در این مقاله قصد داریم نگاهی به حسگرهای مختلف استفاده شده در تلفنهای همراه هوشمند بیندازیم. با ما همراه باشید.
در قسمت اول این مقاله،حسگرهای موبایل های همراه هوشمند را به ۳ دسته‌ی حرکتی، محیطی و موقعیتی تقسیم بندی کردیم و با سنسورهای حرکتی یا Motion Sensors آشنا شدیم. در قسمت دوم نیز با حسگرهای محیطی یا Environmental Sensors آشنا شدیم. امروز قصد داریم که با دسته‌ی سوم این حسگرها یعنی حسگرهای موقعیتی آشنا شویم.
این دسته از حسگرها موقعیت دستگاه را شناسایی و اندازه‌گیری می‌کنند. سنسورهای موقعیت Orientation یا مغناطیس سنج Magnetometer جز حسگرهای موقعیتی هستند.
حسگر جهت یا موقعیت، چرخش دستگاه را در فضای سه بعدی و در در اطراف سه محور فیزیکی X، Y و Z اندازه گیری می‌کند. این حسگر ، موقعیت فعلی را در مقایسه با یک سطح از پیش تعریف شده ثبت می‌کند که با استفاده از این اطلاعات می‌تواند کج شدن دستگاه یا برعکس شدن آن را تشخیص دهد. قبلا آموختیم که سنسور شتاب سنج یا Acceleration تحت تاثیر نیروهای گرانش و جاذبه‌ی زمین فعالیت می‌کند، به‌همین خاطر است که در محاسبات این سنسور، با مقدار G یا شتاب گرانش ۹/۸ متر بر مجذور ثانیه برمی‌خوریم. در حالی که Orientation این مقادیر چرخش سه محور مختصاتی گوشی شما را نسبت به شمال و جنوب مغناطیسی و تحت تاثیر میدان مغناطیسی می‌سنجد.
حسگر موقعیت، اطلاعات خود را از مقادیر خام سنسورهای شتاب سنج و میدان مغناطیسی دریافت می‌کند. به‌خاطر عملیات پردازش سنگین و متمرکز نبودن آن، دقت و عملکرد حسگر موقعیت کاهش می‌یابد. در این اسکرین شات فعالیت سنسور موقعیت QTI گوشی Redmi Note 3 Pro را مشاهده می‌کنید.
مغناطیس سنج، میادین و نیروی مغناطیسی زمین را شناسایی می‌کند. این حسگرها قادر هستند که یک اثر هال تولید کنند و در نتیجه میادین مغناطیسی زمین را در راستای سه محور مختصاتی تشخیص دهند. حسگر هال یک ولتاژ تولید می‌کند که در راستای محور‌‌ها، این ولتاژ به نسب قدرت مغناطیسی و تمایل قطبی، مقداری مناسب است و این ولتاژ به سیگنال‌های دیجیتال بدل شده و بیانگر شدت و قدرت میدانهای مغناطیسی زمین می‌شود. سنسور مغناطیس سنج معمولا در یک تراشه با یک حسگر دیگر(معمولا شتاب سنج) ساخته می‌شود که این حسگر داخلی بتواند مقادیر خام بدست آمده را تصحیح و با توجه به چرخش و حرکت دستگاه، فرامین صحیحی به کمک مغناطیس سنج صادر کند.
به مغناطیس سنج، بعضا قطب نمای الکترونیکی یا E-Compass نیز می‌گویند. برای شما نیز شاید نام Compass یا E-Compass آشناتر از Magnetometer باشد. E-Compass یا قطب نمای الکترونیکی یا مغناطیس سنج، معمولا یک تراشه متشکل از یک شتاب سنج و یک مغناطیس سنج است تا بتواند همزمان با چرخش و در کنار کسب این اطلاعات، میادین مغناطیسی را نیز تشخیص داده و اطلاعات کامل و صحیحی در اختیار قرار دهد. در واقع این حسگر شمال مغناطیسی را تشخیص داده و در نتیجه می تواند بفهمد که کدام سمت شمال و کدوام جنوب یا غرب یا شرق است. یک استفاده ساده از این حسگر، قطب نما است.
به زمانی فکر کنید که در حال حرکت به سمت یک مقصد از روی یک برنامه نقشه مثلا Google Maps هستید، با حرکت و چرخش شما در جهات مختلف، حسگر متوجه چرخش و حرکت شده و همچنان با در دست داشتن میادین مغناطیسی، جهات جغرافیایی را تشخیص داده و در کمک به GPS گوشی، به سادگی مسیر حرکت شما را بر روی نقشه ترسیم می‌کند و بر روی نمایشگر قابل رویت است. از عواملی که در نتایج این حسگر موثر هستند می‌توان به تفاوت شرایط آب و هوایی مختلف و یا قرار گیری دستگاه در محیطی مغناطیسی یا در نزدیکی یک میدان مغناطیسی، نام برد.
در این اسکرین شات، مشخصات حسگر مغناطیس سنج گوشی Redmi Note 3 Pro را مشاهده می‌کنید. مدل حسگر YAS537 و ساخت شرکت YAMAHA است. برد ماکزیمم سنسور ۲۰۰۰ میکرو تسلا یا ۲۰ گاوس است. مقادیر میدان مغناطیسی سه محور مختصاتی تحت تاثیر چرخش گوشی و میدانهای مغناطیسی زمین را نیز در عکس و فعالیت آنها را در نمودار مشاهده می‌کنید.
در عکس زیر مشاهده می‌کنید که قطب نمای این گوشی از ما درخواست کالیبره کردن قطب‌نمای مغناطیسی دارد. برای کالیبره کردن قطب نما باید گوشی را به شکل علامت بی‌نهایت ∞ تکان داده تا سنسور کالیبره شود. علت آن هم این است که مغناطیس سنج، تحت تاثیر میادین مغناطیسی موجود در محیط یا مواد موجود شبیه فلزات یا مواد فرومغناطیس، همچنین در تاثیر پذیری از امواجی مانند ماکروویو و رادیویی، در جهت گیری و محاسبات و تعیین موقعیت با تداخلاتی همراه است و در نتیجه محاسبه و ثبت مقادیر واقعی میدان مغناطیسی زمین برای حسگر دشوار می‌شود. از این رو دستگاه را در امتداد شکل بی‌نهایت چرخانده تا محور‌‌های رو به جلو در هر جهت ۴۵ درجه بچرخند و با توجه به اثر هال و نیروی مغناطیسی زمین، سنسور مقادیر جدید را بازیافته و به نمایش می‌گذارد.
از آن‌جا که GPS نیز وظیفه‌ی تعیین موقعیت دستگاه را بر عهده دارد، می‌توان آن را زیر مجموعه‌ی حسگرهای موقعیتی دانست، اما با توجه به اهمیت و مفصل بودن بحث آن، آشنایی با GPS را به وقت دیگر و مقاله‌ای جداگانه وا می‌گذاریم.
حسگر اثر انگشت امروزه به یکی از ویژگی های تلفنهای همراه هوشمند بدل شده و در پی باز کردن راه خود به این دستگاه‌‌ها است. این حسگرها با اسکن کردن انگشت کاربر، آن را با الگوی از پیش تعیین شده مطابقت داده و قفل دستگاه را باز می‌کنند. در واقع اثر انگشت گزینه‌ی امنیتی جدیدی است که به گزینه‌های قبلی اضافه شده است و در سالیان اخیر رشد زیادی از آنها شاهد بودیم و در حال فراگیر شدن هستند.
این حسگرها انواع مختلفی دارند از جمله نوری، خازنی، گرمایی، فراصوت، پیزوالکتریک و… که فراوان‌ترین آنها در بازار ۳ نوع خازنی، نوری و فراصوت هستند. حسگرهای خازنی بر خلاف استفاده از نور در تشخیص الگوی انگشت در حسگرهای نوری، از جریان الکتریکی در تشخیص استفاده می‌کنند.
در این تصویر مشخصات حسگرهای اثر انگشت استفاده شده در Redmi Note 3 Pro را مشاهده می‌کنیم. سنسور اول از مدل ۱۰۲X خازنی شرکت FPC و مدل دوم استفاده شده GF318M خازنی شرکت Goodix است.
حسگر گام شمار یا Pedometer یا Step Counter حسگری است که حرکت و قدم های کاربر را شناسایی کرده و تعداد آنها را ثبت می‌کند. از این اطلاعات می‌توانید در برنامه‌های گام شمار یا سلامتی استفاده کنید. در این اسکرین شات، مشخصات سنسور گام شمار QTI گوشی Redmi Note 3 Pro را مشاهده می‌کنید.
همچنین مشاهده می کنید که برنامه‌ی سلامتی Runtastic فعالیت این حسگر و گام‌‌های کاربر را تشخیص داده و شمارش کرده است. همچنین سرعت راه رفتن ۳٫۹ کیلومتر بر ساعت است و کاربر در مدت زمان ۱ دقیقه و ۱۲ ثانیه تعداد ۱۲۴ قدم برداشته است. از اطلاعات دیگری که در برنامه مشخص است می‌توان به مسافت طی شده‌ی ۰٫۰۹ کیلومتری تا بدین‌جا و سوزاندن تقریبی ۵ کالری در این مدت توسط کاربر اشاره کرد.
در این ۳ قسمت از مقاله‌ها سعی شد که پرکاربردترین و مهمترین حسگرها توضیح داده شوند. هر چند دراین ۳ مجموعه، بسیاری از حسگرهای موجود را توضیح و شرح دادیم، قطعا کنکاش در دنیای حسگرهای تلفنهای همراه هوشمند به اینجا ختم نمی‌شود. خصوصا امروزه که نیاز تلفنهای همراه هوشمند به این حسگرها بیش از پیش شده است.
پایان
عالی بود …
خسته نباشید آقای کیانی