چگونه تلفن شما می داند که چه زمانی صفحه را بچرخاند؟

شما گوشی خود را بر می‌گردانید و صفحه نمایش به طور خودکار با آن همراه می‌شود. چگونه؟

شما در حال تماشای یک ویدیو در یوتیوب در حالت پرتره بودید و صفحه نمایش املاک کافی نبود. برای حل این مشکل، کاری را انجام دادید که هر شخصی با گوشی هوشمند انجام می دهد. گوشی را به پهلو بچرخانید.

به محض انجام این کار، ویدیو کل صفحه را در بر گرفت و همه گزینه های منو نامرئی بودند، اما تلفن شما از کجا از جهت آن مطلع شد؟

خوب، گوشی شما علاوه بر صفحه نمایش با نرخ تازه سازی بالا و رابط کاربری عالی، چندین سنسور دارد که جهت گیری آن را در فضا تشخیص می دهند، اما این سنسورها چگونه کار می کنند؟

شناخت نیروهای بنیادی طبیعت

اگرچه هنگام بارندگی می توانید باد را روی صورت خود و آب را روی دستان خود احساس کنید، اما آنچه نمی توانید احساس کنید نیروهای اساسی طبیعت هستند.

این نیروها شامل نیروی گرانش و نیروی الکترومغناطیسی است. اگرچه این نیروها نامشهود هستند، اما بر هر کاری که ما انجام می دهیم تأثیر می گذارند. در واقع، صفحه نمایش گوشی هوشمند شما تغییرات جزئی در نیروهای الکترومغناطیسی را برای تشخیص انگشت شما تشخیص می دهد. نه تنها این، بلکه وزن بدن شما نیز به دلیل نیروهای گرانش مشخص می شود.

به بیان ساده، گرانش نیرویی بر اجسام وارد می کند که باعث می شود با سرعت 9.8 m/s^2 شتاب بگیرند. به دلیل این شتاب، وقتی اشیا را پرتاب می کنید، دوباره روی زمین می افتند.

از سوی دیگر، نیروی الکترومغناطیسی را نمی توان مانند نیروهای گرانش احساس کرد. گفته می‌شود، اگر بخواهید قطب‌نما را در هر نقطه‌ای از جهان قرار دهید، میدان مغناطیسی زمین را در آن ناحیه تشخیص می‌دهد و خود را با قطب شمال هماهنگ می‌کند.

اگرچه نیروهای الکترومغناطیسی چندین پیشرفت فناوری را ممکن ساخته است، اما همه آنها خوب نیستند و تابش الکترومغناطیسی در دوزهای بالا می تواند برای بدن انسان خطرناک باشد.

آشنایی با فناوری حسگر در گوشی هوشمند شما

حسگرهای موجود در گوشی هوشمند شما برای درک جهت گیری آن در فضا، تغییرات در نیروهای طبیعت را تشخیص می دهند، اما این حسگرها چگونه کار می کنند؟

خب، تلفن هوشمند شما هزاران سنسور روی مادربرد خود دارد، اما سه نوع سنسور اصلی که گوشی شما را قادر می‌سازد تغییرات در جهت خود را تشخیص دهد.

این حسگرهای تشخیص جهت گیری از سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) برای اندازه گیری نیروهای طبیعت استفاده می کنند. برای اندازه گیری داده ها، دستگاه های MEMS از قطعات مکانیکی تعبیه شده در سیلیکون برای تولید سیگنال الکتریکی استفاده می کنند. با استفاده از این سیگنال ها، گوشی هوشمند شما تغییرات نیروهای وارد بر آن را تشخیص می دهد.

در زیر توضیح مختصری از نحوه عملکرد این سنسورها ارائه شده است.

• شتاب سنج: همانطور که از نام آن پیداست، شتاب سنج برای تشخیص تغییرات شتاب در گوشی هوشمند استفاده می شود. برای تشخیص این تغییرات، شتاب‌سنج از قانون اینرسی استفاده می‌کند که بیان می‌کند جسمی که در حال سکون است تا زمانی که نیروی خارجی اعمال نشود، در حالت سکون می‌ماند. برای استفاده از این مفهوم، یک جرم ثابت بین ساختارهای فنر مانند در یک حسگر MEMS معلق است. بنابراین، جرم ثابت هنگامی که گوشی شتاب می گیرد به دلیل اینرسی که فنرها را فشرده می کند، در جای خود باقی می ماند. این فشرده‌سازی فنر یک سیگنال الکتریکی تولید می‌کند که به گوشی هوشمند می‌گوید در حال شتاب گرفتن است.
• ژیروسکوپ: ژیروسکوپ نیروهای چرخشی گوشی هوشمند شما را کنترل می کند. این چرخش نیروی کوریولیس را که روی گوشی هوشمند اعمال می‌شود اندازه‌گیری می‌کند تا میزان چرخش آن در مرکز ثقل آن را تخمین بزند. به زبان ساده، نیروی کوریولیس بر روی هر جسمی که درون یک جسم در حال چرخش است، به دلیل چرخش آن اثر می کند. ژیروسکوپ از طراحی مشابه شتاب‌سنج استفاده می‌کند، اما برای تشخیص تغییرات هنگام چرخش گوشی هوشمند تغییر یافته است.
• مغناطیس سنج: به دلیل جریان هایی که در هسته زمین جریان دارد، میدان مغناطیسی آن را فرا می گیرد. تشخیص این میدان ها به گوشی هوشمند کمک می کند تا جهت گیری خود را با شمال واقعی میدان مغناطیسی زمین درک کند. گوشی های هوشمند به سنسور اثر هال سه محوره برای تشخیص این تغییرات مجهز شده اند. این سنسور از قوانین القای الکترومغناطیسی فارادی برای تشخیص میدان های مغناطیسی استفاده می کند. بر اساس این قانون، هادی حامل جریان با تغییر میدان مغناطیسی اطراف خود، نیروی محرکه الکتریکی ایجاد می کند. با توجه به این تغییرات در ولتاژ، حسگرها می توانند جهت تشخیص جهت آن در مورد قطب های مغناطیسی زمین مورد استفاده قرار گیرند.

اکنون که ما درک اولیه ای از سنسورها در تلفن های هوشمند خود داریم، می توانیم به نحوه کار آنها برای تشخیص موقعیت گوشی هوشمند خود نگاه کنیم.

چگونه تلفن شما می داند چه زمانی صفحه را بچرخاند؟

همانطور که قبلا توضیح داده شد، شتاب سنج می تواند تغییرات در شتاب را تشخیص دهد، اما این داده ها به تنهایی نمی توانند برای تشخیص جهت یک گوشی هوشمند استفاده شوند. دلیل آن این است که نیروهای گرانش همیشه بر روی شتاب‌سنج تأثیر می‌گذارند و تشخیص اینکه چه زمانی تغییرات شتاب برای چرخاندن گوشی هوشمند است، برای حسگر دشوار است.

گوشی‌های هوشمند از ترکیب سنسور برای حل این مشکل استفاده می‌کنند که حسگرهای مختلف را قادر می‌سازد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. برای تشخیص جهت گوشی، شتاب سنج با ژیروسکوپ و مغناطیس سنج ارتباط برقرار می کند.

بنابراین، هنگامی که یک تلفن می چرخد، شتاب سنج تغییرات شتاب را تشخیص می دهد و سپس با ژیروسکوپ ارتباط برقرار می کند. با توجه به این ارتباط، تلفن هوشمند می تواند بفهمد که آیا تغییرات در شتاب برای چرخش در نظر گرفته شده است یا خیر.

گفته می شود، ژیروسکوپ مستعد خطا است زیرا نمی تواند نیروهای گرانشی را که روی گوشی هوشمند اعمال می شود در نظر بگیرد. بنابراین، یک سنسور سوم برای تشخیص تغییرات جهت یک گوشی هوشمند مورد نیاز است. این سنسور چیزی نیست جز مغناطیس سنج دستگاه شما.

این مغناطیس سنج برای تشخیص تغییرات موقعیت گوشی هوشمند نسبت به میدان مغناطیسی زمین استفاده می شود. این داده ها به همراه داده های شتاب سنج و ژیروسکوپ برای تصمیم گیری در مورد اینکه آیا صفحه شما باید در حالت عمودی یا افقی باشد استفاده می شود.

آیا فناوری حسگر آینده است؟

شتاب سنج، ژیروسکوپ و مغناطیس سنج با استفاده از قوانین اینرسی و القای الکترومغناطیسی، تغییرات نیروهای اساسی طبیعت را تشخیص می دهند.

گوشی‌های هوشمند از این قوانین اساسی برای فعال کردن ویژگی‌هایی مانند چرخش خودکار و تثبیت‌کننده نوری تصویر استفاده می‌کنند. گفته می‌شود، گوشی‌های هوشمند اکنون ویژگی‌های نوآورانه‌ای را با ترکیب داده‌های حسگرهای مختلف ارائه می‌کنند.

نمونه بارز آن انتشار تشخیص تصادف در دستگاه‌های اپل است که داده‌های این حسگرها را قادر می‌سازد تا تصادف را شناسایی کرده و به خدمات اضطراری هشدار دهند.

منبع مقاله