Содержание
Современные гаджеты настолько многофункциональны, что владелец порой не догадывается о всех возможностях его девайса. Для того чтобы смартфон исправно выполнял поставленные перед ним задачи, а кроме того имел более широкий спектр возможностей, его оснащают различными примочками. Одна из таких – датчик Холла.
Датчик Холла (hall sensor) – прибор, фиксирующий наличие магнитного поля и измеряющий его напряженность. Другое его название – датчик положения. Работает это устройство на основе эффекта Холла, благодаря чему и получило свое название.
Зачастую в телефонах применяется более упрощенная версия устройства. Она призвана лишь определять наличие магнитного поля. Напряженность в таком случае не измеряется. Кроме того, если гаджет оснащен таким устройством, то в его составе также присутствует и магнитный датчик, что позволяет использовать гаджет в качестве компаса.
Зачем он нужен
Данный прибор используется во многих устройствах. Благодаря возможности бесконтактного измерения прибор чаще всего применяется в электродвигателях, в системе зажигания современных автомобилей, бесконтактных выключателях и т.п. Не обходится без него и любой достаточно современный смартфон, хотя полноценно раскрыть его потенциал невозможно по нескольким причинам:
- небольшой размер мобильного телефона;
- постоянная работа заметно уменьшает время работы от аккумулятора;
- нет особой необходимости.
Основная причина использования датчика Холла в смартфонах — это удобство при пользовании GPS-навигатором и его взаимодействие с «умным» чехлом телефона.
Как работает датчик Холла
Во время изучения свойств электрического тока Эдвин Холл (ученый, давший название открытому им эффекту) заметил прямую зависимость между током и магнитным полем. Если элементы электрической цепи помещались в зону действия магнитного поля, то напряжение тока в проводнике изменялось в зависимости от интенсивности излучения.
Различают два вида этого датчика:
- Аналоговый. Такое устройство по праву имеет статус классического, так как появилось первым. Но в настоящее время используется мало из-за своих немаленьких размеров и устаревшей конструкции.
- Цифровой. Более современный вариант, который работает только в двух положениях – магнитное поле есть, либо его нет.
Стоит отметить, что цифровой вид бывает униполярным или биполярным. Первый вариант срабатывает только при повышении магнитного поля, а при его ослабевании выключается. Второй реагирует на полярность. Простыми словами одна полярность его включает, другая выключает.
Как проверить датчик Холла
Так как датчик Холла реагирует на изменения магнитного поля проверить его работу в телефоне можно при помощи обычного магнита (достаточно даже маленького кусочка). При поднесении его к включенному устройству экран должен погаснуть. Устройство сработало и подало команду на блокировку девайса. При повторном поднесении телефон разблокируется.
Наличие в телефоне
Чтобы удостовериться в наличии датчика Холла в своем гаджете проще всего воспользоваться прилагаемой инструкцией к телефону или сайтом производителя. Но бывает такое, что не каждый производитель указывает его наличие. Тогда можно проверить выпускаются ли к конкретному девайсу умные обложки и чехлы, имеющие магнитную застежку. Если да, то такой гаджет скорее всего им оснащен.
Чехол с магнитом – влияние на экран телефона
Устройства, к которым выпускаются так называемые «умные» чехлы обладают интересной особенностью. При закрытии/открытии экран смартфона блокируется/разблокируется соответственно. Работу этой функции в смартфоне и обеспечивает датчик Холла. Принцип действия очень простой: происходит срабатывание на приближение либо удаление магнитика, встроенного в крышку чехла. Регистрируя изменения, подается команда на блокировку/разблокировку экрана.
Резюмируя вышесказанное стоит отметить, что хоть данное устройство и привносит некоторое удобство при пользовании смартфоном, однако частое его использование существенно снижает заряд батареи. Именно поэтому многие производители ограничиваются лишь функцией взаимодействия с «умной» обложкой девайса.
Владимир Нимин
Продолжаем разбираться в устройстве смартфона. В прошлый раз смотрели экраны, а сегодня поговорим про датчики.
Акселерометр, также называют G-сенсор. Официальное определение гласит, что это устройство, измеряющее проекцию кажущегося ускорения. А если простым языком, то акселерометр помогает смартфону определить положение в пространстве, а также расстояние перемещения. Основные функции акселерометра:
- Автоповорот ориентации экрана;
- Также акселерометр можно настроить так, чтоб он реагировал на жесты и действия. Например, потрясти смартфон или перевернуть экраном вниз, чтоб заглушить вызов;
- Ещё акселерометр помогает считать шаги и помогает ориентироваться на картах (Google Maps и прочих)
Акселерометр – это громоздкое устройство, внутри которого находится инертная масса, реагирующая на все перемещения. Такой вариант для смартфона не подходил, поэтому придумали чип, имеющий кристаллическую структуру, пьезоэлектрический элемент и сенсор ёмкостного сопротивления. Когда смартфон перемещается/вращается, то пьезоэлектрический элемент выдаёт разряды, а сенсор их интерпретирует, таким образом определяя положение и скорость.
Акселерометр – базовый датчик, который есть в любом, даже самом дешевом, смартфоне. Хотя это на удивление технически сложный продукт. В смартфонах акселерометр понимает движения по 3 осям. Третья нужна для 3D позиционирования. К слову, акселерометр есть и во всех современных автомобилях, но там он обычно двухосевой (ибо автомобиль не крутится в воздухе).
Не все акселерометры одинаковые. Их делают из разных материалов. Соответственно, некоторые более чувствительные, некоторые менее.
Гироскоп – это один самых классных датчиков, о полезности которого для смартфонов долгое время никто не подозревал, пока на сцену не вышел Стив Джобс и не объяснил, как оно должно быть. Посмотрите презентацию этой шикарной функции, и как зал взорвался от восторга.
Не следует путать гироскоп и акселерометр. Эти датчики частично дублируют и дополняют друг друга. Гироскоп также служит для отслеживания положения устройства в пространстве, но он делает это путем определения собственного угла наклона относительно земной поверхности. Это очень важно, так как это означает, что в условиях нулевой гравитации, вы не сможете поиграть в Asphalt 9, используя в качестве управления наклоны устройства. Будьте внимательны!
Гироскоп (в отличие от акселерометра) не может измерять проделанное расстояние, зато гораздо точнее определяет положение в пространстве. Для понимания посмотрите, пожалуйста, видео со Стивом Джобсом выше. Начиная с времени 1:10 Джобс показывает, как определяет положение объекта в пространстве акселерометр и как гироскоп.
Обычно в современных смартфонах оба датчика работают в тандеме. Гироскоп важен для игр, дополненной реальности, а также ряда других приложений. Нередко в дешевых смартфонах производитель предпочитает экономить на гироскопе.
Датчик приближения (proximity sensor). Как видно из названия, это датчик, который помогает определить наличие перед ним объекта. Самый простой пример – это отключение экрана, когда смартфон подносят к уху. Также датчик приближения исключает фантомные включения экрана, когда смартфон находится в сумке или кармане. Такой датчик может сам или в комбинации с фронтальной камерой отслеживать движения рукой над экраном для выполнения каких-либо функций. Например, пролистывание странички в браузере и тому подобное. Существует множество технологий датчика приближения. Он может работать по типу радара, сонара, эффекта Доплера, есть инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент.
Базовый датчик приближения, отключающий экран при поднесении к уху, есть, кажется, уже во всех смартфонах. Но продвинутость датчика можно оценить по наличию дополнительных функций.
Датчик освещения – здесь всё просто и понятно. Такой датчик помогает автоматически выставить яркость экрана. Датчик освещения уже считается базовым датчиком, но в дешевых смартфонах на нем могут сэкономить. И тогда придется каждый раз выставлять яркость вручную.
Современный датчик освещения обычно работает в комбинации с ИИ смартфона. Например, если датчик выставил определенную яркость, а вы его вручную поправили, то смартфон возьмёт на заметку и в следующий раз самостоятельно сделает экран поярче. Соответственно, всегда давайте датчику освещения освоится и подстроиться под ваши привычки прежде, чем осуждать его работу.
Датчик Холла – один из самых таинственных датчиков в смартфоне, ибо мало кто знает, зачем он нужен. Датчик, основанный на, так называемом, эффекте Холла, фиксирует магнитное поле и измеряет его напряженность. Говоря языком физики: электроны в проводнике всегда перпендекулярны (угол 90 градусов) направлению магнитного поля. Плотность электронов на разных сторонах проводника будет отличаться, возникает разность потенциалов, которую и фиксирует датчик Холла.
Но в смартфонах используется упрощенный датчик Холла, фиксирующий только наличие магнитного поля.
Обычно датчик Холла нужен для дополнительных аксессуаров. Например, именно он включает экран iPad, когда пользователь снимает магнитный чехол. Кстати, в этой функции датчик приближения вполне может подменить датчик Холла.
Также датчик Холла работает в паре с компасом, делая работу последнего более точной.
Компас (магнитомер) – это очень важный датчик, даже если вы не занимаетесь спортивным ориентированием. Именно компас отвечает за то, что на Google Maps пользователь видит не просто точку, а стрелочку, указывающую в какую-сторону вы смотрите.
Когда компас откалиброван, то отображение направления узкое. Чтобы откалибровать компас, откройте карты Google и крутите смартфон «восьмеркой»:
Барометр – обычно наличием подобного датчика могут похвастаться только флагманы. Барометр ассистирует GPS и помогает определить высоту. Наличие такого датчика полезно, так как на Google Maps уже появляются схемы зданий, и барометр определит на каком этаже вы находитесь. Также барометр используется в приложениях, определяющих физическую активность. Суть такая же: определить, сколько этажей вы прошли.
Датчик влажности – когда-то такой датчик был в Samsung Galaxy Note 4, а потом Samsung от него отказались. Роль очевидная. Датчик определяет уровень влажности.
Датчик сердцебиения/датчик кислорода в крови – ещё один фирменный датчик от Samsung, но он есть и во многих фитнес-браслетах. Работает совместно с LED-вспышкой. Прикладываете палец, LED светит вам свозь палец, а датчик измеряет, как отражаются световые волны. Волны отражаются по-разному в зависимости от пульса: кровеносные сосуды, то сужаются, то расширяются. По этому же принципу работает и функция определения кислорода в крови.
GPS – глобальная система позиционирования. По сути, это даже не датчик, а наличие у смартфона возможности коммуницировать со спутниками благодаря или отдельному, или мульти-чипу, поддерживающему сразу несколько систем. Сейчас у каждой развитой страны, есть своя система спутников. ГЛОНАСС в России, Galileo в Европе, BDS (или BeiDou) в Китае, QZSS (или Quasi-Zenith Satellite System) в Японии. Можно скачать программу GPS Test, которая покажет, какие спутники видит ваш смартфон. Например, на скриншоте ниже отображаются флаги GPS, ГЛОНАСС и Galileo.
GPS прекрасная технология, но медленная (пока там все спутники найдешь и опросишь) и потребляющая много энергии и хорошо работающая на открытой местности, поэтому была придумана ещё A-GPS (Assisted GPS). Принцип основан на том, что пока GPS ищет спутники, смартфон успевает опросить сотовые вышки, Wi-Fi сети, Bluetooth устройства на предмет местонахождения. Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта, а также снижается расход энергии.
Двухдиапазонный GPS. Поддержка этой опции появилась в устройствах начbfz с Android 7 и старше. iPhone так не умеет.
Обычно спутники посылают два сигнала: грубый и точный. Если говорить про GPS, то это каналы L1 и L5, а у Галилео это E1 и Е5. L1 – это грубый канал. В городе любой сигнал достигает до спутника не только напрямую, но и отражаясь от сторонних объектов (например, зданий), то есть к спутнику прилетает сразу несколько сигналов. Соответственно, и возвращается он также не один, и образуется примерная область нахождения, где все вернувшиеся сигналы пересекаются. Ещё есть точный канал L5. Этот канал гораздо меньше подвержен искажением, так как работает по принципу: Первый достигший спутника сигнал и есть верный (ведь он идет по самому короткому пути, а не через отражения), а остальные можно игнорировать.
Раньше L5 принадлежал только военным и спец объектам, но теперь спутников в небе стало много, и L5-спутников хватит на всех, поэтому было решено поделиться.
Вместо заключения
Счётчик Гейгера – самый неожиданный датчик, правда? Это японская тема. И насколько есть информация в интернете, такой датчик был только в телефоне Sharp Pantone 5, который вышел после аварии на атомной станции Фукусима-1.
Современный смартфон должен иметь на борту: акселерометр, гироскоп, датчик приближения и освещения. Также обязательно наличие компаса. Если без гироскопа можно обойтись, то точка на карте без направления раздражает. A-GPS уже есть во всех смартфонах. Отлично если GPS будет работать в двух диапазонах. Шикарно, если будет барометр.
Современные смартфоны могут оборудоваться различными микроконтроллерами. Не обошли стороной производители и датчик Холла. Как работает устройство — да очень просто! Если к проводнику подвести постоянный ток и поместить его в магнитное поле, то возникнет разность потенциалов, или напряжение. Этот эффект обнаружил в 1897 году учёный Эдвин Герберт Холл. Основываясь на этом свойстве, был сконструирован прибор, названный в честь изобретателя.
Датчик Холла — это устройство, регистрирующее напряжённость магнитного поля, иными словами, определитель его наличия. Микроконтроллеры выпускаются как в цифровом виде, так и аналоговом. Цифровой основан на преобразовании индукции поля в напряжение, аналоговый реагирует на изменение полярности. Благодаря своим малым размерам широкое применение датчики Холла, магнитные в частности, получили в оснащении мобильных телефонов. Зачем он ставится в смартфоны, рассмотрено ниже.
Назначение датчика Холла
С его помощью улучшается позиционирование устройства, увеличивается скорость старта GPS-навигации. Не последнюю роль он играет в энергосбережении. Хоть прибор и имеет большие возможности применения, в мобильных устройствах в основном используется для решения таких задач:
- улучшение позиционирования по отношению к горизонту земли;
- на его основе работает компас устройства;
- включение и отключение экрана при взаимодействии с магнитом.
Микроконтроллер обладает высокой чувствительностью, для чего в смартфоне датчик Холла размещается на лицевой стороне гаджета. Это даёт возможность быстро и безошибочно реагировать на изменения магнитного поля. Хочется отметить, что микроконтроллер применяется не только в смартфонах, но и также телефонах вида «раскладушка».
Взаимодействие с чехлами
Благодаря встроенному прибору обеспечивается включение экрана при открытии крышки и выключение при закрытии. Для чего в смартфоне датчик Холла и ставится на лицевой стороне, позволяя использовать специальные чехлы. Датчик реагирует на изменение магнитного поля вызванного миниатюрным магнитом, вшитым в сам чехол. При приближении магнита — закрытии крышки чехла — экран блокируется, при обратном действии — активируется.
Таким образом, устройство работает как магнитометр, регистрируя магнитное поле. Работая по упрощённому принципу, датчик реагирует на силу воздействия постоянного магнита, а не сравнивает напряжённость магнитного поля по осям.
Магнитный чехол — это аксессуар, похожий на книжку, он полностью закрывает переднюю и заднюю сторону смартфона. Такое устройство препятствует появлению царапин на экране и защищает при падении. Характеризуется тем, что имеет встроенный магнит. Особую популярность получили чехлы с окошком, получившие название flip cover. У этого вида чехла сделано специальное окошко из прозрачного пластика, отображающее определённый участок.
На этом участке отображается такая информация:
- текущее время;
- погода;
- уведомления;
- активная кнопка для осуществления и приёма звонков и т. п.
Подобная функциональность и обеспечивается рассматриваемым устройством. Магнитные поля через него определяют, активировать экран или нет. Магнит, вмонтированный в чехол, не оказывает негативного влияния на сам телефон.
Цифровой компас
Компас используется не только по своему прямому назначению, то есть определению сторон света, но и для программ навигации. Наличие микроконтроллера улучшает позиционирование, увеличивая точность. Таким образом, датчик участвует в GPS навигации, помогая отображению информации о направление движения владельца смартфона. Эта способность используется и в некоторых играх, таких как Pokemon Go и аналогичных.
Работа функции автоповорота, коррекция изображения
Автоматический поворот экрана — это функция, которой оборудован любой телефон на системе Андроид. Большинство пользователей не представляют без него работу: в зависимости от положения смартфона в пространстве изображение всегда располагается с правильной стороны.
Микроконтроллер Холла обеспечивает и коррекцию изображения. Реализуется автоматическая коррекция в режиме «фотокамера» или при изменении времени суток.
Определение и калибровка датчика
Калибровка в первую очередь необходима для использования датчика как магнитометра. Существует возможность его откалибровать через инженерное меню, здесь же осуществляется и блокировка датчика Холла. Вход в меню происходит согласно документации на используемый смартфон. Обычно в свободном доступе такую информацию найти трудно, поэтому проще и безопаснее провести настройку из приложения, которое его применяет. Для этого необходимо найти в настройках пункт «Калибровка» и точно выполнить все указания.
Производители смартфонов не всегда указывают все датчики, которыми оборудован телефон. Определить наличие рассматриваемого устройства можно самостоятельно. Для этого поднесите магнит к лицевой части телефона: микроконтроллер деактивирует экран. Если магнит убрать, экран снова включится.
Микроконтроллер — полезное внедрение в мобильный телефон, наличие датчика добавляет полезные функции смартфону и делает его энергоэкономичным. При рассмотрении датчика Холла необходимо отметить, что из-за малых размеров смартфонов его способности не могут быть полностью реализованы. Но не исключено появление новых возможностей его применения в будущем.