Žiūrėjote vaizdo įrašą „YouTube“ portreto režimu, o ekrano vietos nepakako. Norėdami išspręsti šią problemą, padarėte tai, ką darytų bet kuris išmanųjį telefoną turintis asmuo. Pasukite telefoną ant šono.
Kai tik tai padarėte, vaizdo įrašas apėmė visą ekraną ir visos meniu parinktys buvo nematomos, tačiau kaip jūsų telefonas sužinojo apie jo orientaciją?
Na, be didelio atnaujinimo dažnio ekrano ir puikios vartotojo sąsajos, jūsų telefone yra keli jutikliai, kurie nustato jo orientaciją erdvėje, tačiau kaip šie jutikliai veikia?
Pagrindinių gamtos jėgų supratimas
Nors lyjant jauti vėją ant veido ir vandenį ant rankų, ko nejauti – pagrindinės gamtos jėgos.
Šios jėgos apima gravitacijos jėgą ir elektromagnetinę jėgą. Nors šios jėgos yra neapčiuopiamos, jos daro įtaką viskam, ką darome. Tiesą sakant, jūsų išmaniojo telefono ekranas aptinka nedidelius elektromagnetinių jėgų pokyčius, kad aptiktų jūsų pirštą. Ne tik tai, bet ir jūsų kūno svoris priklauso nuo gravitacijos jėgų.
Paprasčiau tariant, gravitacija veikia objektus jėgą, todėl jie įsibėgėja 9,8 m/s^2 greičiu. Dėl šio pagreičio daiktai nukrenta ant žemės, kai juos išmetate.
Kita vertus, elektromagnetinė jėga negali būti jaučiama kaip gravitacijos jėgos. Tai reiškia, kad jei pastatytumėte kompasą bet kurioje pasaulio vietoje, jis aptiktų Žemės magnetinį lauką toje srityje ir susilygintų su Šiaurės ašigaliu.
Nors elektromagnetinės jėgos leido pasiekti keletą technologinių pažangų, jos nėra geros elektromagnetinė radiacija didelės dozės gali būti pavojingos žmogaus organizmui.
Jutiklių technologijos supratimas išmaniajame telefone
Jūsų išmaniajame telefone esantys jutikliai aptinka gamtos jėgų pokyčius, kad suprastų jos orientaciją erdvėje, bet kaip šie jutikliai veikia?
Na, jūsų išmanusis telefonas turi tūkstančiai jutiklių pagrindinėje plokštėje, bet trys pagrindiniai jutiklių tipai, leidžiantys jūsų telefonui aptikti jo orientacijos pokyčius.
Šie orientacijos aptikimo jutikliai naudoja mikroelektromechanines sistemas (MEMS) gamtos jėgoms matuoti. Duomenims matuoti MEMS įrenginiai naudoja mechanines dalis, įterptas į silicį, kad generuotų elektrinį signalą. Naudodamas šiuos signalus, jūsų išmanusis telefonas aptinka jį veikiančių jėgų pokyčius.
Toliau pateikiamas trumpas šių jutiklių veikimo paaiškinimas.
- Akselerometras: Kaip rodo pavadinimas, akselerometras naudojamas aptikti pagreičio pokyčius išmaniajame telefone. Norėdami aptikti šiuos pokyčius, akselerometras naudoja inercijos dėsnį, kuris teigia, kad ramybės būsenoje esantis kūnas bus ramybėje tol, kol nebus taikoma išorinė jėga. Norint naudoti šią koncepciją, MEMS jutiklyje tarp spyruoklinių konstrukcijų pakabinama fiksuota masė. Todėl fiksuota masė išlieka vietoje, kai telefonas įsibėgėja dėl jo inercijos suspaudžiant spyruokles. Šis spyruoklės suspaudimas generuoja elektrinį signalą, pranešantį išmaniajam telefonui, kad jis pagreitinamas.
- Giroskopas: Giroskopas stebi jūsų išmaniojo telefono sukimosi jėgas. Šis sukimasis matuoja Koriolio jėgą, veikiančią išmanųjį telefoną, kad įvertintų, kiek jis pasisuko apie savo svorio centrą. Paprasčiau tariant, Koriolio jėga veikia bet kurį kūną besisukančio objekto viduje dėl jo sukimosi. Giroskopo konstrukcija panaši į akselerometrą, tačiau yra modifikuota, kad aptiktų pokyčius, kai išmanusis telefonas sukasi.
- Magnetometras: Dėl srovių, tekančių Žemės šerdyje, ją pasiglemžia magnetinis laukas. Šių laukų aptikimas padeda išmaniajam telefonui suprasti savo orientaciją tikrojoje Žemės magnetinio lauko šiaurėje. Išmanieji telefonai yra aprūpinti trijų ašių Hall efekto jutikliu, kad aptiktų šiuos pokyčius. Šis jutiklis naudoja Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnius magnetiniams laukams aptikti. Pagal šį dėsnį srovės laidininkas sukuria elektrovaros jėgą, kai keičiasi aplink jį esantis magnetinis laukas. Dėl šių įtampos pokyčių jutikliai gali būti naudojami jo orientacijai nustatyti Žemės magnetinių polių atžvilgiu.
Dabar, kai turime pagrindinį supratimą apie savo išmaniųjų telefonų jutiklius, galime pažvelgti, kaip jie veikia kartu, kad nustatytų jūsų išmaniojo telefono padėtį.
Kaip jūsų telefonas žino, kada pasukti ekraną?
Kaip paaiškinta anksčiau, akselerometras gali aptikti pagreičio pokyčius, tačiau vien tik šie duomenys negali būti naudojami išmaniojo telefono orientacijai nustatyti. Priežastis ta, kad gravitacijos jėgos visada veikia akselerometrą, o jutikliui sunku nustatyti, kada pagreičio pokyčiai turi pasukti išmanųjį telefoną.
Išmanieji telefonai naudoja jutiklių sintezę, kad išspręstų šią problemą, o tai leidžia skirtingiems jutikliams susisiekti vienas su kitu. Norėdami nustatyti telefono orientaciją, akselerometras palaiko ryšį su giroskopu ir magnetometru.
Todėl, kai telefonas sukasi, akselerometras nustato pagreičio pokyčius ir tada susisiekia su giroskopu. Dėl šio ryšio išmanusis telefonas gali suprasti, ar pagreičio pokyčiai skirti sukimuisi.
Be to, giroskopas yra jautrus klaidoms, nes negali atsižvelgti į išmanųjį telefoną veikiančias gravitacijos jėgas. Todėl norint aptikti išmaniojo telefono orientacijos pokyčius, reikalingas trečias jutiklis. Šis jutiklis yra ne kas kitas, o jūsų įrenginio magnetometras.
Šis magnetometras naudojamas aptikti išmaniojo telefono padėties pokyčius Žemės magnetinio lauko atžvilgiu. Šie duomenys, kartu su duomenimis iš akselerometro ir giroskopo, naudojami sprendžiant, ar ekranas turi būti portreto ar kraštovaizdžio režimu.
Ar jutiklių technologija yra ateitis?
Akselerometras, giroskopas ir magnetometras nustato pagrindinių gamtos jėgų pokyčius, taikydami inercijos ir elektromagnetinės indukcijos dėsnius.
Išmanieji telefonai naudoja šiuos pagrindinius įstatymus, kad įgalintų tokias funkcijas kaip autorotacija ir optinis vaizdo stabilizavimas. Be to, išmanieji telefonai dabar siūlo naujoviškas funkcijas, derindami skirtingų jutiklių duomenis.
Puikus to pavyzdys yra „Apple“ įrenginių avarijų aptikimo funkcija, leidžianti šių jutiklių duomenims aptikti avariją ir įspėti pagalbos tarnybas.
