Гледахте видеоклип в YouTube в портретен режим и площта на екрана не беше достатъчна. За да разрешите този проблем, направихте това, което би направил всеки човек със смартфон. Обърнете телефона настрани.
Веднага щом направихте това, видеото погълна целия екран и всички опции на менюто бяха невидими, но как телефонът ви разбра за ориентацията му?
Е, в допълнение към екрана с висока честота на опресняване и страхотния потребителски интерфейс, вашият телефон има няколко сензора, които разпознават ориентацията му в пространството, но как работят тези сензори?
Разбиране на фундаменталните сили на природата
Въпреки че можете да усетите вятъра на лицето си и водата на ръцете си, когато вали, това, което не можете да почувствате, са основните природни сили.
Тези сили включват гравитационната сила и електромагнитната сила. Въпреки че тези сили са нематериални, те влияят на всичко, което правим. Всъщност екранът на вашия смартфон открива малки промени в електромагнитните сили, за да разпознае пръста ви. Не само това, но вашето телесно тегло също се определя поради силите на гравитацията.
Просто казано, гравитацията прилага сила върху обектите, което ги кара да се ускоряват със скорост от 9,8 m/s^2. Поради това ускорение нещата падат обратно на земята, когато ги хвърлите.
От друга страна, електромагнитната сила не може да се усети като силите на гравитацията. Въпреки това, ако поставите компас където и да е по света, той ще открие магнитното поле на Земята в тази област и ще се насочи към Северния полюс.
Въпреки че електромагнитните сили са позволили няколко технологични постижения, не всички те са за добро и електромагнитно излъчване във високи дози може да бъде опасно за човешкото тяло.
Разбиране на сензорната технология на вашия смартфон
Сензорите на вашия смартфон откриват промени в природните сили, за да разберат ориентацията му в пространството, но как работят тези сензори?
Е, вашият смартфон има хиляди сензори на дънната си платка, но три основни типа сензори, които позволяват на телефона ви да открива промени в ориентацията си.
Тези сензори за откриване на ориентация използват микро-електро-механични системи (MEMS) за измерване на природните сили. За измерване на данни устройствата MEMS използват механични части, вградени в силиций, за генериране на електрически сигнал. Използвайки тези сигнали, вашият смартфон открива промени в силите, действащи върху него.
По-долу е дадено кратко обяснение как работят тези сензори.
- Акселерометър: Както подсказва името, акселерометърът се използва за откриване на промените в ускорението на смартфон. За да открие тези промени, акселерометърът използва закона за инерцията, който гласи, че тялото в покой ще остане в покой, докато и освен ако не бъде приложена външна сила. За да се използва тази концепция, фиксирана маса е окачена между пружинни структури в MEMS сензор. Следователно фиксираната маса остава на място, когато телефонът се ускорява поради инерцията му, притискаща пружините. Тази компресия на пружината генерира електрически сигнал, който казва на смартфона, че се ускорява.
- Жироскоп: Жироскопът следи ротационните сили на вашия смартфон. Това въртене измерва силата на Кориолис, действаща върху смартфона, за да оцени колко се е завъртял около центъра на тежестта си. Просто казано, силата на Кориолис действа върху всяко тяло във въртящ се обект поради неговото въртене. Жироскопът използва дизайн, подобен на акселерометър, но е модифициран, за да открива промени, когато смартфонът се върти.
- Магнитометър: Благодарение на токовете, протичащи в ядрото на Земята, магнитно поле го поглъща. Откриването на тези полета помага на смартфона да разбере ориентацията си спрямо истинския север на магнитното поле на Земята. Смартфоните са оборудвани с триосен сензор с ефект на Хол за откриване на тези промени. Този сензор използва законите на Фарадей за електромагнитната индукция за откриване на магнитни полета. Съгласно този закон проводник с ток генерира електродвижеща сила, когато магнитното поле около него се промени. Поради тези промени в напрежението, сензорите могат да се използват за откриване на ориентацията му спрямо магнитните полюси на Земята.
Сега, след като имаме основно разбиране за сензорите в нашите смартфони, можем да разгледаме как работят заедно, за да открият позицията на вашия смартфон.
Как вашият телефон знае кога да завърти екрана?
Както беше обяснено по-рано, акселерометърът може да открие промени в ускорението, но тези данни сами по себе си не могат да се използват за откриване на ориентацията на смартфон. Причината е, че силите на гравитацията винаги действат върху акселерометъра и е трудно за сензора да открие кога промените в ускорението са предназначени да завъртят смартфона.
Смартфоните използват сливане на сензори, за да решат този проблем, което позволява на различни сензори да комуникират помежду си. За да открие ориентацията на телефона, акселерометърът комуникира с жироскопа и магнитометъра.
Следователно, когато телефонът се върти, акселерометърът открива промени в ускорението и след това комуникира с жироскопа. Благодарение на тази комуникация смартфонът може да разбере дали промените в ускорението са предназначени за въртене.
Въпреки това, жироскопът е податлив на грешки, тъй като не може да отчете силите на гравитацията, действащи върху смартфона. Следователно е необходим трети сензор, който да засича промените в ориентацията на смартфона. Този сензор не е нищо друго освен магнитометъра на вашето устройство.
Този магнитометър се използва за откриване на промените в позицията на смартфона по отношение на магнитното поле на Земята. Тези данни, заедно с данните от акселерометъра и жироскопа, се използват, за да се реши дали екранът ви трябва да бъде в портретен или пейзажен режим.
Бъдещето ли е сензорната технология?
Акселерометърът, жироскопът и магнитометърът откриват промените в основните сили на природата, като използват законите на инерцията и електромагнитната индукция.
Смартфоните използват тези основни закони, за да активират функции като авторотация и оптична стабилизация на изображението. Въпреки това смартфоните вече предлагат иновативни функции чрез комбиниране на данни от различни сензори.
Основен пример за това е пускането на функцията за откриване на сривове на устройства на Apple, която дава възможност на данните от тези сензори да открият инцидент и да предупредят службите за спешна помощ.
