. Подумайте о том, когда вы кладете смартфон на плоскую поверхность, а затем поднимаете его, чтобы поднести к уху, чтобы позвонить или ответить на телефонный звонок.Смартфон меняет ориентацию с плоской поверхности на другую, в зависимости от того, как вы держите его в руке.

    В наших телах есть датчики, которые передают информацию об ориентации нашему мозгу. Во внутреннем ухе есть заполненный жидкостью датчик, который может определять ориентацию, поэтому мы можем ходить, не падая. Наш мозг также использует зрение для получения информации об ориентации и объединяет эти датчики для вычисления того, находимся ли мы правой стороной вверх, лежим или стоим под углом. Вся довольно полезная информация для нас, чтобы иметь под рукой.Смартфоны также могут использовать эту информацию о своей ориентации.

    Информация об ориентации для смартфона использует схему, которая может определить, где находится смартфон в трех измерениях. Поэтому пришлось изобрести схему, которая будет измерять эту информацию и сделать ее достаточно маленькой, чтобы поместиться в смартфон.

    Инженеры-электронщики знали, что когда через определенные материалы пропускается электрический ток, они будут вибрировать. Если материал имеет форму спиц, выступающих из точки, то спицы образуют линию вдоль оси.Датчики давления на спицах могут обнаруживать любое движение и отправлять эту информацию в схему, которая собирает всю информацию со всех спиц в датчике, чтобы создать трехмерное изображение датчика и, следовательно, смартфона.

    В отличие от механического вращающегося гироскопа, этот гироскоп с вибрирующей спицей прекрасно подходит для миниатюризации для микроэлектромеханических систем или MEMS. Эти схемы включают в себя как электронные, так и механические компоненты, это электромеханический термин, и являются миниатюрными, поэтому они являются микроэлектромеханическими схемами.Эти твердотельные компоненты дают смартфонам и другим устройствам возможность самостоятельно определять любые изменения вращения. Гироскоп смартфона позволяет смартфону поворачивать экран в соответствии с перспективой пользователя или имитировать гравитацию в видеоиграх, когда вы поворачиваете и поворачиваете свой смартфон.

    Гироскопы для смартфонов

    делают смартфон более чувствительным устройством, поскольку он может определять свое положение в трехмерном пространстве в соответствии с положением человека. В результате смартфон становится более удобным портативным устройством и более полезным, поскольку он «понимает» свое положение и то, как мы его держим.

    Не подписчик? Не пропустите ни одного номера:

    Датчики смартфонов – крошечные инструменты с большим влиянием

    Вернуться ко всем сообщениям в блоге

    Размещено Мартиной Джанольо
    категории: Технологические теги: Акселерометр, Гироскоп, МЭМС, Микросенсоры, Мобильные устройства, Позиционирование, Датчики, Смартфон

    Изображение: www.iFixit.com

    Датчики

    появились задолго до появления смартфонов.Но они не только перешли в цифровую эпоху, но и становятся все меньше и меньше: на картинке выше крупным планом показана сложная технология гироскопа iPhone размером с булавочную головку.

    Между тем, датчики также значительно улучшают свою точность. Это позволяет вашему смартфону видеть свет и слышать звук с мельчайшими подробностями, а также улавливать сигналы, которые мы не можем.

    И мы становимся все более и более креативными в использовании этого возросшего восприятия. Это помогает сделать повседневное использование технологий более интуитивным и открывает двери для новых приложений.К настоящему времени ваш смартфон, вероятно, также является вашим навигационным устройством, вашей камерой, игровой консолью и вашим цифровым кошельком.

    Все эти функции были бы невозможны без встроенной микроскопической сенсорной технологии.

    Давайте рассмотрим некоторые из мощных микродатчиков вашего телефона и посмотрим, на что они способны.


    Движение: Акселерометр и гироскоп

    Акселерометр может определять ориентацию относительно силы тяжести, а также поступательное движение.

    Поместите это в свой телефон, и вы сможете в некоторой степени измерять наклон и сдвиг в линейном направлении. Таким образом ваш телефон узнает, какой у вас режим: альбомный или портретный, и может автоматически настраивать экран.

    Чтобы акселерометр мог точно ориентироваться, даже когда телефон перемещается в пространстве, его данные объединяются с гироскопом . Он измеряет изменения угловой скорости.

    Гироскоп используется для обнаружения более сложных изменений ориентации, необходимых для приложений дополненной реальности, просмотра видео на 360 градусов или использования телефона в качестве рулевого колеса в гоночной игре.

    Для измерения механических сигналов цифровыми датчиками в вашем телефоне используются микроэлектрические механические системы (MEMS). Они предлагают уменьшенную версию концепции механических сенсорных инструментов, встроенных в плату электроники.

    Вот как это работает:

    Комбинированный датчик движения с акселерометром и гироскопом можно использовать в более сложных приложениях. Приложения для спорта и фитнеса используют эти датчики для отслеживания шагов пользователя и объединяют их с GPS для отображения вашего маршрута и темпа.


    Расположение: GPS, барометр, магнитометр

    Когда дело доходит до определения местоположения, первое, что приходит на ум, это, скорее всего, GPS, глобальная система определения местоположения. Ресивер вашего телефона принимает сигналы от спутниковой сети для триангуляции его относительного положения. Но поскольку сигналы GPS доступны не везде, более точные системы позиционирования заполняют пробелы с помощью датчиков движения или других датчиков.

    Во многих телефонах есть барометр , который измеряет давление воздуха.Это полезно для обнаружения изменений погоды, но в сочетании с другими инструментами, такими как GPS, Wi-Fi и маяки, барометры могут передавать данные о высоте в сигнал местоположения.

    Как видно из названия, магнитометр измеряет магнитные поля. Магнитометр позволяет легко ориентировать телефон с помощью магнитного поля Земли. Это используют приложения цифрового компаса, а также цифровые карты, которые меняются в зависимости от вашего физического положения.

    Но использование магнитометров может выходить за рамки этого: способность определять положение магнита уже работает с мельчайшими деталями, и ее точность улучшается.Это открывает путь для других функций, таких как беспроводное управление жестами.


    Свет и звук: микрофоны, окружающее освещение и приближение

    Микрофоны не особенно новы, но с Alexa, Siri и Cortana явно наблюдается тенденция к голосовым командам, что отводит им все большую роль в технологиях будущего.

    Микрофоны

    MEMS захватывают рынок смартфонов, поскольку они намного меньше, чем у любого другого конкурента.Они обеспечивают все более высокое качество звука для записи и входят в стандартную комплектацию умных устройств, таких как умные часы или умные очки.

    Окружающий свет датчики могут измерять свет вокруг устройства. Ваш смартфон обычно использует его для регулировки уровня яркости в соответствии с окружающей средой.

    Датчик приближения работает аналогичным образом, но обнаруживает инфракрасный свет, невидимый для человеческого глаза.Обычно он размещается рядом с верхним динамиком вашего телефона и сочетает в себе светодиод, излучающий инфракрасный луч, с детектором света. Если свет отражается, датчик приближения обнаруживает отраженный свет.

    Таким образом можно определить, лежит ли у вас телефон у уха или в кармане. Экран можно выключить для экономии энергии или отключить сенсорный экран. Другие варианты использования включают использование его в качестве детектора движения и превращение вашего телефона в камеру безопасности.


    Отпечаток пальца датчики

    Дактилоскопические датчики работают несколькими способами: оптическими, емкостными или ультразвуковыми.Эти сканеры используют свет, электрический ток или ультразвуковой импульс и передают его на палец.

    На основе полученной информации они могут создать изображение гребней и впадин, составляющих уникальный отпечаток пальца. Эта технология обеспечивает такие функции, как безопасный вход на устройство или аутентификация для мобильных платежей.

    На изображении выше показан первый экранный датчик отпечатков пальцев Vivo, который был продемонстрирован на выставке CES 2018. В нем используется оптический датчик, который смотрит через зазоры между пикселями OLED-дисплея и позволяет размещать датчик на экране, а не на задней панели устройства, как и многие другие продукты конкурентов.


    Еще впереди…

    Мобильные датчики становятся все более точными, компактными и энергоэффективными. А поскольку МЭМС становятся все меньше и сложнее, новые типы датчиков очень скоро станут стандартными функциями вашего телефона.

    По мере того, как новые и более совершенные датчики делают ваш телефон более восприимчивым, чем когда-либо, открываются возможности для их потенциального применения: захватывающие игровые возможности, внутренняя навигация и новые стандарты безопасности могут быть всего в нескольких микрометрах от датчика.

    Почему гироскоп важен для виртуальной реальности?

    Почему гироскоп важен для виртуальной реальности?

    С выпуском iPhone 4 был добавлен еще один удивительный датчик, известный как «гироскоп», который мгновенно стал успешным, так же как добавление «акселерометра» к первому iPhone стало важной вехой. Вопрос в том, зачем нам гироскоп? Какое значение это имеет для виртуальной реальности? Давайте выясним.

    Гироскоп – движение против силы тяжести

    Гироскоп определяется как устройство, которое использует силу земного притяжения для определения ориентации.Когда речь идет о смартфонах, это называется гироскопом. Они измеряют скорость вращения вокруг осей x, y и z устройства.

    Например, мы обычно просматриваем изображение на нашем смартфоне вертикально, но когда мы нажимаем на кнопку поворота, что мы видим? Изображение поворачивается в горизонтальную ориентацию. Точно так же, играя в игру, мы нажимаем пальцами на экран, чтобы прицелиться и направить игрока, чтобы он двигался вперед / назад, влево / вправо. Это явление является результатом встроенных в наши смартфоны гироскопических датчиков, которые постоянно отправляют информацию драйверу дисплея, чтобы изменить ориентацию телефона с книжной на альбомную или позволить игроку перемещаться в разных направлениях.

    Шесть степеней свободы

    Объединение гироскопа, ускорителя и магнитометра еще больше обогатило впечатления от просмотра из виртуальной среды. Все эти датчики собраны вместе для достижения конечной цели – наилучшего просмотра, шести степеней свободы или 6DOF. То есть свобода передвижения, которую испытывает пользователь в трехмерном пространстве. 6DOF обычно представлен тремя перемещениями – вверх / вниз, вправо / влево, вперед / назад и тремя поворотами – тангажем, рысканием и креном.

    Свобода передвижения, которую можно достичь в трехмерном пространстве, важна для виртуальной реальности, поскольку она позволяет более легко отслеживать перемещения пользователей и уровни интерактивности в среде. Представьте себе группу студентов, изучающих виртуальный тур по Тадж-Махалу. С помощью контроллера студенты могут перемещаться по всему помещению, двигаясь вперед и назад. Кроме того, они также могут вращать или двигать головой влево и вправо, чтобы получить панорамный вид на памятник.

    Невозможно думать о виртуальной реальности без упоминания гироскопа, потому что он открыл новую волну взаимодействия и движения в виртуальном мире. Эта связь между устройством (гарнитурой VR) и эффектом (гироскопом) дала разработчикам огромные возможности для предоставления интерактивных и значимых впечатлений энтузиастам виртуальной реальности, новичкам и студентам.

    Крошечный гироскоп в 10 000 раз точнее, чем

    вашего телефона

    Поделиться
    Артикул

    Вы можете поделиться этой статьей с указанием авторства 4.0 Международная лицензия.

    Небольшой, недорогой и высокоточный гироскоп может помочь дронам и беспилотным автомобилям оставаться на пути без сигнала GPS, говорят исследователи.

    «Наш гироскоп в 10 000 раз точнее, но только в 10 раз дороже гироскопов, используемых в обычных сотовых телефонах», – говорит Халил Наджафи, профессор инженерных наук Мичиганского университета и профессор электротехники и информатики.

    «Этот гироскоп в 1000 раз дешевле, чем гораздо более крупные гироскопы с аналогичными характеристиками».

    Новый резонатор и электроды, на пальце шкалы. Резонатор почти идеально симметричен, сделан из почти чистого стекла. Это позволяет ему длительное время вибрировать, как в бокале для вина. (Предоставлено: Najafi Group)

    Большинство смартфонов содержат гироскопы, которые определяют ориентацию экрана и помогают определить, в какую сторону мы смотрим, но они имеют низкую точность.Вот почему телефоны часто неправильно указывают, в каком направлении смотрит пользователь во время навигации.

    Это не имеет значения для кого-то на улице или за рулем, но автомобиль без водителя может быстро потеряться из-за потери сигнала GPS. В своих резервных навигационных системах автономные транспортные средства в настоящее время используют высокопроизводительные гироскопы, которые больше и намного дороже.

    «Высокопроизводительные гироскопы – узкое место, и они были уже долгое время. Этот гироскоп может устранить это узкое место, позволяя использовать высокоточную и недорогую инерциальную навигацию в большинстве автономных транспортных средств », – говорит Джэ Юн Чо, младший научный сотрудник в области электротехники и информатики.

    Лучшее резервное навигационное оборудование также может помочь солдатам найти дорогу в местах, где сигналы GPS были заглушены. Или, в более приземленном сценарии, точная внутренняя навигация может ускорить работу складских роботов.

    Три акселерометра и три гироскопа, по одному на каждую ось в пространстве, составляют устройство, называемое инерциальным измерительным блоком. Устройство позволяет осуществлять навигацию без последовательного ориентирующего сигнала. Но получение хорошего представления о том, в каком направлении вы собираетесь, с существующими IMU стоит настолько дорого, что остается за пределами досягаемости даже для такого дорогого оборудования, как автономные транспортные средства.

    Ключом к созданию этого доступного по цене небольшого гироскопа является почти симметричный механический резонатор. Это похоже на сковороду Бундта, скрещенную с бокалом для вина шириной в один сантиметр. Как и в случае с винными бокалами, продолжительность звонка, издаваемого при ударе по бокалу, зависит от качества бокала.

    Но вместо того, чтобы быть эстетическим элементом, кольцо имеет решающее значение для работы гироскопа. Полное устройство использует электроды, расположенные вокруг стеклянного резонатора, чтобы толкать и тянуть стекло, заставляя его звенеть и поддерживать его в рабочем состоянии.

    «В основном стеклянный резонатор колеблется по определенной схеме. Если вы внезапно повернете его, вибрирующий узор останется в исходной ориентации. Таким образом, отслеживая характер вибрации, можно напрямую измерить скорость и угол вращения », – говорит Саджал Сингх, докторант в области электротехники и вычислительной техники, который помогал разрабатывать производственный процесс.

    Способ, которым вибрирующее движение движется через стекло, показывает, когда, с какой скоростью и насколько гироскоп вращается в пространстве.

    Чтобы сделать резонаторы как можно более совершенными, команда Наджафи начала с почти идеального листа чистого стекла, известного как плавленый кварц, толщиной около четверти миллиметра. Они используют паяльную лампу, чтобы нагреть стекло, а затем придать ему форму Бундта, известную как резонатор «ванночки для птиц», поскольку он также напоминает перевернутую ванночку для птиц.

    Затем они добавляют металлическое покрытие к оболочке и размещают вокруг нее электроды, которые инициируют и измеряют колебания в стекле. Все это заключено в вакуумную упаковку, размером примерно с почтовую марку и высотой полсантиметра, что не позволяет воздуху быстро гасить вибрации.

    Исследователи представят свой доклад 25 марта на виртуальном 7-м международном симпозиуме IEEE по инерционным датчикам и системам.

    Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов поддержало работу. Чо и Наджафи являются соучредителями стартапа Enertia Microsystems, основанного на технологии, лицензированной Мичиганским университетом.

    подпись: Новый резонатор и электроды, масштаб на пальце. Резонатор почти идеально симметричен, сделан из почти чистого стекла, что позволяет ему длительное время колебаться, подобно звона в бокале для вина.(Источник: Najafi Group / США, штат Мичиган)

    Источник: Мичиганский университет

    Валидация гироскопов смартфонов для мобильных приложений биологической обратной связи

    Эксперименты предназначены для отслеживания углового движения твердого трехмерного тела. Используются две разные системы слежения: (а) профессиональная высокоточная оптическая система слежения в качестве эталонной системы и (б) смартфон со встроенным гироскопом MEMS в качестве системы оценки. Базовые системы слежения измеряют движение твердого тела в глобальной декартовой системе координат, тогда как оцениваемая система измеряет движение твердого тела в локальной системе координат.Связь между обеими системами объясняется в следующих подразделах.

    Смартфон со встроенным гироскопом MEMS

    Тестируемая система представляет собой гироскоп MEMS, интегрированный в смартфон iPhone 4. Согласно Chipworks [18], гироскоп, встроенный в iPhone 4, – это L3G4200D, произведенный STMicroelectronics. Технические характеристики гироскопа можно найти в работе. [19, 20].

    Экспериментальный смартфон работает под управлением операционной системы iOS 7.1.2.Данные гироскопа собираются приложением Sensor Monitor ( Pro ) версии 1.0.9 (Ko, Young.woo, Fuzz-Tech, Корея, 2010). Приложение передает данные гироскопа со смартфона на портативный компьютер, подключенные к одной сети WLAN. Данные гироскопа обрабатываются приложением LabVIEW ™, запущенным на портативном компьютере.

    Смартфон определяет локальную систему координат и направления вращения гироскопа, как показано на рис. 1. Вращение корпуса смартфона вокруг каждой из осей локальной системы координат дает соответствующие сигналы гироскопа, как показано на рис.1. Плоскость x y локальной системы координат параллельна поверхности экрана смартфона, а ось z направлена ​​вверх, когда телефон находится в положении лицевой стороной вверх.

    Рис. 1

    Смартфон с определениями локальной системы координат и направлений вращения гироскопа

    Система оптического слежения

    Мы использовали оптическую систему захвата движения Qualisys ™ (Qualisys Inc.) в качестве ориентира для трехмерного углового отслеживания твердого тела. Qualisys ™ – это профессиональная высокоточная система слежения [21] с восемью высокоскоростными камерами Oqus 3+, которая предлагает отслеживание в реальном времени нескольких заранее определенных твердых тел с несколькими отражающими маркерами. Как указано в работе Ref. [22], шум измерения для статического маркера определяется его стандартным отклонением для каждой отдельной координаты: SD X = 0,018 мм, SD y = 0,016 мм и SD z = 0,029 мм. С учетом приведенных результатов погрешность измерения системы отсчета можно считать пренебрежимо малой.

    Движение твердого тела фиксируется программным приложением Qualisys Track Manager (QTM) и отображается в окне трехмерного изображения, как показано на рис. 2. QTM определяет глобальную систему координат, определяет трехмерное положение каждого отслеживаемый маркер и вычисляет трехмерную ориентацию твердого тела. QTM передает данные об ориентации твердого тела на портативный компьютер по сети. Данные об ориентации обрабатываются приложением LabVIEW ™, запущенным на портативном компьютере.

    Рис. 2

    Окно трехмерного вида Qualisys Track Manager, показывающее положение и ориентацию отслеживаемого твердого тела.Справочная рамка ( толстые стрелки ) показывает глобальную систему координат. Рамка кузова ( узкие стрелки ) показывает местную систему координат

    .

    Приложение для обработки сигналов

    Потоковые данные с гироскопа и системы оптического слежения обрабатываются специально разработанным приложением в LabVIEW ™, работающем на портативном компьютере (процессор Intel ® Core ™ i7 3,4 ГГц, 8 ГБ ОЗУ) с Операционная система Windows 8.1. Приложение (а) синхронизирует потоковые данные, (б) вычисляет углы ориентации Эйлера на основе данных гироскопа, (в) калибрует гироскоп смартфона и (г) представляет результаты.Все вышеперечисленные задачи выполняются в реальном времени и сохраняются для возможного дальнейшего анализа.

    Техническая установка

    Были проведены две серии экспериментов с различными установками. Первая серия экспериментов включает серию ручных тестовых движений твердого тела, изготовленного на заказ. Он предназначен для точного измерения движения твердого тела с четко определенными положениями при запуске, остановке и промежуточном времени. Вторая серия экспериментов включает серию качелей для гольфа.Он предназначен для измерения типичного движения руки (твердого тела) игрока во время удара в гольф.

    Испытательная установка движения

    Кубики Lego используются для изготовленного на заказ твердого тела, показанного на рис. 3, которое также является корпусом для смартфона. Можно найти кубики Lego, которые идеально подходят для смартфона iPhone 4 в рамке Lego. Кирпичи Lego используются, потому что они широко доступны, обладают высокой адаптируемостью и производятся с точностью 10 −5 м.

    Рис. 3

    Жесткое тело с локальной и глобальной системами координат в испытательной установке движения

    Четыре маркера, отражающие инфракрасное излучение, прикреплены к жесткому корпусу, а смартфон плотно встроен в рамку Lego. Три маркера прикреплены к раме, чтобы сформировать ортогональный векторный базис плоскости x y и определить локальную систему координат xyz твердого тела, как показано на рис. 3. Локальная система координат твердого тела выровнен по системе координат смартфона, как показано на рис.1.

    Серия тестовых движений с ручным приводом выполняется на устойчивом выровненном деревянном столе. Начало глобальной системы координат XYZ определяется эталонной системой отслеживания движения Qualisys и помечено пластинами Lego, которые жестко прикреплены (приклеены) к столу, как показано на рис. 3.

    Установка движения в режиме качания для гольфа.

    Для движения в гольф, смартфон крепится непосредственно на предплечье игрока, как показано на рис. 4. Четыре маркера, отражающие инфракрасное излучение, прикрепляются непосредственно к смартфону, три из которых образуют ортогональную векторную основу плоскость x y локальной системы координат твердого тела.Локальная система координат твердого тела выровнена с системой координат смартфона xyz, показанной на рисунке 1. Начало глобальной системы координат XYZ, определяемой системой отсчета, не видно на рисунке.

    Рис. 4

    Механизм поворота для гольфа

    На полу лаборатории выполняется серия маховых движений для гольфа. Начало глобальной системы координат определяется эталонной системой отслеживания движения Qualisys и отмечается самоклеящейся лентой на полу.

    Методология

    Гироскоп смартфона оценивается путем сравнения ориентации твердого тела, полученной с помощью гироскопа смартфона и сигналов QTM. Валидация основана на определении выполнения требований приложения биологической обратной связи, представленных во «Введении».

    Функция отслеживания Qualisys 6DOF вычисляет вектор начала координат тела P , начало координат и матрица вращения , R, , , которая описывает вращение твердого тела, как показано на фиг.2. Оба параметра однозначно определяют текущее положение и ориентацию всех точек твердого тела P локальная в глобальной системе координат P global [21]:

    $$ P _ {\ text {global}} = R \ cdot P _ {\ text {local}} + P _ {\ text {origin}} $$

    (1)

    Для оценки гироскопа требуется только матрица вращения или эквивалентные углы Эйлера (крен, тангаж и рыскание).Поток данных отслеживания движения в реальном времени, исходящий из программного обеспечения Qualisys Track Manager, захватывается клиентом Qualisys LabVIEW. Поток данных гироскопа со смартфона фиксируется специально разработанным приложением LabVIEW. Оба потока данных синхронизируются внутри основного цикла обработки сигналов LabVIEW, работающего на частоте 60 Гц. Эталонную систему QTM и оцененные гироскопические системы нельзя сравнивать напрямую по двум причинам:

    1. а)

      QTM дает данные об угле поворота (крен, тангаж и рыскание), а гироскоп дает данные об угловой скорости.

    2. (б)

      Вышеупомянутые физические величины выражаются в двух разных системах координат (локальной и глобальной).

    Методы сравнения систем

    Мы определили два метода сравнения результатов гироскопа смартфона и системы оптического слежения.

    1. 1.

      Преобразование матриц вращения QTM R QTM [ n ] (2) к матрицам частичного вращения прикрепленного к датчику твердого тела R локальный [ n ] (3) и расчет соответствующих углов поворота корпуса Δ Θ локальный [ n ] (4) между последовательными кадрами анализа QTM, что позволяет оценивать данные виртуального гироскопа Ом QTM [ n ] (5). {n} {\ left ({\ varOmega _ {\ text { QTM}} \ left [i \ right] – \ varOmega _ {\ text {gyro}} \ left [i \ right]} \ right)} $$

      (6)

    2. 2.

      Данные гироскопа Ом гироскоп [ n ] используются для вычисления последовательных векторов локального угла поворота тела Δ Θ местный [ n ] (7), где T с представляет время выборки. Преобразование матриц последовательного вращения маркированного твердого тела с датчиком R локальный [ n ] (8) в матрицы вращения глобальной системы координат R global [ n ] (9), с последующим вычислением эквивалентных углов Эйлера вокруг всех главных осей Δ Θ global [ n ] (10) (крен, тангаж, рыскание).Угловая ошибка ε global [ n ] выражается в глобальной системе координат (11), где Θ QTM представляет вектор угла Эйлера тела QTM.

      $$ \ Delta \ varTheta _ {\ text {local}} \ left [n \ right] = \ varOmega _ {\ text {gyro}} \ left [n \ right] \ cdot T_s $$

      (7)

      $$ R _ {\ text {local}} \ left [n \ right] = R (\ Delta \ varTheta _ {\ text {local}} \ left [n \ right]) $$

      (8)

      $$ R _ {\ text {global}} \ left [n \ right] = R _ {\ text {global}} \ left [{n – 1} \ right] \ cdot R _ {\ text {local}} \ left [n \ right] $

      (9)

      $$ \ varTheta _ {\ text {global}} \ left [n \ right] = \ varTheta \ left ({R _ {\ text {global}} \ left [n \ right]} \ right) $$

      (10)

      $$ \ varepsilon _ {\ text {global}} \ left [n \ right] = \ varTheta _ {\ text {QTM}} \ left [n \ right] – \ varTheta _ {\ text {global}} \ left [n \ right] $$

      (11)

    Формулы преобразования между матрицами вращения R (Θ) и углами Эйлера Θ ( R ) выражаются последовательностью вращения вокруг всех трех осей в определенном порядке ( x , y , z ), что является соглашением по умолчанию в Qualisys [21].