Гироскоп в телефоне как работает

Мы редко задумываемся о том, чем напичкан наш смартфон. Раньше мы использовали его только для звонков и SMS, теперь же смартфоны стали меньше и быстрее ноутбуков и компьютеров. Современные смартфоны богаты на самые разные сенсоры и умные датчики, которые помогают пользоваться нам самыми простыми функциями. Датчики и сенсоры очень чувствительны к внешним изменениям. Поворачиваете смартфон горизонтально, а экран ориентируется вместе с вами? Значит, стоит поблагодарить гироскоп, установленный в вашем устройстве. Кстати, благодаря гироскопу существует VR и все, что с этим связано. Рассказываем, как работает гироскоп, зачем он нужен, как его откалибровать на Android, чем отличается гироскоп от акселерометра.

Что такое гироскоп

Гироскоп — это устройство, которое помогает определить положение тела в пространстве. Изобретен он был достаточно давно, еще в 1817 году, а повсеместное применение находит до сих пор. Аналоговый гироскоп состоит из вращающегося вокруг вертикальной оси ротора-волчка, которая меняет положение в пространстве, а скорость вращения волчка превышает скорость поворота оси его вращения. Из-за этого волчок сохраняет свое положение независимо от сил, действующих извне. Для точного определения положения в пространстве такие нехитрые приборы используются в самолетах, ракетах, квадрокоптерах, планшетах и смартфонах.

Как работает гироскоп в смартфоне

Гироскоп в смартфонах и других умных устройствах сильно отличается от обычных, хоть и выполняет ту же функцию. Механическая энергия в нем преобразуется в электрическую, что формируется в в алгоритм работы. В умных устройствах гироскоп представляет собой подвижные вещества, которые смещаются под наклоном, меняя электрическую емкость конденсаторов, связанную с процессором вашего смартфона. Самый просто вариант гироскопа выглядит как две подвижные единицы, которые меняют положение и посылают сигнал датчикам. При повороте устройства двигается и весь гироскоп, который посылает сигнал об изменившемся местоположении. Благодаря этому нехитрому устройству вы можете встряхивать смартфон и переворачивать, чтобы работали интересные фичи, встроенные в операционную систему вашего смартфона. Если вы планируете пользоваться устройством с VR, например, очками или шлемом, то гироскоп будет играть в этом важную роль, отслеживая повороты головы и направляя виртуальный взгляд именно туда, куда направлен ваш взор. Что еще интересного скрывает VR? Читайте наши материалы в Яндекс.Дзен — пишем то, о чем еще никто не знает!

Чем гироскоп отличается от акселерометра

Если вы любите иногда играть на смартфоне, то эти два датчика делают вашу жизнь гораздо проще. Они оба предназначены для того, чтобы определять положение гаджета в пространстве. Если гироскоп высчитывает угол наклона вашего смартфона относительно поверхности, передавая информацию в операционную систему, то акселерометр очень точно вычисляет ускорение. Именно поэтому наши смартфоны неплохо справляются с функцией шагомеров. Данные будут плюс-минус точными: можете попробовать сравнить их с данными ваших умных часов или фитнес-браслета, отличия будут незначительными. В современных смартфонах устанавливают и гироскоп, и акселерометр, что помогает избежать случайных поворотов экрана при его перемещении. Что еще интересного хотите узнать о смартфоне? Пишите нам в Telegram-чате!

Что еще почитать: Какую камеру наблюдения купить для дома

Как проверить гироскоп в смартфоне

Все современные смартфоны оборудованы этими датчиками. Но если вам интересен принцип их работы, то есть отличный способ.

• Откройте приложение YouTube
• Найдите в поиске любое видео, которое поддерживает просмотр в режиме 360 градусов
• Попробуйте покрутить телефон. Если изображение меняется относительно угла наклона, то гироскоп работает нормально
• Если ничего не меняется, проверьте, не выключена ли функция автоповорота экрана
• Проверить этот датчик можно и в играх с дополненной реальностью. Самый простой пример — игра Pokemon Go

Проверить наличие и работоспособность устройств можно также в приложении AIDA64. Устанавливаете приложение и получаете информацию в разделе «Датчики» обо всех установленных комплектующих в вашем смартфоне.

Как откалибровать гироскоп на Android

Гироскоп — это самостоятельный датчик, который невозможно настроить самостоятельно. Он есть во всех смартфонах и включить/отключить его нельзя, он всегда работает. В этой ситуации возможно лишь настроить или откалибровать акселерометр. Например, включить или выключить функцию поворота экрана.

Для калибровки акселерометра используется стороннее приложение Accelerometer Calibration. Мобильное устройство кладется на ровную поверхность, а когда показывающий равновесие шарик окажется в прицеле, надо нажать кнопку «Calibrate».

Гироскоп — это один из важнейших датчиков наряду с датчиком освещенности. Он помогает пользоваться навигацией, меняя положение телефона. Без него не работал бы автоповорот экрана,

Одним из датчиков, который отвечает за множество полезных функций в современном смартфоне, является гироскоп. Слово состоит из двух древнегреческих: «гирос», что значит «вращение» и «скопео», что означает «наблюдаю». Изобрел гироскоп в начале 19-го столетия немецкий математик Иоанн Боненбергер. А уже в 1852 году французский физик Леон Фуко усовершенствовал устройство и впервые использовал его как прибор, показывающий направление вращения Земли.

Что такое гироскоп?

Самыми простыми примерами гироскопа в классическом «доцифровом» виде являются известные нам игрушки волчок и юла — при вращении они сохраняют свое устойчивое положение относительно оси вращения. В более сложном — гироскоп в так называемом кардановом подвесе (по имени итальянского математика Джероламо Кардано, подробно описавшего устройство подвеса еще в 16-ом веке).

Он представляет собой следующую конструкцию: вращающийся ротор закреплен во внутреннем кольце, которое может вращаться вокруг горизонтальной оси. Внутреннее кольцо с ротором, в свою очередь, закреплено на наружном кольце, которое вращается вокруг вертикальной оси и закреплено на раме гироскопа, благодаря чему ось ротора может поворачиваться в любом направлении вокруг некоторой неподвижной точки. При этом, как бы не поворачивалась рама гироскопа, ось ротора при вращении сохраняет свое неизменное направление в пространстве.

Благодаря этому свойству с помощью гироскопа можно определять точное расположение предметов в пространстве, а также измерять углы их отклонения относительно плоскостей.

Устройство нашло применение в судоходстве в качестве гирокомпаса, затем было успешно задействовано в авиационной отрасли для определения положения летательного аппарата относительно земной поверхности в виде авиагоризонта, а позднее перекочевало и в космонавтику. Гироскопы функционируют в бытовой технике и в мобильных гаджетах. Так зачем же он нужен в смартфонах и какие функции выполняет?

Как работает гироскоп в смартфоне?

Гироскоп с современном смартфоне представляет собой миниатюрный датчик (микрочип), автоматически меняющий ориентацию экрана гаджета на основании полученной информации о его положении в пространстве.

Всякий раз, когда мы наклоняем, поворачиваем или перемещаем мобильное устройство, он отслеживает и рассчитывает изменения углов наклона относительно оси, и, при необходимости, компенсирует и стабилизирует эти изменения. Технически такой гироскоп — это преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Размеры датчика составляют не более нескольких миллиметров, при этом в нем присутствуют механическая и электронная части одновременно.

«Пионером» в использовании гироскопов стала компания Apple, которая оснастила таким чипом свою разработку iPhone 4, за счет чего были существенно расширены функциональные возможности устройства. Пользователи получили возможность читать с экрана не только в вертикальной, но и в горизонтальной ориентации, листать страницы вместо скроллинга и даже переключать музыкальные треки, просто встряхивая гаджет. Затем гироскопом оснастили свои разработки и другие производители мобильных устройств.

Какие функции выполняет гироскоп в смартфоне?

В мобильных телефонах гироскоп обычно работает в паре с акселерометром. За счет такого взаимодействия повышается чувствительность гаджета к любому наклону или повороту. Пользователи могут на практике оценить все полезные функции гироскопа при работе с устройством:

Ориентация экрана

Первая, и самая известная функция гироскопа, как уже упоминалось выше, это автоматическая смена вертикальной и горизонтальной ориентации экрана, в зависимости от его поворота. Например, просмотр видео и фото более удобен в горизонтальной ориентации, равно как и их перемотка, перелистывание и прочие функции. Поворот экрана может потребоваться при работе со смешанным контентом, текстовыми документами и чтении электронных книг.

Геолокация в пространстве

При работе с электронными картами гироскоп помогает определять точное местоположение на местности и направление движения. Пользователь поворачивает карту в нужную сторону, задействуя GPS-навигацию и ориентируясь на местности. С поворотом устройства будет поворачиваться и карта.

Мобильные игры и виртуальная реальность

Гироскоп в сочетании с акселерометром дают неограниченные возможности для поклонников мобильных игр, добавляя удобство и визуальную реалистичность. Чтобы навести прицел в стрелялке, эффектно войти в поворот в автогонках, направить свой взгляд в определенную точку в симуляторе, бродилке или другой вашей любимой игре, теперь нет необходимости нажимать кнопки на экране или делать жесты — достаточно лишь изменить положение своего гаджета в руках или повращать устройство в пространстве.

Без гироскопа в смартфоне не обойтись при использовании шлема виртуальной реальности и в играх с дополненной реальностью. Датчик потребуется для отслеживания поворотов головы, а ваш виртуальный взгляд будет направлен в ту сторону, в которую смотрят ваши глаза.

Встряхивание

После установки специальных приложений в смартфоне становится доступна функция встряхивания, которую можно настроить для совершения многих полезных действий. С помощью встряхивания можно, к примеру, отвечать на звонки, просматривать фото и изображения, переворачивать страницы электронной книги и даже переключать музыкальные треки в плеере.

Работа с приложениями

Гироскоп является незаменимым помощником в работе многих приложений. К примеру, в горизонтальном калькуляторе пользователю доступен более широкий выбор математических и тригонометрических функций, чем в вертикальной ориентации того же приложения. Или, допустим, смартфон можно использовать в качестве строительного уровня, предварительно установив одно из специальных приложений.

Датчик может использоваться с любыми сторонними и встроенными приложениями, которые применяют в своей работе наклон устройства – навигационными и строительными программами, 3D-играми и другими.

Как узнать, есть ли гироскоп в смартфоне?

После того, как мы узнали что такое гироскоп и какие функции он выполняет в смартфоне, самое время выяснить установлен ли он в ваш гаджет или нет? Самый простой способ сделать это — изучить технические характеристики устройства на официальном сайте производителя, или посетить один из специализированных сайтов-агрегаторов технических данных мобильных устройств, к примеру https://www.devicespecifications.com/ru. Если такой информации там нет, то можно использовать следующие приложения:

AnTuTu Benchmark

Программа предназначена не только для проверки и тестирования производительности мобильных устройств, но также показывает их характеристики, наличие и названия установленного в них оборудования. Установите приложение на смартфон и зайдите в раздел «Мое устройство», затем проскрольте немного вниз и во вкладке «Датчики» вы увидите данные всех датчиков вашего устройства:

При отсутствии датчика в смартфоне напротив пункта «Гироскоп» вместо его названия будет указано «Не поддерживается».

Sensor Sense

Другой вариант проверки — установка специализированного приложения Sensor Sense. Оно выводит не только список всех установленных датчиков, но и их показания. После установки программы смотрим, есть ли в списке датчиков гироскоп:

AIDA64

Ещё один прекрасный инструмент для проверки данных и сведений о конфигурации устройства это AIDA64. Какие датчики и сенсоры есть в смартфоне можно узнать на вкладке «Датчики» приложения:

Ролики YouTube с пометкой «360˚»

Интересным визуальным способом определения наличия гироскопа в устройстве является просмотр роликов с пометкой «360˚» в приложении YouTube. Для этого введите в его поисковую строку запрос «360 видео», запустите один из результатов поиска и следуйте дальнейшим инструкциям на экране. Если для управления взглядом вам будет достаточно поворота смартфона, то можете быть уверены, что гироскоп в смартфоне есть, при его же отсутствии — только жестом пальца по экрану:

Возможные недостатки

Иногда функция гироскопа может мешать пользователю — если устройство чутко реагирует на изменения его положения, например при чтении электронной книги изменяется ориентация страницы. Если такое поведение датчика мешает, то в таких случаях можно отключить автоматический поворот экрана в настройках смартфона:

Функциональные возможности современных мобильных телефонов давно вышли за рамки совершения звонков и обмена текстовыми сообщениями SMS. Смартфон сегодня это универсальный гаджет, начиненный всевозможными сенсорами. Имеются во многих моделях и специфические датчики, с помощью которых телефон может определять свое положение в пространстве. Примером таких чувствительных устройств являются гироскоп и акселерометр.

Что такое гироскоп и для чего он нужен, принцип работы

Начнем с того, что гироскоп – это механическое или электромеханическое устройство, способное определять собственный угол наклона относительно земной поверхности. Если сравнивать его с другими подобными устройствами, изобретен он был относительно поздно, а именно в 1817 году. Основной элемент конструкции гироскопа представляет собой вращающийся вокруг вертикальной оси ротор-волчок, причем его ось может изменять положение в пространстве, а скорость вращения волчка значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Благодаря этому волчок всегда сохраняет свое положение независимо от действующих на него извне сил, в чём и заключается весь принцип работы гироскопа.

Первоначально это нехитрое устройство использовалось в качестве учебного пособия. Практическое применение ему нашли только спустя 60 лет, когда инженер Обри додумался устанавливать его в торпеды для стабилизации их курса. Сегодня это полезное изобретение, будучи многократно усовершенствованным, широко применяется в самых разных механизмах. Для точного определения положения в пространстве гироскопы используются в морских судах, самолетах, космических аппаратах, ракетах, симуляторах, радиоуправляемых устройствах вроде квадрокоптеров и, конечно же, в смартфонах.

Как устроен гироскоп в смартфоне, отличие гироскопа от акселерометра

Естественно, гироскоп в смартфоне существенно отличается в плане конструкции от классических гироскопов, хотя и служит той же цели. Механическая энергия в нём преобразуется в электрическую, формирующую последовательность битов – бинарный код, лежащий в основе всех компьютерных программных систем. Никаких вращающихся волчков в гироскопах электронных устройств, разумеется, нет, они слишком малы для этого. Вместо них используется подвижные массы вещества, смещение которых вызывает изменение электрической емкости конденсаторов, регистрируемое микропроцессором.

Вместо конденсаторов могут использоваться вырабатывающие ток пьезокристаллы, особенно часто встречающиеся в определяющих положение в пространстве датчиках другого типа – акселерометрах. Конструктивно акселерометры очень похожи на гироскопы, в них также имеется подвижный элемент – специальный грузик, смещение которого при наклоне устройства оказывает воздействие на пьезокристалл. Таким образом, скорость и давление преобразуются в электрический сигнал, обрабатываемый соответствующим образом микропроцессором. Итак, некоторое представление о том, что это такое гироскоп в смартфоне вы, надеемся, получили.

И вот еще пару моментов. И гироскопы, и акселерометры являются инерционными МЭМС-датчиками, отличаясь, однако, принципом получения данных. Если гироскоп определяет только угол наклона по отношению к земной поверхности, то акселерометр может измерять линейное ускорение, то есть перемещение по горизонтали относительно земли. На практике в смартфонах и прочих устройствах нередко устанавливаются оба датчика, которые прекрасно дополняют друг друга. Теперь давайте посмотрим, как узнать есть ли гироскоп в телефоне.

Как проверить наличие гироскопа в телефоне

Мы уже знаем, для чего нужен гироскоп в смартфоне, но как проверить его наличие на том или ином мобильном устройстве. Гироскоп используется всеми приложениями, регистрирующими наклон устройства – навигационными и строительными программами, 3D-играми, средствами просмотра 3D-панорамного контента, поворачивающим экран встроенным ПО и так далее. Но поддержка этих функций еще не означает, что указанный датчик в телефоне есть, ведь выше мы уже отмечали, что отчасти его может заменить акселерометр.

Если вы хотите узнать, интегрирован ли гироскоп в гаджет или нет, зайдите на официальный сайт производителя устройства, найдите там вашу модель и изучите ее технические характеристики. Есть и более быстрый способ получить нужную информацию. Установите на смартфон бесплатное приложение-бенчмарк AnTuTu Bеnchmаrk, в разделе «Мое устройство» оно выводит список всех датчиков, среди которых будут данные и о гироскопе. Если напротив пункта «Гироскоп» вместо его названия указано «Не поддерживается», значит, датчик на устройстве отсутствует.

В качестве альтернативы можно воспользоваться другим приложением – Sеnsor Sеnse. В отличие от AnTuTu Bеnchmаrk, кроме списка датчиков оно еще выводит все их показания. Ставим программу и смотрим, есть ли в списке гироскоп. Если нет, то нет его и на устройстве.

Стоит также обратить внимание еще на один замечательный программный инструмент – AIDA64, предоставляющий полный набор сведений о конфигурации устройства. Какие сенсоры есть на борту можно просмотреть на вкладке «Датчики». Если в списке будет значиться гироскоп, можно быть уверенным, что в телефоне он установлен.

Включение/отключение и калибровка гироскопа на Андроиде

Как правило, гироскоп в телефонах является самостоятельным датчиком, с программными настройками никак не связанным. Гироскоп либо есть, и он всегда включен, либо его нет, но тогда и ни о каком включении/отключении датчика не может быть и речи. Правда, пользователи часто спрашивают, как включить гироскоп на Андроиде, но этот вопрос исходит из недопонимания принципа его взаимодействия с программной частью устройства. Можно включить и отключить функции акселерометра, например, автоповорот экрана, но это опять же никак напрямую не связано с гироскопом.

То же самое касается калибровки гироскопа, отрегулировать программно можно лишь акселерометр. Встроенными средствами самой ОС это сделать вряд ли получится, для этих целей нужно использовать специальные утилиты вроде Accelerometer Calibration Free. Тут всё очень просто – мобильное устройство укладывается на ровную поверхность, а когда показывающий равновесие красный шарик окажется ровно в центре «прицела», нажимается кнопка «Calibrate».

В общем, если в сети вам попадется информация на тему как откалибровать гироскоп на Андроид, знайте, что речь идет о настройке акселерометра.

Сейчас все смартфоны оснащены как минимум одним датчиком, а чаще всего несколькими. Самыми распространенными стали датчики приближения, освещения и движения. Большинство смартфонов оснащены акселерометром, реагирующим на перемещение устройства в двух или максимум в трех плоскостях. Для полноценного взаимодействия с гарнитурой виртуальной реальности нужен гироскоп, который определяет движения в любом направлении.

Гироскоп в смартфоне – это микроэлектромеханический преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Другими словами этот датчик рассчитывает изменение угла наклона относительно оси при повороте устройства.

Гироскоп относится к микроэлектромеханическим системам (МЭМС), которые совмещают в себе механическую и электронную часть. Подобные чипы имеют размеры порядка пары миллиметров или меньше.

Как работает гироскоп

Обычный гироскоп состоит из инерционного предмета, который быстро вращается вокруг своей оси. Тем самым он сохраняет свое направление, а смещение контролируемого объекта измеряется по изменению положения подвесов. В смартфоны такой волчок явно не поместиться, вместо него используется МЭМС.

Преобразование механического движения в электрический сигнал

В самом простом одноосевом гироскопе есть две подвижные массы, двигающиеся в противоположных направлениях (на картинке изображены синим цветом). Как только прикладывается внешняя угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, которая направлена перпендикулярно их движению (отмечена оранжевым цветом).

Под действием силы Кориолиса происходит смещение масс на величину пропорциональную прикладываемой скорости. Изменение положения масс меняет расстояние между подвижными электродами (роторами) и неподвижными (статорами), что приводит к изменению емкости конденсатора и соответственно напряжения на его обкладках, а это уже электрический сигнал. Вот такие множественные сигналы и распознаются гироскопом MEMS, определяя направление и скорость движения.

Вычисление ориентации смартфона

Микроконтроллер получает сведения о напряжении и преобразует их в угловую скорость в данный момент. Величину угловой скорости можно определять с заданной точностью, например до 0,001 градусов в секунду. Чтобы определить насколько градусов вокруг оси повернули устройство, необходимо мгновенную скорость умножить на время между двумя показаниями датчика. Если использовать трехосевой гироскоп, то получим данные о поворотах относительно всех трех осей, то есть таким образом определить ориентацию смартфона в пространстве.

Здесь стоит отметить, что для получения значений углов, необходимо интегрировать первоначальные уравнения, в которые входят угловые скорости. При каждом интегрировании увеличивается погрешность. Если вычислять положение только при помощи гироскопа, то со временем рассчитываемые значения станут некорректными.

Поэтому в смартфонах для точного определения ориентации в пространстве необходимы данные еще и акселерометра. Этот датчик измеряет линейное ускорение, но не реагирует на повороты. Оба датчика способны полностью описать все виды движения. Основное преимущество гироскопа над акселерометром в том, что он реагирует на движение в любом направлении.

Зачем нужен гироскоп в смартфоне

Повышенное внимание этому датчику оказывается последние пару лет, когда активно начали развиваться игры и приложения виртуальной реальности. Для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью программе необходимо точно определить положение человека в пространстве. Сейчас даже в самых бюджетных смартфонах установлен акселерометр, но его показания сопровождаются шумами, и датчик не реагирует на повороты и движения в горизонтальной плоскости. Следовательно, для полного погружения в виртуальную реальность в смартфоне обязательно должен быть гироскоп и акселерометр.

Как узнать есть ли в смартфоне гироскоп

Обычно в характеристиках смартфона указано, какие в нем есть датчики. Если же вы сомневаетесь в правдивости информации, то помогут специальные программы. Например, Sensor Box for Android показывает информацию о всех встроенных датчиках. Гироскоп в нем обозначен как Gyroscope. Есть и другие способы, которые мы описывали в этой статье.

Что такое гироскоп: теоретический экскурс в физику

Для начала, давайте разберёмся, как гироскоп появился на свет и чем он является в классическом научном понимании. Первый полноценный образец аппарата был представлен в 1817 году немецким учёным-астрономом Иоганном Боненбергом. Термин же «гироскоп» (от греческих слов «круг» и «смотреть») был внедрён французским исследователем Жаном Фуко в 1852 году. Визуально герой нашего обзора похож на схематичный макет, изображающий вращение как планеты вокруг своей оси, так и её спутников (недаром открытие имеет астрономические «корни»). В центре прибора расположен элемент, близкий по внешнему виду к простому волчку, а вокруг него с определённой скоростью движутся в нескольких плоскостях два или более колец.

[show/hide]

Принцип данного изобретения состоит в следующем: во время вращения «волчок» сохраняет постоянное положение центральной оси, пока не испытает различные действия со стороны внешних сил. Следовательно, вы можете использовать в качестве объекта, расположенного в центре, любое твёрдое тело, точно определяя его положение в пространстве.  Эта функция, в первую очередь, полезна при навигации, поэтому наиболее широкую популярность гироскоп приобрёл в авиации, судоходстве, а также космической отрасли. 

Применение гироскопов в смартфонах: история появления и особенности работы

Помимо навигации, эта технология нашла своё место и среди мобильных устройств. «Первопроходцем» установки подобных датчиков в свои продукты стала легендарная американская компания Apple. Произошло это знаменательное событие в 2010 году, когда свет увидел знаменитый телефон IPhone 4. В дальнейшем применение технологичного оборудования превратилось из «диковинки» в обыденность. В 2019 году трудно найти смартфон, не снабжённый подобным чипом. 

Появление новой «фишки» открыло путь в массы сотням разработчиков полезных и развлекательных программ различного уровня. Конечно, в электронных изделиях гироскоп преобразовался из громоздкой конструкции в миниатюрную микросхему – иначе он попросту не поместился бы в компактном корпусе. Соответственно, изменился и принцип, по которому распознаются угловые изменения положения гаджета в пространстве и иные движения. Внутри элемента расположены специальные грузики, смещения которых фиксируются процессором, преобразующим механические импульсы в электрические. 

Различия между гироскопом и акселерометром – такие разные «братья»

Прежде чем перейти к дальнейшему анализу героя нашего обзора, стоит упомянуть о «родственном» чипе, который встречается в телефонах даже чаще гироскопа – об акселерометре. Его основная функция – измерение ускорения относительно точки, в которой изначально был расположен объект. В этом и состоит главное отличие двух популярных чипов. Но давайте рассмотрим различия более подробно: 

Акселерометр	Гироскоп
Измеряет расстояние, на которое был перемещён прибор в пространстве	Рассчитывает угловое отклонение тела в трёх плоскостях
Необходим для расчёта размеров, но бесполезен при вращении и перемещении самого гаджета	Важен для измерений, связанных с вращением и углами, но не измеряет расстояние

Портативный и полезный гироскоп: на что способно это оборудование в телефоне

«Теория, это, конечно, хорошо, но как я смогу использовать такое приспособление на практике?»  — спросит наш читатель. И наша редакция готова перейти от скучной науки к рассказу о реальном применении оборудования в современных условиях. Поехали!

Автоматический поворот экрана

Наиболее популярной и заметной функцией является автоматическое изменение расположения изображения на экране. Вертикальный режим, можно сказать «повседневный», удобнее для общения и иных простых действий. Но для комфортного веб-сёрфинга, мобильных игр, просмотра фильмов и сериалов куда удобнее горизонтальное (ландшафтное) расположение экрана. За переключение между двумя этими состояниями и как раз отвечает гироскоп.

Функцию автоповорота можно отключить, если на текущий момент в ней нет потребности 

Управление телефоном при помощи движений

Эта опция используется не столь часто. Однако она удобна в час пик в переполненном транспорте или при банальной нехватке времени. Вам достаточно лишь встряхнуть аппарат для ответа на звонок, переключения трека в плеере или иных действий, в других условиях требующих полноценных действий обеими руками.

Единственным недостатком такой «фишки» является вероятность случайного срабатывания во время быстрых перемещений

Навигационные программы

Как мы уже говорили ранее, изначально гироскопы использовались в навигационных системах самолётов, кораблей и иных средств передвижения. Из этой сферы инженеры и перенесли удобную функцию в портативные устройства. Запомните, спутники GPS, ГЛОНАСС или BeiDou будут «сотрудничать» с вашим аппаратом только при наличии встроенного датчика! Также существуют десятки программ, превращающих телефон в компас – без героя нашего обзора их эффективность была бы равна нулю.

Программы для измерений

Если вы работаете в сфере строительства, то нередко сталкиваетесь с таким инструментом, как уровень. Он необходим для определения ровности поверхности. При отклонении в ту или иную сторону будет увеличиваться нагрузка на материал, а также элемент приобретёт неэстетичный внешний вид. Поскольку гироскоп измеряет углы, скачав соответствующую программу из Play Маркета или App Store, вы сможете превратить мобильный телефон в строительный уровень – это очень удобно и практично.

В некоторых случаях расчёты программы могут давать более точные цифры, чем физические измерения инструментом

Цифровые развлечения

В обзоре нельзя не упомянуть про любимые всеми игры и весёлые приложения для поднятия настроения. Многие приобретают смартфоны не только для работы и связи, но также и для всевозможных развлечений. И здесь прибору есть, где разгуляться. Наклонами гаджета можно управлять рулём в гоночных играх или перемещениями протагониста в зажигательных шутерах. Есть даже приложения, полностью построенные на физике изменения углов. Самым популярным примером является Doodle Jump. 

Управление при помощи движений не только усиливает впечатления от процесса прохождения, но также улучшает реакцию и координацию игрока

Недостатки датчика

К сожалению, даже у столь технологичного оборудования имеется ряд досадных недостатков, мешающих некоторым пользователям полноценно пользоваться всеми достоинствами. Вот наиболее заметные из них: 

• незапланированное изменение ориентации экрана с «портрета» в «ландшафт» во время резких движений;
• при длительном использовании возникают погрешности в расчётах, связанные с воздействием внешних факторов (например, сторонние вибрации или колебания температур). Со временем это может привести к ошибкам в правильном определении положения аппарата в пространстве.
• поскольку сенсор не способен измерять пройденное расстояние, без акселерометра его польза в определённых приложениях значительно снижается.

 Чтобы выявить погрешность, достаточно сравнить значения с несколькими точно откалиброванными телефонами

Как узнать о наличии в смартфоне гироскопа

В 2019 году трудно найти человека, у которого бы не было мобильного средства связи. Но думаем, что каждый из наших читателей хотел бы знать, есть ли в его гаджете подобное оборудование. Для этого существует два наиболее распространённых способа:

1. Найти на официальном сайте производителя характеристики вашего электронного помощника и прочитать в них соответствующий раздел.
2. Если на сайте отсутствует интересующая нас информация (именно отсутствуют сведения, а не указано, что гироскоп не установлен в нашем устройстве), необходимо воспользоваться сторонними программами, которые анализируют работу основных и вспомогательных модулей системы. Лучшим выбором среди всего многообразия предложений является знаменитая программа AnTuTu Benchmark либо более узкоспециализированный продукт Sensor Sense.

  Можно попробовать найти данные на страницах онлайн-магазинов, но это менее надёжный источник информации 

Чтобы определиться с наличием модуля, достаточно найти соответствующий пункт – информация в данном случае точная

Управление гироскопом и его калибровка – возможны ли эти действия в телефоне

Сразу скажем – стандартными средствами вы не сможете изменить настройки, заложенные производителем в этот датчик. Вы можете только включить или отключить определённую функцию, напрямую связанную с гироскопом – автоповорот экрана. Делается это следующим образом (для примера возьмём ОС Android, телефон фирмы Xiaomi): 

Полностью гироскоп вы не сможете включить или выключить. Что же касается калибровки – некоторые программы, например, упоминаемая нами ранее Sensor Sense или штатная система на смартфонах Meizu, предлагают данную опцию. Но это, скорее, исключение, нежели правило.

Будьте осторожны, настраивая работу прибора – подобные действия под силу только опытным пользователям Android и iOS

Выводы

Подводя черту под всем, что мы сегодня исследовали и проанализировали, хочется сказать, что потенциал гироскопов раскрыт ещё далеко не на все 100%. С каждым годом появляется всё больше решений для применения подобного чипа. Особенно интересным видится внедрение их в VR-шлемы и очки, постепенно набирающие популярность по обе стороны океана. А пока что пользуйтесь удобными и доступными опциями, которые предоставляет модуль сегодня.

Что такое гироскоп в смартфоне?

20.08.2019
2495

Содержание

• 1 Что такое гироскоп в телефоне?
• 2 Как работает гироскоп в телефоне?
• 3 Как включить гироскоп на Андроиде?
• 4 Подводим итоги

Казалось бы, знаний о том, можно ли увеличить память на Андроиде или в какие игры стоит поиграть в первую очередь, для счастья вполне достаточно. Но пытливому пользователю, желающему досконально разобраться в особенностях своего телефона, не менее любопытно будет узнать и о его аппаратной составляющей, в частности — о датчике-гироскопе. Что это такое и для чего используется — попробуем разобраться.

Что такое гироскоп в телефоне?

Как и OTG, гироскоп в смартфонах на базе Андроида, Айфонах и других современных мобильных устройствах — это программно-аппаратная технология, позволяющая владельцу пользоваться своим телефоном с наибольшим уровнем комфорта. По сути же гироскоп — это небольшой датчик, встроенный в общую плату и передающий операционной системе информацию о текущем положении аппарата в пространстве.

Но сначала — несколько слов и гироскопах в целом. Устройства такого типа, позволяющие измерять отклонение от «точки спокойствия» во всех трёх измерениях, появились очень давно; традиционно изобретение прибора приписывают И. Боненбергеру, жившему в начале XIX века, однако практические модели существовали с незапамятных времён; самый простой их пример — юла, то есть игрушка, способная долгое время сохранять движение относительно центра тяжести.

Устройство, созданное Боненбергером и окончательно оформленное жившим чуть позже М. Фуко, технически представляло собой тяжёлый диск, вращающийся в трёх ориентированных по осям X, Y и Z сферах. И, как уже упоминалось, центр тяжести диска (в ранних версиях — шара) оставался неизменным вплоть до прекращения вращения, вне зависимости от наклона сфер.

Нанеся на внешние ободы прибора шкалу, учёные смогли отслеживать наклон, а стало быть — и изменение направления движения относительно Земли как неподвижной точки. С того времени и по сей день гироскопы, в том числе в телефонах, используются именно с этой общей целью: для определения перемещения в пространстве.

Разумеется, внутри смартфона нет ни вращающихся дисков, ни тяжёлых шаров; вместо них в плату впаиваются микроприборы, содержащие ничтожно малые количества перемещающегося вещества. Найти гироскоп, не разбираясь в схемотехнике на высоком уровне, почти невозможно — внешне он ничем не отличается от других датчиков.

Важно: не следует путать гироскоп (датчик дорогой, а потому встречающийся не во всех моделях телефонов на Андроиде) и акселерометр. Второй позволяет за счёт измерения ускорения только отслеживать поворот телефона вокруг своей оси — и именно он используется для автоматического переключения ориентации экрана с портретной на ландшафтную и обратно.

Как работает гироскоп в телефоне?

Итак, гироскоп в смартфоне на базе ОС Андроид, а также в Айфоне — это прибор, позволяющий за счёт отслеживания центра масс определить перемещение телефона в пространстве. Расчёты основываются на двух параметрах: изменении угла наклона и скорости этого изменения; для пользователя же получить конечную информацию проще, чем сделать удачный снимок в Snapchat.

Датчики-гироскопы применяются в телефонах для:

1. Управления действиями устройства путём встряхивания. Таким способом владелец смартфона может вызывать самые разнообразные опции — от простых (вроде включения экрана) до сложных (например, активации VPN-подключения).
2. Работы в отдельных программах. К ним относятся как всевозможные «рулетки», «альтиметры» и даже «компасы», не относящиеся к самым полезным приложениям для Андроида, так и приложения медицинского или спортивного назначения — в частности, высокоточные шагомеры.
3. Игр. Современные игровые процессы на телефонах не требуют от пользователя постоянно нажимать на тачскрин; если в смартфоне установлен и исправно работает гироскоп, достаточно наклонять прибор вправо, влево, вверх, вниз и в промежуточных направлениях — и объект на экране будет следовать перемещениям устройства.
4. Технологий дополненной реальности. Любителю VR-очков без гироскопа в телефоне на базе ОС Андроид не обойтись — а с ним процесс перемещения в виртуальном пространстве мало чем отличается от действий в реальном мире.

Важно: гироскоп может выйти из строя при падении смартфона или сильном ударе по корпусу. Запустить его обратно своими силами не получится — владельцу придётся обращаться в сервисный центр или ремонтную мастерскую.

Как включить гироскоп на Андроиде?

Датчик гироскопа в Айфонах и смартфонах под Андроидом активирован по умолчанию; пользовательский интерфейс не позволяет ни включить, ни отключить его, ни изменить текущие настройки.

Единственное, что может сделать владелец устройства, — определить наличие гироскопа, установив программу AnTuTu Benchmark, открыв раздел «Моё устройство» и найдя в нём поле «Датчики» — на это уйдёт куда меньше времени, чем на попытки разобраться в приложении Hangouts.

Подводим итоги

Гироскоп в телефоне — это датчик, позволяющий за счёт отслеживания изменения центра масс отследить перемещение прибора в пространстве. Он используется для активации системных функций, ориентирования при помощи программ и управления игровыми персонажами, а также для осуществления технологии VR. Включить или отключить гироскоп нельзя — владелец смартфона может лишь узнать, присутствует ли он в составе датчиков.

Современные смартфоны и планшеты напичканы всевозможными датчиками, задача которых облегчить жизнь пользователя и предоставить новые функции. Например, датчик освещённости регулирует яркость экрана, датчик приближения отключает дисплей во время разговора, а GPS помогает определить местоположение.

Гироскоп в телефонах появился сравнительно недавно, но уже стал одним из необходимых датчиков, без которого комфортное использование устройства невозможно.

Что такое гироскоп

Гироскоп (gyroscope) – устройство, способное определять положение тела в пространстве основываясь на изменении угла наклона относительно осей координат. Он может отслеживать поворот вокруг двух осей, или вокруг всех трёх, что позволяет полностью определить положение тела в пространстве. По принципу действия гироскопы делятся на механические, лазерные и оптические.

Размеры оригинальных гироскопов не позволяют использовать их в мобильных устройствах, поэтому в них применяются микроэлектромеханические системы (МЭМС), изготовленные на кремниевой подложке. Они обладают миниатюрными размерами, меньше спичечной головки, а низкая стоимость позволяет устанавливать их даже в самые дешевые устройства.

С каждым поколением мобильные гироскопы становятся компактнее, при этом улучшается вибрационная стойкость и уменьшаются шумы. В результате, положение устройства в пространстве определяется более точно.

Какие функции выполняет гироскоп

Самая очевидная и простая функция, которую может выполнять гиродатчик – это автоматический поворот экрана. Это удобно, например, при просмотре фильмов или при чтении книг. Нужно лишь повернуть телефон горизонтально и видео автоматически развернётся на полный экран.

Появление гироскопа на смартфонах вывело на новый уровень мобильные игры. Если раньше для управления автомобилем в игре использовались виртуальные кнопки, то теперь поворачивать можно просто наклонив смартфон в ту или иную сторону. Помимо гонок, управление стало проще в шутерах, стратегиях, и в других играх. А в некоторые игры не получится поиграть на устройстве без гиродатчика, например, в нашумевшую недавно Pokemon Go.

Гиродатчик используется в навигационных программах для повышения точности данных. Также он даёт возможность управления жестами, например, можно перелистывать треки в плеере встряхиванием телефона, или сбрасывать входящий звонок перевернув устройство.

Принцип работы гироскопа

Классический механический гироскоп представляет систему из трёх обручей и вращающегося внутри них диска. Обручи шарнирно закреплены друг на друге таким образом, чтобы оси их вращения были перпендикулярны друг другу.

Принцип его работы прост – вращающийся диск всегда сохраняет своё положение в пространстве подобно раскрученной юле. Если попытаться его наклонить, то диск будет сопротивляться этому, а значит поворачиваться придётся кольцам, на которых он закреплён. Гироскоп устроен так, что каждое кольцо реагирует на поворот вокруг одной из трёх осей координат, а значит, в совокупности они полностью описывают положение тела в трёхмерном пространстве.

Принцип работы гиродатчика в мобильных устройствах немного отличается. Положение устройства в пространстве отслеживается с помощью вибрирующего пьезокерамического чувствительного элемента диаметром 3 миллиметра. Степень и направление вибрации отслеживается регистрирующей электроникой, а на основании этих данных вычисляется поворот устройства относительно осей координат.

Отличие от акселерометра

Гироскоп – не единственный датчик, отслеживающий положение устройства в пространстве. Акселерометр, или G-sensor, выполняет те же самые функции, но работает по другому принципу.

В то время, как гиродатчик занимается отслеживанием угла наклона, акселерометр следит за ускорением устройства в том или ином направлении. В результате этих измерений также можно вычислить положение устройства в пространстве, но с меньшей точностью. Гиродатчик предоставляет более точные данные, именно это делает его приоритетным для определения положения смартфона в пространстве.

Возникает закономерный вопрос: зачем нужен акселерометр, если гироскоп более качественно выполняет его функции? Дело в том, что гиродатчик отслеживает только вращение устройства вокруг осей координат, а движение вдоль оси без вращения он определить неспособен. Зато акселерометр это перемещение увидит и измерит. Это позволяет использовать акселерометр, например, в качестве шагомера.

В результате, эти два датчика успешно дополняют и компенсируют недостатки друг друга.

Стоит заметить, что на смартфоны иногда устанавливается датчик ориентации, который иногда путают с гироскопом. Он является комбинацией акселерометра и датчика магнитного поля, позволяет измерять наклон и вращение вокруг оси.

Недостатки датчика

Помимо уже рассмотренной неспособности отслеживать равномерное перемещение, гироскоп имеет еще один недостаток – накопление ошибок измерений. Погрешность в результаты измерений вносит множество факторов: температура, вибрации элементов телефона или окружающих устройств, и даже сердцебиение пользователя. Эти погрешности очень малы и незаметны для человека, но проблема заключается в том, что они постоянно накапливаются, и в какой-то момент ошибка станет заметной. Для обнуления погрешности необходимо провести калибровку гиродатчика, либо перезагрузить телефон.

Как определить, есть ли гироскоп в телефоне

Практически все современные модели смартфонов, за исключением крайне бюджетных, имеют на борту гиродатчик. Найти информацию о его наличии и отсутствии можно в описании модели на сайте производителя. Однако, наличие этого датчика стало таким привычным, что многие производители даже не упоминают этот факт в характеристиках смартфона.

В этом случае придётся воспользоваться сторонними программами. Отображать имеющиеся в устройстве датчики умеет популярный бенчмарк AnTuTu. Существуют и специальные программы, которые занимаются исключительно датчиками, их настройкой и калибровкой. Наиболее известные среди них – Sensor Sense и Sensor Kinetics.

Как включить и откалибровать гироскоп на Андроид

Функции включения или выключения гироскопа в телефонах не предусмотрено. Если устройство включено – значит, датчик работает. Можно лишь запретить определённым программам реагировать на изменение положения телефона, например, отключить автоповорот экрана. Гироскоп при этом продолжит работать, но его данные уже не будут использоваться для изменения ориентации экрана.

Для калибровки лучше всего использовать специальные программы для работы с датчиками смартфона, например, Sensor Sense. Нужно найти в списке датчиков гироскоп и нажать на кнопку «калибровка». Продвинутые пользователи могут при этом изменить некоторые параметры датчика, например, масштабный коэффициент и смещение по осям.

Модели телефонов с гироскопом

Гироскоп – один из тех датчиков, которые по умолчанию присутствуют даже в смартфонах среднего ценового сегмента, не говоря уже о флагманах. В этом списке представлены популярные модели различных производителей, в которых используется гироскоп:

1. Apple iPhone X, средняя цена 74890 рублей. Флагман от компании Apple, которая каждый год устанавливает ориентиры для остальных производителей. В этот раз iPhone ввёл моду на «чёлку» в верхней части экрана, в которой размещаются различные датчики и фронтальная камера.
2. Samsung Galaxy S9+, 53990 рублей. Samsung не отстаёт от главного конкурента. Его особенность – закруглённые края, которые делают его визуально безрамочным.
3. LG V30+, 34490 рублей. Удачная модель от LG, которая может похвастаться неплохими камерами. Разумеется, остальные характеристики тоже соответствуют цене и статусу.
4. Asus Zenfone 5Z, 34840 рублей. Asus выпустил отличную модель для любителей хорошего звука. При этом мощность железа тоже заставляет обратить внимание на этот смартфон.
5. Sony Xperia XZ, 32290 рублей. Телефон с типичным для Sony дизайном и с не самой лучшей камерой. В 2016 был неплохим сбалансированным вариантом, но сейчас за эти деньги можно купить более удачную модель.
6. Xiaomi Pocophone F1, 27990 рублей. Новинка от китайского производителя, призванная покорить международный рынок. Как всегда отличное соотношение цены и мощности железа.
7. Meizu Pro 7, 19550 рублей. Прошлогодний флагман привлёк внимание необычным решением – на задней стороне телефона разместили небольшой дополнительный экран. Это позволяет делать селфи на основную камеру, а также получать различные уведомления.
8. Honor 10, 24990 рублей. Топовое железо в отличном корпусе за небольшие деньги – таков флагман компании Honor. Придраться можно разве что к камере и автономности.
9. OnePlus 6, 41190 рублей. Компания, называющая свой продукт «убийца флагманов», подтвердила свою репутацию. Мощность OnePlus 6 зашкаливает, но есть и недостатки: не топовая камера и отсутствие беспроводной зарядки.
10. Alcatel 3V 5099D, 6289 рублей. Модель самого нижнего ценового сегмента. Не может похвастаться выдающимися характеристиками, его главные козыри – цена и неплохой дизайн.