Датчики у смартфоні: скільки їх і для чого вони?

Розповідаємо про те, які датчики у смартфоні, для чого вони призначені та як працюює: акселерометр, гіроскоп, магнітометр, барометр, GPS, датчик наближення, датчик освітленості, датчик холу.

Сучасні смартфони буквально нашпиговані величезною кількістю датчиків. З їхньою допомогою гаджети будують маршрути на карті, відстежують вашу активність у фітнес-додатках, розпізнають різноманітні жести та роблять безліч інших речей, до яких ми звикли. Сьогодні ми поринемо у цю тему трохи глибше і розповімо не лише про те, які датчики є у смартфонах, а й навіщо вони потрібні.

Акселерометр

Акселерометр – це сенсор, що вимірює проекцію прискорення. Говорячи простою мовою, він визначає просторове становище смартфона, та ту відстань, на яку він перемістився.

Акселерометри є у всіх, навіть найбюджетніших смартфонах. Щоправда, у відверто недорогих гаджетах їх робота залишає бажати кращого. Він відноситься до розряду MEMS-сенсорів і, по суті, є вкрай мініатюрним механічним елементом з грузиками і дуже маленькими парними пластинами конденсаторів. Перша пластина залишається нерухомою, а друга згинається при зміні положення смартфона в просторі (під дією прискорення). Відстань між пластинами змінюється, а водночас змінюється заряд ними. Акселерометр постійно вимірює заряд на таких пластинах, і на основі цього визначає, наскільки велике відхилення рухомої пластини з грузиком і який напрямок цього відхилення.

Акселерометр може розпізнати рух смартфона по трьох осях. Це знадобиться, наприклад, для підрахунку кроків та орієнтації на карті.

Гіроскоп

Принцип роботи гіроскопа багато в чому нагадує вже розглянутий акселерометр. Щоправда, якщо акселерометр більше орієнтований визначення прискорення, підрахунок кроків і пройденої відстані, то гіроскоп «заточений» визначення орієнтації смартфона у просторі, роблячи це набагато точніше акселерометра.

Гіроскоп у смартфонах, по суті, є невеликою ємністю з рухомим об’єктом, який зміщується при зміні орієнтації гаджета, тим самим змінюючи ємність відповідних конденсаторів. Ну а, вимірюючи цю ємність, смартфон «розуміє» як змінилося його становище у просторі.

Гіроскоп смартфона широко використовується у віртуальній реальності та іграх з керуванням шляхом нахилу та повороту гаджета. Зав’язані на нього та багато інших функцій смартфона. Але, загалом, акселерометр і гіроскоп працюють у парі, успішно доповнюючи одне одного.

Магнітометр (компас)

Це ще один сенсор для просторової орієнтації. Як відомо з його назви, датчик працює з магнітним полем. Магнітометр діє в компанії з акселерометром та GPS, полегшуючи навігацію. Саме завдяки йому ви не тільки можете орієнтуватися в лісі, але й бачите не просто точку на карті, а стрілку, яка показує, в якому напрямку ви дивитеся.

Барометр

Барометр зазвичай встановлюється лише у флагманські смартфони та допомагає GPS більш точно орієнтуватися у просторі. Ось якщо GPS робить це на площині, то барометр визначає положення телефону по висоті.

Головне завдання барометра – вимірювання атмосферного тиску, на основі чого розраховується висота, на якій знаходиться телефон – чим він нижчий, тим вище ви забралися. Це може стати в нагоді і для визначення, на якому поверсі ви знаходитесь, і для фіксації фізичної активності у фітнес-додатках та для багатьох інших завдань. Сам же барометр у смартфоні, спрощено кажучи, є невеликою коробочкою з мембраною, вигин якої визначає поточний атмосферний тиск.

GPS

Це останній у серії датчик, який безпосередньо відповідає за позиціонування смартфона. Хоча називати його датчиком не зовсім коректно, і, по суті, GPS є складною технологією для зв’язку телефону з супутниками.

Недорогі смартфони зазвичай використовують канал L1 для GPS-позиціонування, що дає лише приблизне уявлення про ваше місцезнаходження. А у пристроях верхнього рівня передбачено дводіапазонний GPS з підтримкою L1 та L5. При визначенні розташування через канал L5 пріоритетним стає сигнал, який першим досяг супутника. Тим самим відсікаються відбиті сигнали, і точність позиціонування підвищується.

Датчик наближення

Це ще один датчик, який є у всіх, навіть найдешевших смартфонах. На відміну від усіх попередніх сенсорів, які ховаються всередині корпусу гаджета, цей датчик може побачити будь-який бажаючий – зазвичай він знаходиться над екраном поряд з передньою камерою пристрою. Ну а головне завдання сенсора добре зрозуміле і з його назви – він покликаний визначати наближення до смартфону будь-яких об’єктів.

Саме завдяки датчику наближення смартфон вміє відключати екран при наближенні до вуха, тим самим позбавляючи вас хибних торкань під час розмови. У різних смартфонах встановлюються різні моделі таких датчиків, що сильно відрізняються один від одного принципом дії. Так, у багатьох випадках датчик наближення є набір з ІЧ-лампочки і фотодіода. Перша випромінює хвилі в ІЧ-діапазоні, а другий вимірює кількість відбитого світла, що потрапило на нього. Ну, а далі все просто. Якщо поруч із датчиком немає жодних об’єктів, світло, що випромінюється ним, просто розсіюється в просторі, а при наближенні до нього якоїсь перешкоди, ІЧ-хвилі починають від неї відбиватися і потрапляти на фотодіод. Смартфон розуміє, що йому час відключати екран.

Деякі виробники бажають заощаджувати на таких датчиках, замінюючи їх програмними алгоритмами, інші встановлюють у телефони копійчані сенсори, треті підмінюють з роботи акселерометром та гіроскопом. Ну а в результаті все це призводить до некоректної роботи функції – в мережі можна знайти масу скарг із цього приводу.

Датчик освітленості

Тут усе просто та зрозуміло. Якщо датчик наближення фіксує відбите світло, то сенсор освітлення просто визначає рівень освітленості навколишнього простору. На основі цих вимірювань автоматично регулюється яскравість екрану, роблячи роботу зі смартфоном комфортнішою.

Крім того, часто датчик освітлення працює у тісному контакті з алгоритмами штучного інтелекту. Це виявляється, наприклад, у тому, що ви можете змінити встановлену смартфоном яскравість екрану, і в майбутньому за таких самих умов освітлення телефон орієнтуватиметься вже на ваші уподобання.

Датчик холу

За своєю суттю датчик Холла фіксує та вимірює напруженість магнітного поля. Але в смартфонах використовується спрощений варіант такого сенсора – його єдине завдання у виявленні магнітного поля як такого. А робиться це для взаємодії з різноманітними аксесуарами. Наприклад, чохлом-книжкою, при відкиданні кришки якого вмикається екран смартфона.