Что такое гироскоп в телефоне

Что такое гироскоп в телефоне?

Современные мобильные устройства оснащаются большим количеством интересных функций и модулей. Одним из таких является гироскоп, и если совсем недавно устройство было диковинной новинкой в девайсе, то сегодня оно используется повсеместно и удивить наличием такой функции современного пользователя сложно. И хотя часть потребителей находят гироскоп весьма полезным изобретением, некоторые все же предпочитают сразу отключить его. Устройство еще называют гиродатчиком.

Как работает гироскоп

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.

Как устроен гироскоп

Он состоит из микроскопических пластин, которые вибрируют при изменении высоты. Датчики могут точно определять относительное положение устройства.

Гораздо точнее, чем акселерометр, который позволяет определять положение телефона путем измерения линейного ускорения.

Ученым из Стэнфордского университета, однако, удалось создать приложение, которое перепрограммирует гироскоп таким образом, что он заставляет даже звук вибрировать.

Нетрудно догадаться, что в скором времени нас ждут новые изобретения основаны на принципе работы этого датчика.

Для чего нужен гироскоп в телефоне?

Как я уже сказал ранее, в настоящее время гироскоп применяется достаточно широко. В том числе и в мобильных гаджетах — телефонах и планшетах.

Началось всё с мобильных игр, которые благодаря использованию гироскопа становятся значительно интересней и увлекательнее. Затем производители стали добавляться разные функции, которые активировались с помощью поворота или встряхивания. Например, подняв телефон, можно вывести его из ждущего режима, а встряхиванием — ответить на звонок.

Сейчас практически невозможно найти современный смартфон или планшет на ОС Android или iOS, который не имеет встроенного гироскопа. Благодаря ему работает автоматический поворот изображения на экране.

Как включить и настроить гироскоп на телефоне?

Не менее важный вопрос — как включить гироскоп на телефоне с Андроид и пользоваться новыми возможностями. Сразу отметим, что датчик работает постоянно и не требует активации. Если речь идет о повороте экрана при просмотре изображения или видео, за эту функцию несет ответственность акселерометр. Ее можно деактивировать. Для этого:

1. Войдите в настройки телефона.
2. Кликните по ссылке Экран.
3. Найдите пункт Автоповорот экрана;
4. Отключите его.
5. Или просто откройте шторку и включите его.

На некоторых старых устройствах (к примеру, планшетных ПК) предусмотрен отдельный тумблер. При его переводе в определенную позицию перемещение экрана блокируется вне зависимости от выставленных настроек. Так что отключить гироскоп на Андроиде не получится. Этот датчик предусмотрен на телефоне, либо производитель отказался от его установки.

Аналогичный подход работает и в вопросе установки параметров. Пользователь не может настроить гироскоп на Андроиде. Необходимые калибровочные работы выполняются производителем. Настройка возможно только для акселерометра, о котором упоминалось выше. При этом производители смартфонов не предусматривают специальных программ для выполнения работы. Как вариант, подойдет использование специального ПО, к примеру, Accelerometer Calibration Free. Для выполнения работы аппарат кладется на ровную поверхность. Задача пользователя — добиться размещения красного шарика в центральной части «прицела». Как только это произошло, нажимается кнопка «Калибрейт».

Указанные выше способом калибруется акселерометр, а настройка гироскопа на Андроид не нужна. Если этот датчик и установлен, он всегда работает правильно.

Акселерометр

Акселерометр отслеживает изменение скорости движения устройства и его повороты вокруг своей оси. Такие датчики устанавливаются не только в телефонах, но и в фитнес-трекерах — именно с их помощью смартфон может подсчитывать ваши шаги, даже если у вас нет никаких носимых гаджетов.

Анализируя данные акселерометра, приложения могут определить, в какую сторону направлен телефон, — эта технология находит все более широкое применение с распространением дополненной реальности.

Существуют различные типы акселерометров, но самый распространенный — пьезоэлектрический. В таких акселерометрах сенсор представляет собой микроскопический кристалл, который деформируется под действием сил ускорения. При этом кристалл вырабатывает электрический ток. Анализируя силу тока, система определяет, как быстро и в каком направлении движется ваш телефон. Поэтому Snapchat добавляет на карту забавный стикер с автомобилем, когда вы используете приложение за рулем.

Акселерометр является одним из самых важных датчиков вашего телефона: без него вы не могли бы пользоваться автоматическим поворотом экрана, а навигационные приложения не могли бы определять текущую скорость.

Гиродатчики в смартфонах и планшетах

Начиная с 2010 года, компания Apple снабдила iPhone 4 и последующие модели комбинацией из гироскопа и акселерометра. Такие комбинированные датчики очень хорошо отслеживают изменение положения смартфона или другого устройства (например, фитнес-трекера или умных часов). Чуть позже появился гироскоп в смартфоне на базе Андроид и планшете.

p, blockquote 9,0,0,0,0 –>

p, blockquote 10,0,0,0,0 –>

Теперь уже сложно представить себе устройство, не реагирующее на поворот. Наоборот, в моде тонкое управление. Например, вы можете рулить машиной в виртуальных гонках, просто вращая в руках телефон, как «баранку». Когда вы читаете книгу, экран может повернуться вправо или влево, и даже вверх ногами; но если вы выходите на рабочий стол телефона, поворот отключается. А вот планшет того же производителя и с той же версией ОС на поворот отреагирует и превратится в подобие ноутбука. И это только малая часть примеров тонкой настройки. В конце концов, в настройках можно вообще выключить и снова включить гироскоп на Андроиде, если в одних ситуациях он полезен, а в других мешает.

p, blockquote 11,0,0,0,0 –>

Калибровка

Датчик гироскопа в смартфоне – это ценнейший инструмент, но иногда он сбивается. К счастью, его можно откалибровать заново практически во всех актуальных моделях.

p, blockquote 12,0,0,0,0 –>

Калибровка гироскопа в Android делается с помощью соответствующих приложений. Чтобы откалибровать навигационный прибор на Андроид, лучше всего воспользоваться сторонним приложением. Дело в том, что разные производители используют несколько разные технологии и разные чипы, поэтому приложение, совместимое со всеми устройствами, должно быть независимым. Мы можем рекомендовать вам приложение Accelerometer Calibration Free. К сожалению, у него нет русскоязычного интерфейса, однако оно достаточно понятно и без перевода.

p, blockquote 13,0,0,0,0 –>

p, blockquote 14,0,0,0,0 –>

Apple, совершенно в своей манере, предполагает, что калибровка датчика в iPhone не нужна. Лукавит, конечно. Настроить гироскоп в айфоне бывает просто необходимо.

p, blockquote 15,1,0,0,0 –>

Для рекалибровки рекомендуют следующий сценарий действий:

p, blockquote 16,0,0,0,0 –>

1. Перезагрузите (выключите и включите) iPhone.
2. Запустите приложение «Компас».
3. Если калибровка датчиков сбилась, приложение само запустит режим калибровки.
4. Наклоняйте iPhone из стороны в сторону, пока круг калибровки не заполнится.
5. Когда приложение покажет вам собственно компас, это означает, что прибор откалиброван.

adsp-pro-1 –>

Как включить гиродатчик на Андроид

Для того чтобы включить гироскоп на Андроид нужно выполнить следующие действия:

p, blockquote 17,0,0,0,0 –>

1. Открыть верхнее меню (шторку) в телефоне
2. Активировать «Автоповорот». В вашем смартфоне название может отличаться, например, «Книжный экран».

adsp-pro-21 –>

Как проверить, есть ли датчик в смартфоне

Как узнать, есть ли гироскоп в телефоне на Android? Это не сложно, следуйте нашим рекомендациям.

p, blockquote 18,0,0,0,0 –>

Скачивайте и устанавливайте любое из этих трех приложений, в которых можно посмотреть детально все датчики:

p, blockquote 19,0,0,0,0 –>

1. AnTuTu

Sensor Sense Toolbox

У смартфонов Apple проще, у всех моделей, начиная с iPhone 4 и выше, датчики гироскопа по умолчанию встроены в плату.

p, blockquote 20,0,0,0,0 –>

Так выглядит устройство гироскопа в смартфоне:

p, blockquote 21,0,0,0,0 –>

p, blockquote 22,0,0,0,0 –>

Что делать, если в смартфоне нет гироскопического прибора

Если нет гироскопа в телефоне, то есть три решения.

p, blockquote 23,0,0,1,0 –>

1. Первый, самый верный, — это купить смартфон с нужным датчиком.
2. Про второй и третий вариант смотрите подробное видео (при просмотре не обращайте внимание на голос и дикцию, досмотрите до конца и вы поймете, какой именно способ вам подойдет).

p, blockquote 24,0,0,0,0 –>

Где используется гироскоп?

Данный датчик является усовершенствованной версией акселерометра. С его помощью операционная система не только вовремя узнаёт о передвижении и вращении устройства, но и может с точностью отслеживать все эти действия. Если акселерометр — это своеобразный строительный уровень, то гироскоп увеличивает точность показаний этого датчика в разы.

Если вы в будущем хотите приобрести VR-шлем для Android, то в вашем аппарате обязан присутствовать гироскоп. Данный датчик будет отслеживать повороты вашей головы, направляя виртуальный взгляд именно в ту сторону, в которую направлены ваши настоящие глаза. Также гироскоп на Андроид помогает в просмотре звездного неба. Если использовать соответствующее приложение, то оно будет понимать, в какую сторону света направлена камера, показывая названия видимых в данный момент созвездий.

А ещё этот датчик используется в играх с дополненной реальностью. Самым ярким примером тому служит Pokemon Go. Если гироскопа в смартфоне нет, то карманные монстры будут прыгать по виртуальной траве. Если же датчик присутствует, то зверьки станут двигаться по настоящему миру, видимая область которого попадает во взгляд встроенной камеры.

Смартфоны стали частью нашей жизни, статистики насчитали 72 млн владельцев этих устройств в России, за 2017 год салоны связи продали 28,4 млн штук.

Люди пользуются мобильными устройствами не только для связи, выхода в интернет или просмотра фильмов.

Смартфон сейчас сможет определить физическое состояние владельца: подсчитать пульс, измерить давление, скорость дыхания.

С другой стороны это же устройство будет инженерным инструментом, определит местоположение, обозначит уровень, измерит угол отклонения или расстояние до объекта.

Все эти действия стали возможны при установке многочисленных датчиков и настройке программного обеспечения.

Определение

Обычный гироскоп – устройство вращения с постоянным углом размещения, используется давно в мореходстве, авиации и космонавтике.

Сложная трёхмерная конструкция из вращающихся окружностей была впервые в кардановом подвесе, и была продемонстрирована в начале 19 века, а после постоянно совершенствовалась.

Простейшим примером предмета с постоянным углом служит детский волчок, сильно раскрученный, он держится почти в вертикальном состоянии. Как такой “волчок” размещают в плоском смартфоне?

Гироскопы для смартфонов

Средний размер смартфона не больше ладони, а внутри его корпуса размещены датчики. Чем круче мобильник, тем больше в нём разнообразных этих микроструктурных чипов. Возможность разместить эти платы появилась после изобретения MEMS – технологии микроэлектромеханических систем.

MEMS помогает создавать 2 типа чипов:

1. Актуатор– устройство исполнения. Оно переводит цифровой сигнал в реальное действие, примером могут служить наушники.
2. Сенсор– устройство измерения, которое переводит физические воздействия в цифровой сигнал. Сначала в смартфонах появился датчик движения, позднее гироскоп. Первый из этих сенсоров измеряет линейное перемещение, второй –угловое или поворот.

Работа простейших гироскопов основана на принципе конденсатора, более сложные основаны на принципе вращения.

Изменение положения подвижной части измеряется и переводится в цифровой сигнал, который потом обрабатывается программой. По этому изменению рассчитывается перемещение подвижного грузика и угловые ускорения.

Конструктивно всё размещается в одном кристалле, который крепится на микро плате с контактами. Размер готового гироскопа в корпусе не больше 5*5*1мм, обычно меньше.

Для чего эти премудрости

Гироскоп в смартфоне отвечает за круг задач, который постоянно расширяется. Изначально с его помощью мобильное устройство определяло перемещение в пространстве в трёх плоскостях, скорость этого перемещения, определяло сторону света.

Синхронизированная работа встроенных датчиков становится реальностью. Навигаторы позволяют ориентироваться на местности только в совместной работе с гироскопом.

GPS определяет координаты на местности, но не подсказывает направление движения к цели. Гироскоп показывает направление, но не обозначает координаты цели. Только вместе они проложат верный путь, поэтому ориентирование с помощью смартфона становится простым занятием.

Как проверить наличие гироскопа

Не факт, если в вашем смартфоне поворачивается экран, то у него установлен гироскоп. Обычный акселератор может управлять поворотом экрана. Полную проверку установленных сенсоров можно сделать программами Sensor Box Android или Sensor Kinetics iOS.

Дополнительные возможности

Разработчики операционных систем мобильных устройств упрощают их использование благодаря встроенным датчикам. Функции гироскопа разрешают владельцам просто встряхнуть телефоном для ответа на входящий звонок, не касаться для этого поверхности экрана.

Многофункциональные приложения, установленные на смартфон, расширяют возможности устройства. Датчик гироскопа используется в строительных, инженерных и дизайнерских приложениях.

При определенных настройках смартфон становится измерительным инструментом, лазерным уровнем или кардиографом.

Проблемы

При всех положительных качествах встроенного гироскопа, иногда появляются проблемы. Часто при работающем сенсоре приложения реального времени, в которых определяется точное положение в пространстве, замедляются или просто зависают. В таких случаях гироскоп отключают.

Гироскопы для геймеров

Кто не может обойтись без датчика гироскопа, так это геймеры. Гироскоп определяет наклон смартфона, что используется для управления в играх.

Любой поворот экрана в гоночных симуляторах укажет в какую сторону надо двигаться. В стрелялках сенсор покажет направление цели.