Videoposnetek na YouTubu ste gledali v pokončnem načinu in površina zaslona ni bila dovolj. Da bi rešili to težavo, ste storili to, kar bi naredila vsaka oseba s pametnim telefonom. Obrnite telefon na bok.
Takoj, ko ste to storili, je video zajel cel zaslon in vse menijske možnosti so bile nevidne, toda kako je vaš telefon vedel za njegovo usmerjenost?
No, vaš telefon ima poleg zaslona z visoko hitrostjo osveževanja in odličnega uporabniškega vmesnika več senzorjev, ki zaznavajo njegovo orientacijo v prostoru, toda kako ti senzorji delujejo?
Razumevanje temeljnih sil narave
Čeprav lahko čutite veter na obrazu in vodo na rokah, ko dežuje, ne morete čutiti temeljnih sil narave.
Te sile vključujejo gravitacijsko silo in elektromagnetno silo. Čeprav so te sile neotipljive, vplivajo na vse, kar počnemo. Pravzaprav zaslon na vašem pametnem telefonu zazna majhne spremembe v elektromagnetnih silah, da zazna vaš prst. Ne samo to, tudi vaša telesna teža je določena zaradi gravitacijskih sil.
Preprosto povedano, gravitacija deluje na predmete s silo, zaradi česar se pospešijo s hitrostjo 9,8 m/s^2. Zaradi tega pospeška stvari padejo nazaj na tla, ko jih vržete.
Po drugi strani pa elektromagnetne sile ne moremo občutiti kot gravitacijske sile. Se pravi, če bi postavili kompas kamor koli na svetu, bi zaznal zemeljsko magnetno polje na tem območju in se poravnal s severnim tečajem.
Čeprav so elektromagnetne sile omogočile številne tehnološke napredke, niso vse dobre in elektromagnetno sevanje v velikih odmerkih je lahko nevarno za človeško telo.
Razumevanje tehnologije senzorjev na vašem pametnem telefonu
Senzorji na vašem pametnem telefonu zaznavajo spremembe v silah narave, da razumejo njegovo orientacijo v prostoru, toda kako ti senzorji delujejo?
No, vaš pametni telefon ima na tisoče senzorjev na matični plošči, ampak tri glavne vrste senzorjev, ki vašemu telefonu omogočajo zaznavanje sprememb v njegovi usmerjenosti.
Ti senzorji za zaznavanje orientacije uporabljajo mikroelektromehanske sisteme (MEMS) za merjenje sil narave. Za merjenje podatkov naprave MEMS uporabljajo mehanske dele, vdelane v silicij, za ustvarjanje električnega signala. S pomočjo teh signalov vaš pametni telefon zazna spremembe v silah, ki delujejo nanj.
Spodaj je kratka razlaga delovanja teh senzorjev.
- Merilnik pospeška: Kot že ime pove, se merilnik pospeška uporablja za zaznavanje sprememb pospeška na pametnem telefonu. Za zaznavanje teh sprememb merilnik pospeška uporablja vztrajnostni zakon, ki pravi, da telo v mirovanju miruje, dokler ne deluje zunanja sila. Za uporabo tega koncepta je med vzmetnimi strukturami v senzorju MEMS obešena fiksna masa. Zato fiksna masa ostane na mestu, ko telefon pospešimo zaradi svoje vztrajnosti, ki stisne vzmeti. Ta stisk vzmeti ustvari električni signal, ki pametnemu telefonu sporoča, da se pospešuje.
- Žiroskop: Žiroskop spremlja rotacijske sile na vašem pametnem telefonu. Ta rotacija meri Coriolisovo silo, ki deluje na pametni telefon, da oceni, koliko se je zavrtel okoli svojega težišča. Preprosto povedano, Coriolisova sila deluje na katero koli telo znotraj rotirajočega predmeta zaradi njegovega vrtenja. Žiroskop uporablja zasnovo, ki je podobna merilniku pospeška, vendar je spremenjen za zaznavanje sprememb, ko se pametni telefon vrti.
- Magnetometer: Zaradi tokov, ki tečejo v Zemljinem jedru, ga zajame magnetno polje. Zaznavanje teh polj pomaga pametnemu telefonu razumeti svojo orientacijo glede na pravi sever Zemljinega magnetnega polja. Pametni telefoni so opremljeni s triosnim Hallovim senzorjem za zaznavanje teh sprememb. Ta senzor uporablja Faradayeve zakone elektromagnetne indukcije za zaznavanje magnetnih polj. Po tem zakonu prevodnik, po katerem teče tok, ustvari elektromotorno silo, ko se spremeni magnetno polje okoli njega. Zaradi teh sprememb v napetosti je mogoče senzorje uporabiti za zaznavanje njegove usmerjenosti glede na zemeljska magnetna pola.
Zdaj, ko imamo osnovno razumevanje senzorjev v naših pametnih telefonih, si lahko ogledamo, kako delujejo skupaj pri zaznavanju položaja vašega pametnega telefona.
Kako vaš telefon ve, kdaj mora obrniti zaslon?
Kot je bilo že pojasnjeno, lahko merilnik pospeška zazna spremembe pospeška, vendar teh podatkov samih ni mogoče uporabiti za zaznavanje usmerjenosti pametnega telefona. Razlog je v tem, da sile gravitacije vedno delujejo na merilnik pospeška in senzor težko zazna, kdaj naj bi spremembe v pospešku zavrtele pametni telefon.
Pametni telefoni za rešitev te težave uporabljajo fuzijo senzorjev, ki omogočajo medsebojno komunikacijo različnih senzorjev. Za zaznavanje orientacije telefona merilnik pospeška komunicira z žiroskopom in magnetometrom.
Zato, ko se telefon vrti, merilnik pospeška zazna spremembe pospeška in nato komunicira z žiroskopom. Zaradi te komunikacije lahko pametni telefon razume, ali so spremembe pospeška namenjene vrtenju.
Kljub temu je žiroskop dovzeten za napake, saj ne more upoštevati gravitacijskih sil, ki delujejo na pametni telefon. Zato je za zaznavanje sprememb v orientaciji pametnega telefona potreben tretji senzor. Ta senzor ni nič drugega kot magnetometer v vaši napravi.
Ta magnetometer se uporablja za zaznavanje sprememb v položaju pametnega telefona glede na zemeljsko magnetno polje. Ti podatki, skupaj s podatki iz merilnika pospeška in žiroskopa, se uporabljajo za odločitev, ali mora biti vaš zaslon v pokončnem ali ležečem načinu.
Je senzorska tehnologija prihodnost?
Merilnik pospeška, žiroskop in magnetometer zaznavajo spremembe v osnovnih silah narave z uporabo zakonov vztrajnosti in elektromagnetne indukcije.
Pametni telefoni uporabljajo te temeljne zakone za omogočanje funkcij, kot sta avtorotacija in optična stabilizacija slike. Kljub temu pametni telefoni zdaj ponujajo inovativne funkcije s kombiniranjem podatkov iz različnih senzorjev.
Najboljši primer tega je izdaja zaznavanja zrušitev v napravah Apple, ki omogoča, da podatki iz teh senzorjev zaznajo nesrečo in opozorijo službe za nujne primere.
