Vaatasite YouTube'is portreerežiimis videot ja ekraani kinnisvarast ei piisanud. Selle probleemi lahendamiseks tegite seda, mida teeks iga nutitelefoniga inimene. Pöörake telefon külili.
Niipea kui te seda tegite, haaras video kogu ekraani ja kõik menüüvalikud olid nähtamatud, kuid kuidas teie telefon selle orientatsioonist teadis?
Noh, lisaks suurele värskendussagedusele ja suurepärasele kasutajaliidesele on teie telefonil mitu andurit, mis tuvastavad selle ruumis orientatsiooni, kuid kuidas need andurid töötavad?
Looduse põhijõudude mõistmine
Kuigi vihma ajal on tunda tuult näol ja vett kätel, on see, mida sa ei tunne, looduse põhijõud.
Need jõud hõlmavad gravitatsioonijõudu ja elektromagnetilist jõudu. Kuigi need jõud on immateriaalsed, mõjutavad nad kõike, mida me teeme. Tegelikult tuvastab teie nutitelefoni ekraan teie sõrme tuvastamiseks väikesed muutused elektromagnetilistes jõududes. Mitte ainult see, vaid ka teie kehakaal on määratletud gravitatsioonijõudude tõttu.
Lihtsamalt öeldes rakendab gravitatsioon objektidele jõudu, mis põhjustab nende kiirenduse kiirusega 9,8 m/s ^ 2. Tänu sellele kiirendusele kukuvad asjad viskamisel maapinnale tagasi.
Teisest küljest ei saa elektromagnetilist jõudu tunda nagu gravitatsioonijõude. See tähendab, et kui asetaksite kompassi ükskõik kuhu maailmas, tuvastaks see selles piirkonnas Maa magnetvälja ja joonduks end põhjapoolusega.
Kuigi elektromagnetilised jõud on võimaldanud mitmeid tehnoloogilisi edusamme, ei ole need kõik head elektromagnetiline kiirgus suurtes annustes võib see olla inimkehale ohtlik.
Nutitelefoni anduritehnoloogia mõistmine
Teie nutitelefoni andurid tuvastavad muutusi loodusjõududes, et mõista selle orientatsiooni ruumis, kuid kuidas need andurid töötavad?
Noh, teie nutitelefonil on tuhandeid andureid selle emaplaadil, vaid kolm peamist anduritüüpi, mis võimaldavad teie telefonil tuvastada muutusi selle orientatsioonis.
Need orientatsiooni tuvastamise andurid kasutavad loodusjõudude mõõtmiseks mikroelektromehaanilisi süsteeme (MEMS). Andmete mõõtmiseks kasutavad MEMS-seadmed elektrisignaali genereerimiseks räni sisseehitatud mehaanilisi osi. Neid signaale kasutades tuvastab nutitelefon muutused sellele mõjuvates jõududes.
Allpool on lühike selgitus nende andurite toimimise kohta.
- Kiirendusmõõtur: Nagu nimigi ütleb, kasutatakse nutitelefoni kiirenduse muutuste tuvastamiseks kiirendusmõõturit. Nende muutuste tuvastamiseks kasutab kiirendusmõõtur inertsiseadust, mis ütleb, et puhkeasendis olev keha jääb puhkeolekusse seni, kuni välisjõudu ei rakendata. Selle kontseptsiooni kasutamiseks riputatakse MEMS-anduri vedrutaoliste konstruktsioonide vahele fikseeritud mass. Seetõttu püsib fikseeritud mass paigal ka telefoni kiirendamisel vedrusid kokku suruva inertsi tõttu. See vedru kokkusurumine genereerib elektrilise signaali, mis annab nutitelefonile teada, et seda kiirendatakse.
- Güroskoop: Güroskoop jälgib teie nutitelefoni pöörlemisjõude. See pöörlemine mõõdab nutitelefonile mõjuvat Coriolise jõudu, et hinnata, kui palju see on oma raskuskeskme ümber pöörlenud. Lihtsamalt öeldes mõjub Coriolise jõud selle pöörlemise tõttu mis tahes kehale pöörleva objekti sees. Güroskoop kasutab kiirendusmõõturiga sarnast konstruktsiooni, kuid seda on muudetud, et tuvastada muutused nutitelefoni pöörlemisel.
- Magnetomeeter: Maa tuumas voolavate voolude tõttu haarab selle endasse magnetväli. Nende väljade tuvastamine aitab nutitelefonil mõista oma orientatsiooni Maa magnetvälja tõelise põhjaosa suhtes. Nutitelefonid on nende muutuste tuvastamiseks varustatud kolmeteljelise Halli efekti anduriga. See andur kasutab magnetvälja tuvastamiseks Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadusi. Selle seaduse kohaselt tekitab voolu juhtiv juht elektromotoorjõu, kui seda ümbritsev magnetväli muutub. Nende pingemuutuste tõttu saab andureid kasutada selle orientatsiooni tuvastamiseks Maa magnetpooluste suhtes.
Nüüd, kui meil on põhiteadmised oma nutitelefonide anduritest, saame vaadata, kuidas need koos töötavad teie nutitelefoni asukoha tuvastamiseks.
Kuidas teie telefon teab, millal ekraani pöörata?
Nagu varem selgitatud, suudab kiirendusmõõtur tuvastada muutusi kiirenduses, kuid ainult neid andmeid ei saa kasutada nutitelefoni orientatsiooni tuvastamiseks. Põhjus on selles, et kiirendusmõõturile mõjuvad alati gravitatsioonijõud ja anduril on raske tuvastada, millal kiirenduse muutused on mõeldud nutitelefoni pööramiseks.
Nutitelefonid kasutavad selle probleemi lahendamiseks andurite liitmist, mis võimaldab erinevatel anduritel üksteisega suhelda. Telefoni orientatsiooni tuvastamiseks suhtleb kiirendusmõõtur güroskoobi ja magnetomeetriga.
Seega, kui telefon pöörleb, tuvastab kiirendusmõõtur kiirenduse muutused ja seejärel suhtleb güroskoopiga. Tänu sellele suhtlusele saab nutitelefon aru, kas kiirenduse muutused on mõeldud pöörlemiseks.
Sellegipoolest on güroskoop vastuvõtlik vigadele, kuna see ei suuda arvestada nutitelefonile mõjuvate gravitatsioonijõududega. Seetõttu on nutitelefoni orientatsiooni muutuste tuvastamiseks vaja kolmandat andurit. See andur pole keegi muu kui teie seadme magnetomeeter.
Seda magnetomeetrit kasutatakse nutitelefoni asukoha muutuste tuvastamiseks Maa magnetvälja suhtes. Neid andmeid koos kiirendusmõõturi ja güroskoobi andmetega kasutatakse otsustamaks, kas ekraan peab olema vertikaal- või horisontaalrežiimis.
Kas sensortehnoloogia on tulevik?
Kiirendusmõõtur, güroskoop ja magnetomeeter tuvastavad inertsi ja elektromagnetilise induktsiooni seadusi kasutades muutusi looduse põhijõududes.
Nutitelefonid kasutavad neid põhiseadusi, et võimaldada selliseid funktsioone nagu autorotatsioon ja optiline pildistabilisaator. Sellegipoolest pakuvad nutitelefonid nüüd uuenduslikke funktsioone, kombineerides erinevate andurite andmeid.
Selle suurepäraseks näiteks on Apple'i seadmetes kokkupõrketuvastuse väljalaskmine, mis võimaldab nende andurite andmetel õnnetusi tuvastada ja hädaabiteenistusi hoiatada.