Датчик холла в смартфоне
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.
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 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.
Для осуществления правильной работы современных мобильных телефонов применяют различные функциональные блоки и датчики информирования. На их основе системы, высшие по иерархии, принимают решения о тех или иных действиях. Сегодня речь пойдёт об измерительном элементе, определяющем наличие магнитного поля, его интенсивность и изменение.
Выдающийся физик Эдвин Холл в США в конце XIX века открыл явление искривления пути носителей заряда в полупроводниках, пребывающих в магнитном поле. «Эффект» Холла обладает большими возможностями. С его помощью отслеживается ориентация экрана в пространстве, измеряется магнитная полярность в ракетных двигателях. Датчики отлично работают в бесконтактных выключателях и определителях уровня жидкости.
Для измерения напряжения магнитного поля используют 2 типа устройств: аналоговые и цифровые датчики. У первого вида индукция поля преобразуется в напряжение, где величина зависит от силы и полярности. У второго – при смене полярности и снижении индукции датчик отключает сенсорный экран.
Своё главное применение миниатюрный датчик нашёл в цифровых гаджетах для улучшения их позиционирования, в обеспечении быстрого старта GPS-навигатора. Отличительной особенностью данного устройства является разносторонняя направленность действия:
Конечно, это далеко не весь перечень положительных характеристик, присущих этому датчику.
Зачем датчик Холла нужен в смартфоне?
Сенсор, как высокочувствительная часть вещателя, располагается непосредственно под крышкой смартфона или планшета, что позволяет быстро реагировать на любые изменения в пространстве. За счёт работы датчика экономится заряд аккумулятора, улучшается взаимодействие телефона с магнитным чехлом и различными аксессуарами.
В телефонах типа «раскладушки» также используют датчики Холла. С их наличием упрощается работа по включению/выключению экрана во время открывания или закрывания защитной крышки. Аналогичное действие происходит у смартфона с магнитным чехлом, где сенсор молниеносно реагирует на изменения (приближения/удаления) магнитного поля на флипе и регистрирует его. Во время интенсивного излучения дисплей блокируется, при снижении – происходит его активация. При этом сам магнит, вмонтированный в флип чехла, нисколько не вредит смартфону.
Особенно эффект Холла характерен в чехлах с окошком в верхней части, где часть экрана остаётся открытой. В этом случае имеется возможность использовать отдельные функции (звонок, пропущенные вызовы, часы, проигрыватель), не открывая флипа. Магнитоэлектрическое устройство самостоятельно определит, оставить активным весь дисплей или частично. Аналогичным образом работает гаджет при использовании чехлов без «окошек».
При приобретении нового смартфона определить наличие или отсутствие датчика Холла можно самостоятельно.
Стоит отметить, что не все производители указывают его присутствие, поэтому нужно внимательно изучить краткий перечень характеристик. Устройство находят и другим методом, проанализировав чехлы к своему мобильному устройству. Например, на обложке Smart Case к смартфону или планшету на 100% имеется установленный датчик Холла. По аналогии проводится анализ других чехлов.
В начинке смартфонов имеются различные датчики (сенсоры), которые расширяют функциональные возможности мобильных устройств. В качестве примеров можно привести некоторые популярные сенсоры: реагирующие на положение в пространстве (акселерометр, гироскоп, GPS), термодатчик, пульсометр, гигрометр. Ниже описан датчик Холла, установленный в смартфоне, рассказано, что это за устройство и для чего оно нужно в мобильном устройстве.
Принцип работы датчика Холла (ДХ)
В 1879 году американский исследователь Эдвин Холл, проводивший измерения электрического тока в различных образцах, помещенных в магнитное поле, открыл эффект, названный впоследствии его именем. Магнитное поле, направленное перпендикулярно основному движению тока, отклоняет часть зарядов в поперечном направлении (действует сила Лоренца). Таким образом возникало холловское напряжение, что позволило создать различные сенсоры, обнаруживающие магнитное поле.
Широкое применение ДХ нашли в автомобилестроении и электродвигателях. Появление мобильных устройств расширило сферу применения этих магнитных сенсоров.
Что это такое и для чего
Плата с ДХ расположена в передней части, за экраном. Чем больше размер дисплея, тем больше возможностей холловского сенсора может быть использовано. Перечислим функции, которые появились в смартфонах благодаря наличию ДХ:
Виды датчиков Холла
Различают ДХ, которые с помощью дополнительной электроники (контроллеров) реализуют разную реакцию на магнитные полюса.
Как проверить наличие
Чтобы убедиться, что в конкретной модели присутствует ДХ, существует несколько вариантов тестирования.
В смартфонах и планшетах могут применяться сразу несколько датчиков, которые помогают устройству считывать дополнительную информацию.
Что это такое?
Датчик Холла, использующийся в современных мобильных устройствах, представляет из себя измерительный элемент, который способен определять наличие, интенсивность и изменение интенсивности магнитного поля. Датчик назван по имени американского физика Эдвина Холла, в честь которого был назван открытый в 1879 году «эффект Холла» — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.
Суть в следующем: если в магнитное поле поместить пластину под напряжением, электроны в пластине начнут отклоняться перпендикулярно направлению магнитного потока. Плотность электронов на разных сторонах пластины будет различаться, что в свою очередь приводит к разности потенциалов, которую улавливает датчик Холла.
Для чего нужен датчик Холла в планшете или смартфоне?
Сам по себе датчик обладает достаточно широкими возможностями, хотя обычно его применяют по своему прямому назначению, измеряя напряженность магнитного поля.
В частности, датчик используется в ракетных двигателях, в системе зажигания ДВС, для измерения уровня жидкости и т.п.
Встречается датчик и в современных мобильных устройствах, однако его возможности реализованы не в полной мере. Датчик фактически используется только в двух основных задачах.
Магнитные чехлы
Вы наверняка видели так называемые магнитные чехлы как для смартфонов, так и для планшетов. Они позволяют блокировать и разблокировать устройство при открытии/закрытии чехла.
Как это возможно? Установленный в устройстве датчик Холла реагирует на магнит, который расположен в самом чехле. Когда магнит расположен близко к устройству, датчик регистрирует усиление излучения, в результате чего блокирует дисплей. Такие чехлы часто имеют приставку Smart — «умный».
Когда пользователь открывает флип-чехол (чехол-книжка), датчик фиксирует уменьшение интенсивности излучения и разблокирует экран.
А что, если чехол имеет специальное окошко, в котором показывается информация, даже если чехол закрыт? В таком случае датчик Холла тоже используется — он дает команду на переключение между различными режимами работы дисплея, то есть выводит в окошко только определенную информацию, например, время, дату, уведомления. Пример такого чехла — от компании Samsung:
И кстати, если используется экран, созданный по технологии AMOLED, в силу особенности технологии показываемая информация в окошке практически никак не сказывается на расходе энергии аккумулятором.
Есть ли в моем смартфоне датчик Холла?
Есть с вероятностью в 99%. Большинство производителей указывают его в характеристиках к смартфону, но не всегда. В этом случае обратите внимание на аксессуары: если имеются умные магнитные чехлы, значит, датчик Холла в смартфоне точно имеется.
