Jūs skatījāties videoklipu pakalpojumā YouTube portreta režīmā, un ar ekrāna nekustamo īpašumu nepietika. Lai atrisinātu šo problēmu, jūs darījāt to, ko darītu jebkura persona, kurai ir viedtālrunis. Pagrieziet tālruni uz sāniem.
Tiklīdz jūs to izdarījāt, video pārņēma visu ekrānu, un visas izvēlnes opcijas bija neredzamas, taču kā tālrunis uzzināja par tā orientāciju?
Papildus augstajam atsvaidzes intensitātes ekrānam un lieliskajam lietotāja interfeisam jūsu tālrunim ir vairāki sensori, kas nosaka tā orientāciju telpā, bet kā šie sensori darbojas?
Dabas pamatspēku izpratne
Lai gan lietus laikā var just vēju uz sejas un ūdeni uz rokām, tomēr tas, ko nevar sajust, ir dabas pamatspēki.
Šie spēki ietver gravitācijas spēku un elektromagnētisko spēku. Lai gan šie spēki ir nemateriāli, tie ietekmē visu, ko mēs darām. Faktiski viedtālruņa ekrāns nosaka nelielas elektromagnētisko spēku izmaiņas, lai noteiktu jūsu pirkstu. Ne tikai tas, bet arī jūsu ķermeņa svars ir noteikts gravitācijas spēku dēļ.
Vienkārši sakot, gravitācija iedarbojas uz objektiem, liekot tiem paātrināties ar ātrumu 9,8 m/s^2. Šī paātrinājuma dēļ lietas nokrīt atpakaļ uz zemes, kad tās met.
No otras puses, elektromagnētisko spēku nevar sajust kā gravitācijas spēkus. Tas nozīmē, ka, ja jūs novietotu kompasu jebkurā vietā pasaulē, tas noteiktu Zemes magnētisko lauku šajā apgabalā un pieskaņotos Ziemeļpolam.
Lai gan elektromagnētiskie spēki ir nodrošinājuši vairākus tehnoloģiskus sasniegumus, tie ne visi ir uz labu, un elektromagnētiskā radiācija lielās devās var būt bīstamas cilvēka ķermenim.
Izpratne par sensoru tehnoloģiju viedtālrunī
Jūsu viedtālruņa sensori nosaka izmaiņas dabas spēkos, lai saprastu tās orientāciju kosmosā, bet kā šie sensori darbojas?
Nu, jūsu viedtālrunim ir tūkstošiem sensoru tās mātesplatē, bet trīs galvenie sensoru veidi, kas ļauj tālrunim noteikt izmaiņas tā orientācijā.
Šie orientācijas noteikšanas sensori izmanto mikroelektromehāniskās sistēmas (MEMS), lai izmērītu dabas spēkus. Lai izmērītu datus, MEMS ierīces izmanto mehāniskās daļas, kas iestrādātas silīcijā, lai radītu elektrisko signālu. Izmantojot šos signālus, viedtālrunis nosaka spēku izmaiņas, kas uz to iedarbojas.
Tālāk ir sniegts īss šo sensoru darbības skaidrojums.
- Akselerometrs: Kā norāda nosaukums, akselerometrs tiek izmantots, lai noteiktu viedtālruņa paātrinājuma izmaiņas. Lai noteiktu šīs izmaiņas, akselerometrs izmanto inerces likumu, kas nosaka, ka ķermenis miera stāvoklī paliks miera stāvoklī līdz brīdim, kad tiek pielietots ārējs spēks. Lai izmantotu šo koncepciju, MEMS sensorā starp atsperēm līdzīgām konstrukcijām tiek piekārta fiksēta masa. Tāpēc fiksētā masa paliek vietā, kad tālrunis tiek paātrināts, jo tā inerce saspiež atsperes. Šī atsperes saspiešana ģenerē elektrisku signālu, kas norāda viedtālrunim, ka tas tiek paātrināts.
- Žiroskops: Žiroskops uzrauga viedtālruņa rotācijas spēkus. Šī rotācija mēra Koriolisa spēku, kas iedarbojas uz viedtālruni, lai novērtētu, cik daudz tas ir pagriezies ap savu smaguma centru. Vienkārši sakot, Koriolisa spēks iedarbojas uz jebkuru ķermeni rotējoša objekta iekšpusē, pateicoties tā rotācijai. Žiroskops izmanto akselerometram līdzīgu dizainu, taču tas ir pārveidots, lai noteiktu izmaiņas, kad viedtālrunis griežas.
- Magnetometrs: Pateicoties straumēm, kas plūst Zemes kodolā, to apņem magnētiskais lauks. Šo lauku noteikšana palīdz viedtālrunim saprast tā orientāciju uz patiesajiem Zemes magnētiskā lauka ziemeļiem. Viedtālruņi ir aprīkoti ar trīs asu Hall efekta sensoru, lai noteiktu šīs izmaiņas. Šis sensors izmanto Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumus, lai noteiktu magnētiskos laukus. Saskaņā ar šo likumu strāvu nesošais vadītājs ģenerē elektromotora spēku, kad mainās magnētiskais lauks ap to. Šo sprieguma izmaiņu dēļ sensorus var izmantot, lai noteiktu tā orientāciju attiecībā uz Zemes magnētiskajiem poliem.
Tagad, kad mums ir pamatzināšanas par mūsu viedtālruņu sensoriem, mēs varam apskatīt, kā tie darbojas kopā, lai noteiktu jūsu viedtālruņa pozīciju.
Kā jūsu tālrunis zina, kad jāpagriež ekrāns?
Kā paskaidrots iepriekš, akselerometrs var noteikt paātrinājuma izmaiņas, taču šos datus vien nevar izmantot, lai noteiktu viedtālruņa orientāciju. Iemesls ir tāds, ka gravitācijas spēki vienmēr iedarbojas uz akselerometru, un sensoram ir grūti noteikt, kad paātrinājuma izmaiņas ir domātas viedtālruņa pagriešanai.
Viedtālruņi izmanto sensoru saplūšanu, lai atrisinātu šo problēmu, kas ļauj dažādiem sensoriem sazināties vienam ar otru. Lai noteiktu tālruņa orientāciju, akselerometrs sazinās ar žiroskopu un magnetometru.
Tāpēc, kad tālrunis griežas, akselerometrs nosaka paātrinājuma izmaiņas un pēc tam sazinās ar žiroskopu. Pateicoties šai komunikācijai, viedtālrunis var saprast, vai paātrinājuma izmaiņas ir paredzētas rotācijai.
Tomēr žiroskops ir jutīgs pret kļūdām, jo tas nevar ņemt vērā gravitācijas spēkus, kas iedarbojas uz viedtālruni. Tāpēc ir nepieciešams trešais sensors, lai noteiktu viedtālruņa orientācijas izmaiņas. Šis sensors nav nekas cits kā magnetometrs jūsu ierīcē.
Šo magnetometru izmanto, lai noteiktu viedtālruņa pozīcijas izmaiņas attiecībā pret Zemes magnētisko lauku. Šie dati kopā ar akselerometra un žiroskopa datiem tiek izmantoti, lai izlemtu, vai ekrānam ir jābūt portreta vai ainavas režīmā.
Vai sensoru tehnoloģija ir nākotne?
Akselerometrs, žiroskops un magnetometrs nosaka izmaiņas dabas pamatspēkos, izmantojot inerces un elektromagnētiskās indukcijas likumus.
Viedtālruņi izmanto šos pamatlikumus, lai iespējotu tādas funkcijas kā autorotācija un optiskā attēla stabilizācija. Tomēr viedtālruņi tagad piedāvā novatoriskas funkcijas, apvienojot dažādu sensoru datus.
Lielisks piemērs tam ir avāriju noteikšanas izlaišana Apple ierīcēs, kas ļauj datiem no šiem sensoriem noteikt negadījumu un brīdināt avārijas dienestus.
