что такое трехосевой гироскоп
Mobcompany.info
Сайт о смартфонах и их производителях
Что такое гироскоп в смартфоне и как он работает
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.
Как работает гироскоп в телефоне
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.
Рассказываем, как работает гироскоп в смартфоне
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
Так выглядит гироскоп смартфона
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
Акселерометр помогает в играх на смартфоне
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!
Как проверить гироскоп в смартфоне
С помощью видео в 360 можно проверить работоспособность смартфона
Все современные смартфоны оборудованы этими датчиками. Но если вам интересен принцип их работы, то есть отличный способ.
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.
Функция «Автоповорот экрана» помогает избежать случайной смены ориентации 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,
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Не так давно я писал о том, что хочу выбрать Xiaomi своим следующим смартфоном. Но мне очень интересно, что нового у смартфонов Nokia? HMD Global удивляет нас тем, что воскрешает старые добрые кнопочные телефоны, параллельно выпуская смартфоны Nokia на любой вкус, цвет и кошелек. Со времен совместного предприятия Microsoft и Nokia прошло уже много времени, индустрия меняется чуть ли не ежедневно, но компания продолжает выпускать смартфоны, и делает это весьма успешно. Давайте выберем достойных представителей Nokia, к которым можно присмотреться.
Криптовалюты уже давно перестали быть чем-то, что подходит только для гиков и редких богатых инвесторов. Сейчас их можно не только покупать, но и майнить самостоятельно. Не будем вдаваться в сложные подробности этого процесса и перечислять компоненты, которые для этого нужны. Лучше поговорим о том, что часто обсуждается в нашем Telegram-чате, а именно о майнинге с телефона. Многие думают, что если у них дорогой мощный телефон, то они могут этим заниматься, отбивая часть его стоимости. Поговорить об этом стоит на фоне новости, которая рассказывает, как десятки тысяч людей погнались за легкой наживой и стали жертвами мошенников, обещавших им возможность майнить с телефона.
Гироскоп в телефоне: что такое и для чего необходим
Обновлено 26 мая 2020
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.
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
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:
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:
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):
| Описание действия | Иллюстрация |
| Заходим в меню и находим пункт «Настройки» |  |
| Выбираем либо раздел «Экран» (как в нашем случае), либо «Дополнительные возможности» |  |
| Находим пункт «Автоповорот экрана» и выбираем нужное нам значение (вместо «ползунка» может быть «галочка») |  |
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.
В чем разница между 3 и 6 осями гироскопов?
Есть ли реальная разница между этими двумя модулями? Если так, что это?
Если вы где-то читаете «gyro: 6 axis», это может быть связано с ограниченными знаниями человека, заполняющего поля, или с ограничением указанных полей (например, есть поле описания для «gyro», но нет для «акселерометра») ).
Фактически это будет означать 3D-гироскоп (3 оси) + 3D-акселерометр (в 99% случаев это тоже может быть 3D-компас).
Есть только 3 возможных оси для гироскопа. Таким образом, имея 6 значений измерения, будет означать: измерение (по крайней мере косвенно) всех осей дважды. Это может иметь смысл, если вы хотите избежать отказа всего устройства, если один гироскоп неисправен. Также: достижение более точных измерений. Но обратите внимание, что большая часть шума при измерении связана с шипами / шумом источника питания. Таким образом, вам потребовалось бы 2 независимых источника питания для действительно независимых измерений (таким образом, достигается улучшение шума измерения на 3 дБ [= половина шума]).
Гироскоп измеряет частоту вращения и в трехмерной системе, которая может быть только вокруг 3 осей: крена, рыскания и тангажа. Как говорит Джим, остальные 3 параметра могут быть из акселерометра, который также дает вам положение вращения вокруг тех же трех осей.
Вам нужно 6 параметров для описания положения и ориентации объектов: расстояние в направлении X, Y и Z и вращение вокруг оси X, Y и Z. Гироскоп / акселерометр может помочь вам с вращением, но не может обнаружить боковое движение. (Акселерометр может косвенно измерять смещение, но для этого требуется двойной интеграл, который может поставить под угрозу точность.)
Я думаю, что они называют это «6-осевым гироскопом», потому что гироскопическая функция и функция акселерометра выполняются одним и тем же устройством, «гироскопом». Это делается для того, чтобы отличать более простые 3-осевые гироскопические устройства, так как два по сути являются одной и той же деталью, отдельного акселерометра нет, это всего лишь дополнительная функциональность для «гироскопа», которую практически ничего не стоит добавлять, но они могут добавить большие деньги на ценник модели для. Вот как «флайбар» вымер, 3-осевой гироскоп сделал его устаревшим, когда он заменил одноосный гироскоп «удержание курса» практически за бесценок в добавленной стоимости.
Что такое гироскоп и как он работает?
История создания гироскопа началась в 1817 году, когда Иоанн Боненберг изобрел подвес, рамки в котором рамки вращались в горизонтальной, вертикальной или угловой плоскостях. Далее прибор совершенствовался, и в 1852 году известным ученым-физиком Ж.Фуко был продемонстрирован гироскоп, используемый для определения положения оси Земли. Сегодня гироскоп широко применяется в самых разных приборах для ориентации в пространстве. Особенности устройства и возможности дают возможность использовать его в известных нам устройствах.
Что такое гироскоп
Законы вращения твердых тел лежат в основе создания гироскопа. Прибор позволяет стабилизировать их положение при малейшем отклонении, задействовав обратный момент вращения. Само слово произошло от двух греческих: «гирос» – что значит круг, и «скопео» – означает смотрю, то есть смотрю на вращение или круг.
Сегодня данный термин и однокоренные слова можно услышать везде. Пример – гироскутер. А квадрокоптер для взлета требует наличия минимум трех подобных приспособлений. Смартфон, планшет и популярные смарт часы также оснащены данным устройством.
Как работает гироскоп
Аналогом гироскопа можно назвать известную всем юлу или волчок. В гироскопе вращающейся частью является ротор, который подобен волчку, имеющему утолщенные края. Закрепляется ротор в подвес, рамки в подвесе осуществляют движение в трех плоскостях, называются они подвес Фесселя или карданов подвес.
Специальные датчики, называемые грузиками, реагируют на изменение положения тела в пространстве. Устройство создает гироскопический эффект с помощью обратного момента вращения, придавая телу первоначальное устойчивое положение. А благодаря современной электронике для стабилизации подключаются специальные датчики разгрузки.
Благодаря продуманности прибора и его действительно широким возможностям по стабилизации положения без него не обходится подавляющее большинство современных устройств и аппаратов. Гироскопами снабжены:
Позволяя стабилизировать положение тела в пространстве и определить угол отклонения, гироскопы делают многие приборы более функциональными и удобными в использовании.
Гироскоп в телефонах
В телефонах нет волчка в привычном понимании слова. Смартфоны включают в себя микроэлектромеханическую систему, или МЭМС, в которой имеются микромеханические и микроэлектронные компоненты. И хотя устройство гироскопа в смартфоне существенно отличается от общепринятого и более понятного, целью его остается определение собственного угла наклона относительно земной поверхности.
Преобразование механической энергии в электрическую формирует последовательность битов, или бинарный код. Именно с помощью бинарного кода осуществляется функционирование всех компьютерных систем. В небольших по размеру устройствам типа смартфона волчок в буквальном смысле отсутствует, вместо него внутрь помещены специальные подвижные массы веществ. Смещение подвижных масс веществ провоцирует изменения электрической емкости конденсаторов, что регистрируется микропроцессором.
Конденсаторы могут быть заменены пьезокристаллами, которые широко применяются в датчиках определения положения типа акселерометров. С помощью преобразования давления и скорости в электрический сигнал: он специальным образом обрабатывается микропроцессором. Акселерометры и гироскопы устанавливаются в смартфонах, эти инерционные МЭМС-датчики имеют различающиеся принципы получения информации. Для многих современных смартфонов характерно наличие обоих видов устройств.
Наличие гироскопа в мобильном телефона фиксируется в технической документации. Он представляет собой компактный чип, который можно рассмотреть, лишь разобрав прибор.
Для чего нужен гироскоп в смартфоне
Назначение гироскопа с смартфоне переоценить сложно. Ведь благодаря ему наши телефоны могут:
Существенно расширяя возможности смартфона, гироскоп делает его удобнейшим и практичным гаджетом для многофункционального применения.
Гироскоп в смарт часах
Смарт часы, или фитнес-браслет, прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Благодаря им во многом упрощаются повседневные дела, появляется дополнительная мотивация для активизации собственной жизни. Поднятие руки, на которую надеты «умные» часы, провоцирует срабатывание экрана – и именно благодаря гироскопу. А изменение положения кисти руки влечет за собой изменение положения картинки на экране смарт часов. Значит, даже во время вождения автомобиля можно безопасно читать текст с часов, который будет поворачиваться вместе с рукой.
В новых Apple Watch имеется даже особая функция распознавания критической ситуации, когда человек упал и лежит без движения: благодаря гироскопу срабатывает вызов в службу спасения!
Именно гироскоп «отвечает» за подсчет сожженных калорий при разнообразных занятиях спортом, считает шаги во время прогулки. Анализируя частоту переворотов во время сна, гироскоп в смарт часах может установить качество отдыха.
Гироскоп следует отнести к разряду устройств, которые делают многие наши дела более удобными, а также преподносить большой объем информации. Гаджеты становятся неотъемлемой частью нашего быта, наличие в них гироскопа облегчает процесс пользования.