Akcelerometr w telefonie

Ostatnia aktualizacja 28 marca 2024 przez Redakcja

Czujniki w telefonach stanowią niezwykle ważny aspekt współczesnych smartfonów, umożliwiając interakcję użytkownika na wielu poziomach. Jednym z kluczowych czujników, który odgrywa istotną rolę w monitorowaniu ruchu i orientacji urządzenia, jest akcelerometr. Ten zaawansowany sensor przekształca nasze smartfony w inteligentne urządzenia, zdolne do reakcji na ruchy użytkownika i dostarczania innowacyjnych funkcji.

W niniejszym artykule zajmiemy się głębokością działania akcelerometru w telefonie, zgłębiając zarówno aspekty techniczne, jak i praktyczne. Zrozumiesz, w jaki sposób czujnik ten interpretuje ruchy, oraz jakie możliwości otwiera przed nowoczesnymi aplikacjami i funkcjami. Przeanalizujemy również, jak akcelerometr współpracuje z innymi czujnikami, aby dostarczać pełniejsze i bardziej zindywidualizowane doświadczenia użytkownika.

Akcelerometr – Co to jest?

Akcelerometr to czujnik, który mierzy przyspieszenie liniowe urządzenia, czyli zmiany prędkości w czasie. W kontekście smartfonów i innych urządzeń mobilnych, akcelerometry są zazwyczaj mikroelektronicznymi urządzeniami MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), które reagują na ruchy urządzenia.

Zasada działania akcelerometrów opiera się na pomiarze sił odśrodkowych generowanych przez przyspieszenie.

Kiedy urządzenie się porusza, mikroskopijne elementy w akcelerometrze przemieszczają się, co generuje sygnał elektryczny proporcjonalny do przyspieszenia.

Jak działa akcelerometr w telefonach?

Akcelerometr w telefonach działa na zasadzie pomiaru przyspieszenia liniowego i korzysta z trzech osi: X, Y, i Z, co pozwala na pełne monitorowanie ruchu urządzenia w trzech wymiarach przestrzennych.

Oto krótki opis działania akcelerometra w trzech osiach:

1. Oś X (przyspieszenie poziome):
   • Ruch wzdłuż osi X reprezentuje przyspieszenie poziome, czyli ruch telefonu w lewo lub w prawo.
2. Oś Y (przyspieszenie pionowe):
   • Ruch wzdłuż osi Y reprezentuje przyspieszenie pionowe, czyli ruch telefonu w górę lub w dół.
3. Oś Z (przyspieszenie wzdłuż osi głównej):
   • Oś Z reprezentuje przyspieszenie wzdłuż osi głównej telefonu, czyli ruch w kierunku ekranu (do przodu) lub od niego (do tyłu).

Akcelerometry w telefonach zazwyczaj korzystają z mikroelektronicznych struktur MEMS, które są zdolne do rejestrowania najdrobniejszych ruchów.

Głównym elementem jest mikromaszynowa struktura, która generuje sygnały elektryczne proporcjonalne do przyspieszenia, na podstawie sił odśrodkowych.

Kiedy telefon jest w spoczynku, akcelerometr rejestruje siłę grawitacyjną działającą na urządzenie. W momencie ruchu, mikrostruktury w akcelerometrze przemieszczają się, co powoduje zmiany w generowanych sygnałach. Te zmiany są następnie przetwarzane przez układy elektroniczne, a ostateczny wynik to informacje o kierunku i intensywności ruchu urządzenia.

Dzięki temu zaawansowanemu mechanizmowi pomiarowemu, akcelerometry umożliwiają precyzyjne śledzenie ruchu i są wykorzystywane do wielu celów.

Można tutaj wspomnieć o zmianie orientacji ekranu, rozpoznawanie gestów, stabilizacja obrazu w aparatach fotograficznych czy monitorowanie aktywności fizycznej.

Urządzenia komercyjne wykorzystują elementy, piezoelektryczne, piezorezystancyjne i pojemnościowe do przekształcenia ruchu mechanicznego na sygnał elektryczny.

Jakie akcelerometry stosuje się w telefonach?

W telefonach komórkowych najczęściej stosuje się akcelerometry MEMS, które są rodzajem mikroelektronicznych akcelerometrów.

Technologia MEMS polega na miniaturyzacji elementów mechanicznych i elektrycznych, co pozwala na zintegrowanie je na niewielkich układach scalonych.

Najpopularniejsze rodzaje akcelerometrów stosowane w telefonach to:

1. Akcelerometry Pojemnościowe (Kondensatorowe):
   • Wykorzystują zmiany pojemności kondensatora w odpowiedzi na ruch mikromaszynowej struktury w akcelerometrze. Zmiana odległości między kondensatorem a elektrodami generuje zmiany w pojemności, co jest interpretowane jako przyspieszenie.
2. Akcelerometry Półprzewodnikowe:
   • Opierają się na efekcie piezoelektrycznym w półprzewodnikach. Zastosowanie siły mechanicznej na półprzewodnik generuje ładunki elektryczne, które są mierzone i interpretowane jako przyspieszenie.
3. Akcelerometry Oparte na Zjawisku Piezorezystancyjnym:
   • Wykorzystują zmiany oporu elektrycznego w rezystorze piezorezystancyjnym w odpowiedzi na deformacje mechaniczne. Zmiana oporu jest interpretowana jako przyspieszenie.
4. Akcelerometry Termiczne:
   • Mierzą zmiany temperatury generowane przez mikroskopijne struktury, gdy urządzenie ulega przyspieszeniu. Zmiany temperatury są przekształcane na wartości przyspieszenia.

Akcelerometry MEMS są popularne ze względu na swoją małą wielkość, niski koszt produkcji, a także dobrą precyzję i trwałość. To sprawia, że są idealne do zastosowań w urządzeniach mobilnych, takich jak smartfony, gdzie przestrzeń i efektywność są kluczowe.

Gdzie jest akcelerometr w telefonie?

Akcelerometr w telefonie znajduje się wewnątrz obudowy urządzenia. Jest to niewielki czujnik umieszczony na płycie głównej (mainboard) lub na specjalnej płycie czujników (sensor board).

Umiejscowienie może się różnić w zależności od modelu telefonu, poniżej przykładowe zdjęcie.

W wielu przypadkach akcelerometr jest zintegrowany bezpośrednio na płycie głównej telefonu. Jest to efektywne rozwiązanie, które oszczędza przestrzeń i ułatwia integrację z innymi komponentami.

Do czego służy akcelerometr w telefonie? 

Akcelerometr w nowoczesnych smartfonach pełni kilka kluczowych funkcji, które znacznie wzbogacają doświadczenie użytkownika.

1. Automatyczna zmiana orientacji ekranu:
   • Akcelerometr umożliwia automatyczną zmianę orientacji ekranu w zależności od tego, w jakiej pozycji trzymasz telefon. Na przykład, gdy obracasz telefon z pionowej na poziomą pozycję (lub odwrotnie), ekran dostosowuje się do nowej orientacji.
2. Wykrywanie ruchu i Kroków:
   • Akcelerometry są wykorzystywane do wykrywania ruchu i kroków użytkownika. Ten rodzaj pomiaru jest często stosowany w aplikacjach monitorujących aktywność fizyczną, takich jak krokomierze czy aplikacje fitness.
3. Stabilizacja obrazu:
   • W aparatach fotograficznych akcelerometry są używane do stabilizacji obrazu. Podczas nagrywania wideo lub robienia zdjęć, akcelerometr pomaga zminimalizować efekty drgań i wstrząsów, co przekłada się na lepszą jakość obrazu.
4. Rozpoznawanie gestów:
   • Akcelerometr umożliwia rozpoznawanie gestów użytkownika, co jest wykorzystywane w interaktywnych aplikacjach i grach. Na przykład, potrząsanie telefonem może spowodować wykonanie określonej akcji.
5. Nawigacja w grach:
   • W grach mobilnych akcelerometry są często używane do sterowania ruchem postaci lub pojazdów. Przechylanie telefonu w różnych kierunkach może służyć jako interaktywny sposób sterowania.
6. Monitorowanie spadków:
   • W niektórych przypadkach akcelerometry są wykorzystywane do monitorowania sytuacji, w których telefon ulega upadkowi. Na podstawie tych informacji można podjąć środki zaradcze, takie jak automatyczne zablokowanie dysku twardego w celu ochrony danych.
7. Rozpoznawanie pojazdów:
   • W niektórych aplikacjach nawigacyjnych akcelerometr może pomóc w rozpoznawaniu środka transportu, np. czy użytkownik porusza się pieszo, na rowerze czy samochodem.

Te funkcje sprawiają, że akcelerometr jest kluczowym elementem w smartfonach, pozwalając na bardziej intuicyjne i zróżnicowane sposoby interakcji oraz wprowadzając innowacyjne funkcje do codziennego użytkowania.

Czym się różni żyroskop od akcelerometru?

Żyroskop i akcelerometr to dwa różne rodzaje czujników używanych w urządzeniach elektronicznych, takich jak smartfony. Poniżej znajdziesz podstawowe różnice między nimi:

1. Pomiar:
   • Akcelerometr: Mierzy przyspieszenie liniowe, czyli zmianę prędkości w jednym kierunku. Informuje o tym, czy urządzenie przesuwa się w górę, w dół, w lewo czy w prawo.
   • Żyroskop: Mierzy prędkość kątową, czyli zmiany kąta obrotu wokół osi. Informuje o tym, czy urządzenie obraca się wokół osi.
2. Orientacja:
   • Akcelerometr: Wykorzystywany do ustalania orientacji urządzenia w przestrzeni, na przykład do automatycznej zmiany orientacji ekranu w smartfonie.
   • Żyroskop: Pomaga śledzić zmiany orientacji urządzenia, szczególnie podczas obracania się wokół osi.
3. Zastosowania:
   • Akcelerometr: Stosowany do rozpoznawania ruchu, monitorowania kroków, stabilizacji obrazu w aparatach fotograficznych, detekcji wstrząsów i innych funkcji związanych z przyspieszeniem liniowym.
   • Żyroskop: Wykorzystywany w grach do precyzyjnego śledzenia ruchu, w aparatach fotograficznych do stabilizacji obrazu, w nawigacji do śledzenia obrotu urządzenia.
4. Oś Pomiaru:
   • Akcelerometr: Pomiar odbywa się wzdłuż trzech osi przestrzennych: X, Y, Z.
   • Żyroskop: Pomiar odbywa się wzdłuż trzech osi przestrzennych: przechylenie (pitch), odchylenie (yaw), i obrót (roll).
5. Ruch Wskazywany:
   • Akcelerometr: Wskazuje kierunek i siłę przyspieszenia ruchu.
   • Żyroskop: Wskazuje prędkość kątową i kierunek obrotu.

W praktyce, te dwa rodzaje czujników są często stosowane wspólnie w smartfonach i innych urządzeniach, aby dostarczyć bardziej zaawansowaną funkcjonalność, taką jak precyzyjne śledzenie ruchu i orientacji.

Czy każdy telefon ma akcelerometr?

Nie, nie każdy telefon posiada akcelerometr. Obecność akcelerometru w smartfonie zależy od modelu, producenta i serii urządzenia.

Większość nowoczesnych smartfonów wyposażonych w różnorodne funkcje, takie jak automatyczna zmiana orientacji ekranu, gesty, czy stabilizacja obrazu, zazwyczaj jest wyposażona w akcelerometr.

Jednakże, niektóre tańsze modele lub telefony o bardziej podstawowej funkcjonalności mogą nie mieć tego czujnika.

Niemniej ciężko obecnie sobie wyobrazić smartfony, które nie zostają wyposażone w akcelerometr.

Jak włączyć akcelerometr w telefonie?

Akcelerometr zazwyczaj od razu jest włączony w telefonie nie trzeba wykonywać żadnych działań aby go włączyć. Telefony nie posiadają również dedykowanej aplikacji do akcelerometru, ale można pobrać takie ze sklepu Google Play.

1. Wejdź w sklep Google Play i wyszukaj aplikację Sensory i Czujniki od CA40,
2. Pobierz i zainstaluj aplikację.
3. Otwórz aplikację i odczytaj wyniki akcelerometru.

Zaproponowana aplikacja pozwala śledzić wyniki różnych czujników umiejscowionych w telefonie w tym np. wskazania magnetometru.

Jak skalibrować akcelerometr w telefonie?

W większości przypadków nie jest konieczne ręczne kalibrowanie akcelerometru w smartfonie, ponieważ jest to czujnik, który działa automatycznie i jest skalibrowany przez producenta.

Jednakże, jeśli masz wrażenie, że akcelerometr nie działa poprawnie lub dostarcza nieprecyzyjne odczyty, istnieją pewne kroki, które możesz podjąć w celu ewentualnej kalibracji:

Telefon Realme/Oppo:

• Wpisz kod *#899#
• Wejdź w opcję Manual Test
• W zakładce Device debugging wybierz Sensor self-test and calibration,
• Rozpocznij kalibrację

Telefon Xiaomi:

• Wejdź w Ustawienia
• Wejdź do O telefonie,
• Kliknij 5 razy w Krenel version aby odblokować opcje programisty,
• Wybierz Akcelerometr,
• Rozpocznij kalibrację.

Niestety różne telefony mają różny sposób dotarcia do kalibracji i nie sposób wymienić wszystkie metody.

Akcelerometr w telefonie – podsumowanie tematu

Akcelerometr to urządzenie, które na swoje potrzeby zaadoptowało wiele branż. Jedną z najchętniej korzystających jest rynek elektroniki użytkowej z dużym naciskiem na urządzenia mobilne jak telefony i laptopy. To dzięki nim dzisiejszy smartfony wyglądają i działają tak a nie inaczej, no może nie bezpośrednio, ale zawsze.