Элементы платы
Датчик приближения VL6180X
Датчик VL6180X представляет из себя датчик приближения и освещения, реализованный в миниатюрном корпусе LGA12 размерами 4,8×2,8×1,0 мм.
Сенсор VL6180X включает в себя лазерный излучатель (IR Emitter), SPAD-приёмник (Range sensor) и датчик освещенности (Ambient Light Sensor), ОЗУ и ПЗУ, микроконтроллер.
Принцип работы
Лазерный диод создает мощные наносекундные импульсы в ближнем инфракрасном диапазоне, которые отражаются от препятствия и возвращаются на SPAD-приёмник. Зная время, между отправкой и получением отражённого сигнала, получаем расстояние до объекта. В модуль также входит датчик освещенности, данные которого используются для корректировки результатов измерений. Все операции производит внутренний процессор, а обработанные данные измерений доступны по I²C-интерфейсу.
VL6180X способен определять расстояние до объектов в диапазоне 0–100 мм с миллиметровой точностью вне зависимости от характеристик объекта, а также измерять освещенность в широком динамическом диапазоне.
Troyka контакты
Контакты питания:
земля (G) - соедините с землёй микроконтроллера;
питание (V) - соедините с питанием микроконтроллера;
прерывание (Q) - пин прерывания. Датчик приближения способен генерировать прерывания при возникновения событий во время исполнения программы. Подключите к одному из пинов микроконтроллера, поддерживающих прерывания. Если вы не используете прерывания в вашей программе, подключать не обязательно.
Контакты шины I²C:
сигнальный (D) - подключите к SDA пину микроконтроллера;
сигнальный (С) - подключите к SCL пину микроконтроллера;
не используется.
Обвязка для согласования уровней напряжения
Необходима для сопряжения устройств с разными питающими напряжениями. В нашем случае это управляющее устройство Arduino с 5 вольтовой логикой и датчик приближения VL6180X с 3,3 вольтовой логикой.
Многие удобные и даже необходимые функции смартфона были бы невозможны без специальных датчиков (сенсоров). Управление жестами, автоматическое изменение яркости, изменение ориентации экрана при повороте и его отключение при разговоре, контроль в игре без нажатий - это далеко не полный перечень возможностей. Также наличие некоторых датчиков может превратить смартфон в метеостанцию или быть очень полезным при занятии спортом, слежении за физическим состоянием.
Наличие датчиков в смартфонах и не только было бы не невозможно без развития микроэлектромеханических систем (МЭМС). Такие устройства соединяют в себе электрические и механические компоненты в микроисполнении. Размеры таких элементов не превышают 100 микрометров.
Готовые устройства МЭМС
Основным материалом для создания МЭМС служат кремний и полимеры. По данной технологии создаются все известные сенсоры, которые необходимо использовать в компактных устройствах, например, смартфонах. Совершенствование в технологическом плане смартфонов дало большой толчок для развития МЭМС. Давайте рассмотрим примеры таких датчиков.
Акселерометр - слово, соединяющее в себе два языка: акселеро - с латыни "ускоряю", метр - с греческого "измеряю". Такой датчик замеряет линейное ускорение движущегося тела по трем осям координат. Данные измерений собираются и обрабатываются посредством SoC или специально выделенного микроконтроллера. Далее, производится математический расчёт и фиксируется положения смартфона в пространстве в реальном времени.
Акселерометр внутри смартфона
Именно акселерометр позволяет менять ориентацию экрана с портретной на ландшафтную и наоборот в зависимости от положения устройства, переключать музыкальные треки при встряхивании, гонять автомобильные симуляторы, используя в качестве руля смартфон или планшет. Акселерометр является одним из самых популярных датчиков в смартфоне, и если раньше это была диковинка и прерогатива дорогих телефонов, то на сегодня таким сенсором может похвастаться любое бюджетное решение.
Гироскоп - состоит из двух древнегреческих слов «круг» и «смотрю». Как правило, работает в паре с акселерометром, дополняет его в некоторых случаях. Гироскоп необходим для фиксации углов наклона устройства. Делает это он с помощью измерения скорости углового вращения.
Также как акселерометр, гироскоп передает результаты замеров в устройство для дальнейших расчетов угла наклона и его направления. Погрешность откалиброванного гироскопа составляет не более 1-2 градусов. Широко применяется в мобильных играх, приложениях для фотосъемки, для оптической стабилизации в камерах, летающих дронах, управляемых смартфоном. Также как и акселерометр, гироскоп является очень популярным датчиком и присутствует во многих смартфонах.
Магнитометр - сенсор для измерения магнитного поля. По сути он собой представляет выполненный по технологии МЭМС миниатюрный датчик на основе эффекта Холла. Он регистрирует изменения силы магнитного поля по трем осям X, Y и Z. В этом случае он используется для навигационных и разных картографических приложениях, для повышения точности определения местоположения. Также без этого датчика не будет работать цифровой компас в смартфоне. Магнитометр иногда размещают в одном модуле с акселерометром, и они работают в паре, дополняя друг друга. Еще датчик Холла просто фиксирует изменения магнитного поля, без привязки к осям. Такие свойства используются в паре со специальными чехлами, в которые встроены магниты. При открытии крышки такого чехла экран смартфона автоматически включится и наоборот.
Датчик приближённости. Позволяет отключать экран телефона при разговоре. Такая функция позволяет экономить заряд устройства, а также предотвращает случайные нажатия. Работает такой датчик на основе IR детектора. Он обычно находится возле разговорного динамика и с помощью инфракрасного луча фиксирует нашу часть лица в непосредственной близости к телефону. На основе этого датчика реализуются еще одна интересная фича - распознавание жестов. Они позволяют управлять некоторыми функциями смартфоном не прикасаясь к экрану.
Датчик света - измеряет, насколько яркое освещение вокруг смартфона. На основании его данных ОС повышает или понижает яркость экрана. Экономя энергию смартфона и позволяя более комфортно пользоваться им. Продвинутые датчики могут анализировать составляющую RGB цвета и в соответствии с этим подстраивать цвета дисплея.
Описанные выше сенсоры характерны для соверменных смартфонов. Но ведь есть и редкие экземпляры:
Барометр - датчик для измерения атмосферного давления. Может использоваться в некоторых приложениях (навигационных, измерительных) для определения высоты над уровнем моря. Делает это он, высчитывая разницу атмосферного давления. Также повышает точность и скорость работы систем GPS. Например, фиксируя постоянно высоту объекта относительно уровня моря, можно отследить его перемещения не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной.
Температурный датчик - как вы уже догадались, этот сенсор измеряет температуру. Бывают двух видов:
- Внутренний - для измерения температуры модулей смартфона, нужен для контроля над нагревом и предотвращения перегрева компонентов. Присутствует во многих устройствах.
- Внешний - для измерения температуры окружающей среды. Может использоваться в качестве обычного термометра и для разнообразных фитнес-приложений. И этот датчик скорее редкость, чем заурядность.
Датчик влажности воздуха - в паре с предыдущими двумя может выполнять функции продвинутой метеостанции. Поможет вам узнать, не пересушиваете ли вы воздух в квартире и насколько комфортная погода на улице (соотношение температуры и влажности).
Педометр - считает количество пройденных шагов и полезен для отслеживания активности. Главное, чтобы смартфон был всегда при вас.
Пульсометр - по запросу измеряет частоту сердцебиения. Как по мне, намного удобнее использовать этот датчик и шагомер во всевозможных фитнес-браслетах.
Сканер отпечатков пальцев - биометрический датчик, призван повысит безопасность устройства. Подробнее о них вы можете прочитать в одной из наших .
Наличие всех перечисленных выше датчиков является своеобразной фишкой смартфонов Samsung линейки Galaxy (начиная с S4).
И совсем уж диковинкой выглядит дозиметр - датчик измерения радиации. Им оснастила свой телефон компания Sharp, а причиной такого шага стала авария на атомной электростанции в Японии.
Проверить наличие и работоспособность того или инного датчика в вашем смартфоне можно с помощью специального программного обеспечения, например - AnTuTu Tester, Z - Device Test, Android Sensor Box и т.д.
Как мы убедились, в нашем смартфоне может быть много разнообразных датчиков и его работа уже практически невозможна без них. А ведь к этому списку можно добавить еще камеру со светочувствительным сенсором, микрофон - регистрация звука, тач - реакция на касание. В будущем же смартфоны могут обладать обонянием, улавливая, например, чадный газ, смогут диагностировать сердечные и другие заболевания и многое другое.
А как вы думаете, какие датчики реально полезны и востребованы в современном смартфоне?
Современный смартфон — это не просто звонки и SMS, а намного большее. Но сегодня мы поговорим не о том, как выходить с этих устройств в интернет, не о их гиперкоммуникационных возможностях и не о преимуществах той или иной мобильной операционной системы. Статья будет посвящена датчикам и сенсорам, которыми разработчики оснащают современные устройства, чтобы их функциональность стала еще более разнообразной. Итак, что такое датчики и сенсоры? Это микроустройства в самом смартфоне (плеере, планшете, навигаторе, ноутбуке, цифровой фотокамере, игровой консоли и т.д.), которые делают его умным, а также связывают с внешним миром. Без них смартфон не будет столь интересен и востребован, так как гаджет окажется без связи с окружающей средой. Именно с помощью датчиков и сенсоров появляется связь с миром вокруг, а значит, появляются новые удивительные функции.
Из основных датчиков и сенсоров, известных многим, и без которых сегодня не обходятся разве что совсем уж бюджетные мобильные телефоны, можно выделить следующие:
1. Proximity Sensor
2. Accelerometer
3. Light Sensor
4. Gyroscope Sensor
5. Magnetic Field Sensor (магнитный компас обычно не считают датчиком, но мы все-таки включили его в перечень)
Proximity Sensor (Датчик приближения)
Датчик приближения позволяет определить приближение объекта без физического контакта с ним. Например, датчик приближения, установленный на мобильном телефоне, позволяет отключать подсветку экрана при приближении телефона к уху пользователя во время разговора. То есть, его основная задача заключается в блокировании смартфона, чтобы пользователь не нажал случайно, скажем, щекой на отбой. Кстати, в данном случае экономится и заряд аккумуляторной батареи. Естественно, производители всячески пытаются расширить возможности этой функции. Например, год назад в Samsung Galaxy S3 появилась функция «Прямой вызов», которая при поднесении устройства к лицу позволяет звонить контакту, чьи сведения, журнал вызовов или данные о сообщениях отображаются на экране. Так же телефон с этим датчиком можно спокойно класть в карман или чехол, не боясь случайно совершить ненужный звонок.
Вообще, управление движениями — это следующий этап в общении между человеком и техникой, над чем сегодня работает масса производителей. Например, в прошлом году компания Pioneer представила модельный ряд автомобильных мультимедийно-навигационных GPS-систем, управлять которыми можно с помощью жестов. Pioneer назвала свою разработку «Air Gesture». Если пользователь подносит свою руку к передней части экрана мультимедийно-навигационной системы, она выводит окно с названием воспроизводимой в данный момент композиции и часто используемые команды управления: «Установить в качестве пункта назначения» и «Установить любимое место в качестве пункта назначения». Как только пользователь уберет руку от экрана, эти команды исчезнут, а навигационная карта снова отобразится на всем экране. Кроме того, путем перемещения рук по горизонтали, определенные функции, заданные пользователем, могут быть вызваны без нажатия кнопки. Можно установить одну из 10 функций, включая «Переключение между навигацией и AV-функциями» и «Пропуск воспроизводимой композиции / Воспроизведение предыдущей композиции». Датчик, который определяет движения руки, состоит из двух инфракрасных излучающих частей и одной приемной между ними. Когда рука движется к передней части экрана, приемный ИК-датчик обнаруживает отражения инфракрасного света. При горизонтально движущейся руке ИК-датчик определяет изменение таймингов инфракрасного излучения с правой и левой излучающих частей так, что становится понятным, в какую из сторон производится движение рукой. Кстати, производство моделей с пользовательским интерфейсом управления жестами Air Gesture уже началось.
Эта же функция реализована в новом флагмане Samsung Electronics — Galaxy S4. Кроме датчика приближения, рядом с фронтальной камерой расположен еще один датчик, который используется для распознавания жестов. Он распознает движения руки, принимая инфракрасные лучи, которые отражаются от ладони пользователя, и работает в паре с функцией Air Gesture, предоставляя пользователям возможность принять вызов, сменить музыкальную композицию или прокрутить web-страницу вверх или вниз буквально одним взмахом руки.
Accelerometer (Акселерометр)
Пожалуй, это самый распространенный датчик. G-сенсор, как его называют многие производители, сегодня можно встретить практически в каждом современном устройстве. Задача акселерометра проста — отслеживать ускорение, которое придается устройству. Вроде бы напрашивается вопрос, а зачем измерять ускорение смартфона? Но давайте задумаемся, в тот момент, когда мы переворачиваем телефон, происходит движения с ускорением. Акселерометр регистрирует его и, на основе полученных от него данных, запускает процесс, например, смены ориентации экрана. Датчик также используется для масштабирования страниц браузера при наклоне смартфона, обновление списка Bluetooth-устройств при встряске, в специфических приложениях, ну и, конечно же, в играх, особенно в симуляторах. Кроме этого, акселерометр используется в качестве карманного шагомера для подсчета количества шагов, сделанных пользователем.
В фотоаппаратах акселерометр используется для поворота отснятого кадра, а в ноутбуках — для срочной парковки головок жесткого диска, если вдруг компьютер падает. А в автомобилях он служит для срабатывания подушек безопасности при ударе. Проще говоря, акселерометр имеет дело с положением устройства в пространстве и наклоном корпуса, опираясь при этом на его ускорения при смене этого положения.
Light Sensor (Датчик освещенности)
Задачи этого датчика предельно просты и заключаются в том, чтобы определить степень наружного освещения и соответственно настроить яркость экрана. Благодаря такой автонастройке яркости, стала возможной экономия электроэнергии, особенно если вы хотите оптимизировать расход вашего аккумулятора. Пожалуй, это самый старый датчик в мобильном мире, и даже при том, что в работе этого датчика вроде бы нет никаких возможностей по улучшению функциональности, производители и в этом случае стараются сделать работу со смартфоном еще более комфортной.
Например, в мобильной операционной системе iOS 6 от Apple появилась возможность регулировки автояркости. Ранее датчик освещенности был полностью автоматизированным и регулировал яркость экрана на свое усмотрение. Теперь же пользователь получил возможность контролировать работу этого датчика. Вы можете легко определить уровень яркости, который комфортен для вас, и iOS принимает этот выбор во внимание при расчете уровня яркости для новых условий освещения. Однако для того чтобы датчик корректно функционировал, необходимо произвести небольшую настройку устройства.
Gyroscope Sensor (Гироскоп)
Если возможности акселерометра по большому счету исчерпаны, а сферы его применения четко ограничены, то устройство еще одного инерционного датчика, которым является гироскоп, в смартфонах освоены еще не до конца. История использования гироскопов берет свое начало еще в конце XIX века. Инерционные датчики на тот момент были распространены во флоте, так как с помощью гироскопа наиболее точно можно определить расположение сторон света. Позже, благодаря столь уникальной функции, гироскоп получил широкое распространение и в авиации. По своей конструкции гироскоп в мобильных телефонах напоминает классические роторные, представляющие собой быстро вращающийся диск, закрепленный на подвижных рамах. Даже при смене положения рам в пространстве ось вращения диска не изменится. Благодаря постоянному вращению диска, например, с помощью электромотора, и существует возможность постоянно определять положение объекта (в котором есть гироскоп) в пространстве, его наклоны либо крены.
Гироскопы в современных устройствах основаны на микроэлектромеханическом датчике, но принцип действия инерционного датчика остается тем же. В это же семейство входят акселерометры, магнитометрические и прочие узкоспециализированные датчики. Рынок этих миниатюрнейших элементов, также известных как MEMS, получил серьезный толчок для развития в тот момент, когда Apple начала устанавливать гироскоп в iPhone 4, а затем и в iPod Touch. Успешные продажи мобильных устройств привели к тому, что производители элементов MEMS успешно обосновались на мобильном рынке. Apple iPhone 4, где впервые был использован гироскоп и два MEMS-микрофона для подавления шума, произвел огромный эффект на индустрию телефонов. Например, в конце 2010 года менее пяти телефонов, выпущенных на рынок, могли похвастаться наличием гироскопа, а в 2011 году уже было представлено более 50 моделей телефонов и планшетов с гироскопом.
Гироскопы, встроенные в мобильные телефоны, делают качество игр наиболее высоким. С помощью данного датчика для управления игрой можно пользоваться не только обычным поворотом устройства, но и скоростью поворота, что обеспечивает более реалистичное управление. Кроме игр гироскоп используется в браузерах дополненной реальности для более точного позиционирования устройства в пространстве, а также в управляемых при помощи смартфонов на платформах iOS и Android радиомоделях летательных аппаратов.
Magnetic Field Sensor (Магнитный компас )
После прихода в наш мир GPS-приемников, появились и цифровые компасы, правда, в эпоху развития навигационных технологий от них не так много пользы. Магнитометр, как и привычный магнитный компас, отслеживает ориентацию устройства в пространстве относительно магнитных полюсов Земли.
Информация, полученная от компаса, используется в картографических и навигационных приложениях. На практике это устройство показало себя довольно хорошо и сегодня незаменимо в ряде игр и приложений, например, в браузере дополненной реальности Layar.
Прочие датчики и сенсоры
Барометр
Помогает с позиционированием и этот сенсор. Барометр стал появляться в смартфонах совсем недавно, с выходом Samsung Galaxy Nexus, и может уменьшить время подключения к сигналу GPS. Встроенный барометр измеряет атмосферное давление в текущем местоположении владельца смартфона и определяет высоту над уровнем моря. Многие флагманские смартфоны сегодня оснащаются не только приемниками GPS и ГЛОНАСС, но и барометром, благодаря чему захват сигнала от спутника и определение первоначального местоположения происходит мгновенно. Эта функция пригодится и в случае, когда пользователь передвигается по наклонным плоскостям, будь то холм или гора, потому что в зависимости от атмосферного давления и высоты, может подсчитать точное количество калорий, которые сжигаются во время прогулки. Ну и, соответственно, для определения давления и погодных условий прямо со своего смартфона.
Рассмотрим принцип работы этого датчика на примере смартфона Samsung Galaxy S III, где определение разницы давления может быть пересчитано около 25 раз в секунду. Такая скорость позволяет четко определять движение человека вверх и вниз, то есть использовать навигацию не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Таким образом, мы получаем объемную навигацию, которая полностью соответствует действительности. Например, при навигации в торговом центре вам будет недостаточно обычного GPS-навигатора, так как он укажет точку на плоскости земли, а не то, на какой высоте находится ваш маршрут. А автомобильные навигаторы могут ориентироваться в многоэтажных парковках и многоярусных дорогах.
Датчик давления позволяет это осуществить, и вы получите не только точные координаты заданного места, но и информацию, на каком этаже или высоте пролегает ваш маршрут. Обычно подобные датчики включают в себя и систему обработки данные, а их размеры находятся в пределах 3х3х1 мм. Крошечный сенсор реагирует на изменения по высоте с точностью до 50 см. Методика реализована путем сравнения внешнего атмосферного давления по отношению к вакуумной камере внутри датчика. Помимо вакуумной камеры и сенсоров, в миниатюрном корпусе устройства поместились встроенный микропроцессор, аналоговый усилитель, цифровой со-процессор и элемент энергонезависимой памяти.
Датчик температуры/влажности
Такой датчик стал новым дополнением к Samsung Galaxy S4. Он определяет уровни температуры и влажности окружающей среды через небольшое отверстие, расположенное в основании смартфона. А потом датчик определяет оптимальный уровень комфорта и отображает эту информацию на экране приложения S Health. Кроме этого, температурный датчик позволяет откорректировать погрешности давления, вызванные изменением температуры воздуха. Те же, кто хочет незамедлительно воспользоваться возможностями температурного датчика, могут обратить внимание на разработку ученых компании Robocat.
Они создали крошечный электрический термометр Thermodo, который подключается к телефону через порт наушников. Thermodo состоит из пассивных датчиков температуры, встроенных в стандартное 4-полюсное гнездо для наушников в прочном корпусе. Никакого подключения к сети не требуется, устройство получает питание от телефона и потребляет мало энергии. Когда измерение температуры не требуется, Thermodo можно повесить на ключи в виде брелока. С помощью Thermodo можно измерить температуру как в помещении, так и на открытом воздухе.
3D-сенсор
Сенсор, который постоянно сканирует окружающее пространство и создает компьютерную виртуальную модель с высокой точностью. Что-то подобное представляет из себя Kinect, но новая версия планшета Google Nexus 10 получила сенсор намного компактнее и уже есть готовые приложения, которые могут работать на планшете и продемонстрировать возможности не только самых современных игр.
Помимо прочего, сенсор Capri 3D, который был представлен в рамках конференции Google I/O 2013 компанией PrimeSense, умеет регистрировать движения и получать метрические параметры предметов. Кстати, эта развитие этой технологии доказывает предположение IBM, что в середине этого десятилетия общения с помощью приложений для видеоконференций начнут напоминать 3D-голограммы.
Безопасность
Недавно профессор Суортмор колледжа (штат Пенсильвания, США) Адам Дж. Авив продемонстрировал возможность осуществления атак, используя данные, полученные акселерометром смартфона. Оказалось, что данные, полученные сенсорами смартфона, могут помочь злоумышленникам получить доступ к кодам разблокировки устройства. Они могут узнать Pin-коды и пароли пользователя. Получать информацию через сенсоры гораздо легче, чем через приложения, загружаемые на смартфон, утверждает профессор. Исследователи провели анализ данных, полученных акселерометром, и составили своеобразный «словарь» движений смартфона при введении пароля, после чего разработали программное обеспечение, позволяющее расшифровывать Pin-коды при помощи данных, полученных с акселерометра. В ходе исследований ученым удалось правильно определить Pin-код в 43% случаев, а пароль — в 73%. Система дает сбои, когда пользователь находится в движении во время использования устройства, так как движения создают дополнительные помехи, и получить от акселерометра точные данные весьма трудно.
Эксперты, занимающиеся мобильной безопасностью, также считают, что чем больше у смартфона сенсоров, тем больше данных они могут зафиксировать, а это значит, что проблема защиты устройства становится более острой. Сейчас исследователи разрабатывают методы для предотвращения утечки данных, собранных гироскопами, акселерометрами или другими сенсорами. Так что можно предположить, что с развитием технологий и расширением функционала датчиков ситуация в сфере безопасности будет только накаляться.
Перспективы
Недавно американский изобретатель Джейкоб Фрэйден основал компанию Fraden Corporation и запатентовал систему бесконтактного измерения температуры для мобильных устройств. На тыльной стороне смартфона размещается небольшой инфракрасный датчик, который всего за секунду может снять показания температуры тела пользователя. Таким образом, в будущем смартфоны вполне могут превратиться в наших персональных медицинских помощников. Фрэйден собирается создать также средства измерения ультрафиолетового излучения и электромагнитного загрязнения. А вот сотрудники из лаборатории Next Lab Массачусетского технологического института утверждают, что скоро датчики в смартфонах смогут обнаруживать аритмию и тахиакардию, что заставит пользователей своевременно обращаться за помощью к врачам.
По мнению специалистов из IBM, к 2017 году смартфоны получат обоняние. Крошечные датчики запаха могут быть встроены в смартфоны и другие мобильные устройства. Обнаруженные следы химических соединений будут передаваться на мощное облачное приложение, способное проанализировать все, начиная от угарного газа до вируса гриппа. В результате, если вы чихнули, телефон сможет рассказать вам о вашей болезни.
Все самое интересное только начинается, и сегодня работы идут по массе направлений. Например, не исключено, что в ближайшем будущем ваш смартфон с помощью определенного рода датчиков научится имитировать тактильные ощущения. Вы сможете различать ткани, текстуры и переплетения. А звуковые датчики в сочетании массивными облачными вычислительными системами получат сверхчеловеческие слуховые возможности. Эх, чего только нельзя предположить, тем более, что масса предположений, расчетов и даже фантазий в последние годы стала сбываться с удивительной скоростью.
Множество изделий современной электроники оснащено датчиками, распознающими приближение объекта, к примеру, пальца, к клавиатуре или уха человека к телефону. Эта технология активно используется в разного рода, что позволяет устранить механическую коммутацию устройств, а также продлить срок их службы. И у многих вполне может возникнуть вопрос: датчик приближения в телефоне - что это и как он работает? Далее будет рассмотрено данное приспособление с точки зрения реализации по емкостной технологии.
Распознавание приближения
Распознавание приближение по бесконтактной технологии довольно быстро нашло применение в области портативных устройств, питающихся автономно. Функция активно используется в последних моделях смартфонов и планшетов, в музыкальных плеерах. Ее основным назначением является повышение надежности устройств и экономия электрической энергии.
Дисплей прибора будет находиться в неактивном состоянии до тех пор, пока не будет обнаружено приближение руки пользователя, именно за это и отвечает датчик приближения в телефоне. Что это - станет понятно, если рассмотреть принцип его работы. Когда речь идет об использовании подобной технологии, то тут стоит отметить, что в дежурном режиме потреблением энергии занимается исключительно центральный процессор. А когда определяют приближение ладони или пальца, происходит включение дисплея, на котором отображается текущая информация. Все это позволяет снизить среднюю потребляемую мощность гаджета, при этом увеличив время автономной работы батареи.
Особенности использования функции в разной технике
В бытовой автоматике функция распознавания приближения тоже получила весьма широкое распространение. Бесконтактные датчики используют для включения открывания кранов водопровода, когда в поле их действия находится рука человека; дисплеи холодильников и микроволновых печей будут неактивны, пока к ним не приблизится рука пользователя. Снабжены этой функцией и новые системы автоматизации дома. используемые для управления бытовой техникой и освещением, настраиваются так, чтобы служить цифровыми фоторамками. Но как только к ним приближается кто-то из людей, сразу появляются Достаточно интересной технологией является датчик приближения в телефоне. Что это такое, поможет понять описание метода, с помощью которого происходит распознавание.
Методы распознавания приближения
Когда к датчику приближается, к примеру, палец, происходит изменение общей емкости системы. Именно оно и используется для обнаружения объекта вблизи бесконтактного сенсора.
Обнаружение изменения емкости
То, насколько точно и надежно будет работать бесконтактный датчик, полностью зависит от верности измерений изменившейся емкости системы. С такой целью разработан целый ряд методов, в числе которых самыми известными стали методы переноса зарядов, последовательного приближения, взаимодействия емкости и сигма-дельта-метод. Наиболее часто применяются два из них. Оба используют коммутируемую емкостную схему и внешний измерительный конденсатор.
Метод последовательного приближения
В данном случае осуществляется зарядка коммутируемой емкостной цепи. С этого конденсатора подается напряжение на компаратор через ФНЧ, где происходит сравнение с опорным напряжением. Счетчик, синхронизируемый с генератором, запирается при помощи выходного сигнала компаратора. Обработка именно этого сигнала осуществляется для определенного статуса датчика. Для метода последовательных приближений требуется ничтожно малое число внешних компонентов. В данном случае на работу схемы не оказывают влияния переходные помехи по питающей цепи.
Достоинства и недостатки технологии распознавания
Датчик приближения Android, как и другие, обладает определенными особенностями. К числу преимуществ в данном случае можно отнести следующие:
Довольно большая зона обнаружения;
Высокая степень чувствительности;
Относительная доступность в плане цены, ведь производство датчиков осуществляется из довольно дешевых компонентов - меди, пленки оксидов олова, индия и печатной краски, внешнего проволочного датчика;
Малый размер;
Универсальность конструкции;
Температурная стабильность;
Возможность функционирования с применением различных непроводящих покрытий, к примеру, стекол разной толщины;
Долговечность и высокая надежность.
Имеются у данного метода и определенные недостатки:
Чувствительный элемент должен быть проводящим, тогда он сможет обнаружить приближение; однако руку, к примеру, в резиновой перчатке, он может и не обнаружить;
Метод емкостного распознавания работает так, что когда в диапазоне его работы имеются металлические объекты, диапазон уменьшается.
iPhone 4
Датчик приближения работает так, что позволяет отключать экран смартфона во время разговора для исключения случайных нажатий на клавиши. Существуют специальные приложения, которые дают возможность блокировать экран, просто проводя над ним рукой. Для его включения потребуется нажать аппаратную клавишу.
Калибровка
Довольно часто пользователи сталкиваются с неприятной ситуацией, когда блокировка экрана при разговоре не осуществляется. А бывает и так, что после завершения разговора дисплей не включается, из-за чего телефон не разблокируется. К примеру, датчик приближения Nokia работает некорректно. Для устранения этой проблемы его требуется откалибровать. Обычно большинством производителей применяется специализированное программное обеспечение для этих целей, которое можно скачать на официальном сайте.
В последних версиях Android 4 функция калибровки расположена непосредственно в меню. Для этого требуется войти в настройки, отыскать экран, а потом выбрать пункт Proximity Sensor Calibration. После закрытия датчика рукой необходимо в появившемся окне нажать ОК. Иногда калибровка допускается и без закрытия сенсора.
Работая со светом невозможно развиваться без ежедневного изучения тенденций и новинок рынка. Одним из последних наших открытий стало приложение, благодаря которому с помощь обычного смартфона можно замерять количество света в помещении. Безусловно, с профессиональной точки зрения мы не могли остаться равнодушными к такому вызову. Немецкий Институт Прикладной Светотехники (DIAL GmbH) , в которой рассматривался именно интересовавший нас вопрос: может ли смартфон стать достойной заменой люксметру?
Люксметр против смартфона: может ли специальное приложение стать альтернативой измерительному прибору?
Если такая замена действительно себя оправдывает, то это стало бы не то чтоб революцией, но, как минимум, очень выгодным предложением. Посудите сами, люксметр - удовольствие недешевое. А вот смартфон есть практически у каждого. И специальные приложения либо бесплатные, или стоят дешево. Поскольку наша компания профессионально работает со светом, идея замера фотометрических параметров с помощью телефона нас умиляет. Но, справедливости и любопытства ради, мы решили провести эксперимент. Цель исследования: сравнение результатов работы соответствующих приложений с показателями нашего штатного люксметра.
Тестируемое оборудование
В нашем эксперименте принимали участие iphone разных серий, а также телефоны Sony, Samsung и Nokiа:
Программное обеспечение
Мы выбрали следующие приложения (большинство из них бесплатны), и установили их на каждой из систем:
| Название | Производитель | Операционная система | Возможность калибровки | Цена |
|---|---|---|---|---|
| Galactica Luxmeter | Flint Soft Ltd. | iOS | нет | - |
| LightMeter by whitegoods | Whitegoods | iOS | есть | - |
| LuxMeterPro Advanced | AM PowerSoftware | iOS | есть | 7,99€ |
| Luxmeter | KHTSXR | Android | есть | - |
| Light Meter Pro | Mannoun.Net | Android | есть | - |
| Lux Light Meter | Geogreenapps | Android | есть | - |
| Sensor List | Ryder Donahue | Windows Phone | есть | - |
Для справки
Контрольное измерение произведено с помощью откалиброванного люксметра PRC Krochmann (Model 106e, специальная модель, класс А).
Используемые источники света
Для теста мы выбрали три различных источника света:
- галогенная лампа низкого напряжения;
- компактная люминесцентная лампа (цветовая температура 2700 K);
- LED (цветовая температура 3000 K).
Чтоб упростить наши исследования, мы решили оставить один источник света - LED .
Условия тестирования
Испытание проходило в помещении без источников дневного или искусственного освещения. На горизонтальной поверхности мы разместили источники света. На них поочередно устанавливалась освещенность 100 лк, 500 лк и 1000 лк. Фотометрическая головка нашего люксметра была расположена перпендикулярно оси светильника. Затем, точно так же, мы размещали смартфоны с установленными приложениями. Фронтальная камера и датчик яркости находились там же, где до этого располагался фотометр.
Такое расположение подходило всем приложениям кроме платного «Luxmeter Pro Advanced», так как оно для измерения освещённости использует свет, отраженный от поверхности. В этом приложении также доступны настройки типов источника света, расстояния до него и т.д.
Некоторые приложения позволяли произвести калибровку, и, если была такая возможность, мы проводили ее в соответствии с инструкциями производителя, а именно на 100 лк.
Результаты
Во время нашего теста мы выяснили, что хотя в некоторых приложениях можно было произвести калибровку до определенного значения, определить его точно было достаточно сложно. Таким образом, или шаг был большим, либо значение в 100 лк вообще не устанавливалось (например, максимальное значение, которое удалось установить на iPhone 5 с LightMeter by whitegoods - 34 лк ). Часто отклонения от контрольных значений оказывались весьма высокими (до 113% у Samsung Galaxy S5 с приложением «Lux Light Meter» от Geogreenapps). При использовании эталонна 500 лк дисплей смартфона показывал 1,063 лк. Самое низкое отклонение в 3% было на iPhone 5 с «LightMeter by whitegoods». При 500 лк этот смартфон показывал 484 лк. В то же время, мы не можем утверждать, что именно эта комбинация всегда будет приводить к наименьшим возможным отклонениям. В случае использования значения 100 лк и этого же приложения, отклонение достигало 89%, а устройство показывало 11 лк.
Также мы заметили, что отображаемые значения на устройствах от Sony, Samsung и Nokia были значительно выше эталонных, в то время, как на iPhone существенно ниже. Среднее отклонение во всех приложениях на Android-смартфонах и на телефонах с Windows Phone были приблизительно на 60% выше контрольных. Расхождение значений измеренных различными iPhone было на 60% ниже опорных.
Мы также заметили, что различные приложения, установленные на смартфонах от Samsung и Sony, показывали близкие значения. Скорее всего, в этих устройствах для измерения освещенности используется датчик яркости , а не камера.
В некоторых моделях Samsung можно переключиться в режим инженерного меню с помощью комбинации *#0*#. Выбрав пункт «Датчик света», вы можете узнать предполагаемую освещенность без установки приложения. Так что в этом случае специальная программа может и не понадобиться. Тем не менее, показатели на этих устройствах также отклонились от эталонного значения в рамках 37%-113% .
Будут ли совпадать результаты на аналогичных смартфонах с одинаковыми приложениями?
Чтобы проверить это, мы использовали 4 идентичных iPhone 5 с установленными на них приложениями «Galactica Luxmeter» и «LightMeter by whitegoods». К сожалению, нас ждало разочарование. Все четыре смартфона показали совершенно разные показатели.
Мы считаем, что причиной таких колебаний является отличие комплектующих в телефонах. Такие отклонения пользователь не замечает при повседневном использовании, но при непосредственном тестировании они заметны.
Всегда ли есть процентное отклонение от эталонного значения?
Если вы всегда используете смартфон с одним и тем же приложением, вы можете предположить, что можно достаточно точно производить замеры, зная процентное отклонение от эталонного значения. Но всегда ли этот процент одинаковый?
Для того, чтобы проверить это, мы провели измерения освещённости на 10 лк, 100 лк, 1000 лк и 10000 лк с помощью iPhone 5 размещенным на оптической скамье в черной комнате. Увеличение яркости можно очень точно задавать путем регулировки расстояния между источником света и приемником.
В качестве источника излучения снова использовался светодиодный светильник с цветовой температурой 3000 K. В этом тесте мы рассмотрели показатели двух различных приложений. Оказалось, значения разных программ отклоняются друг от друга, в некоторых случаях до 358% (12 лк до 55 лк при эталоне 100 лк). Если рассмотреть процент отклонений от эталонных значений, то никакой закономерности мы не увидим.
При использовании приложения «Galactica Luxmeter» значения были выше контрольных на 180% при 10 лк и на 50% ниже эталонных значений при 10 000 лк. «LightMeter by whitegoods» было откалиброванным на 10 лк. При опорных 100 лк отклонение составило 88% в меньшую сторону, а при 10 000 лк - 59%. Значения всех остальных приложений были так же существенно ниже контрольных, а сам процент отклонений все время менялся.
К тому же, мы обнаружили, что измерения, проведенные с помощью передней и задней камеры показывают различные значения. К тому же, некоторые приложения никогда не показывают 0 лк, даже если на камеру свет не попадает и она закрыта «заглушкой».
Заключение
Результаты доказывают, что серьезные измерения освещенности возможны только с помощью профессионального оборудования . Оно оснащено откалиброванным датчиком, гарантирующим, что оценка освещенности будет проведена в соответствии с чувствительностью человеческого глаза при дневном свете. Кроме того, приборы позволяют измерить количество света в зависимости от угла падения луча. Смартфоны не могут сделать ни того, ни другого, в противном случае они не смогут выполнять свои функции как телефон.
Разработчики приложений не утверждают, что смартфоны могут заменить профессиональные приборы. Утверждение, что некоторые приборы позволяют провести калибровку звучит эффектно, но, к сожалению, технически почти невозможно установить нужное значение. Даже при использовании одного и того же приложения на идентичных смартфонах результаты оценки отличаются.
Поэтому, к сожалению, приложения на самом деле не слишком помогают, даже в том, чтобы получить общее представление об освещенности. Более того, результат может оказаться кардинально противоположным и ввести пользователя в заблуждение.
Поэтому, если вам действительно понадобится измерить освещенность, воспользуйтесь люксметром, а телефон оставьте для звонков любимым.
