چگونه گوشی هوشمند متوجه چرخاندن صفحه نمایش می‌شود؟

چرخاندن صفحه نمایش در گوشی هوشمند چگونه به صورت خودکار اتفاق می‌افتد؟ ممکن است این سؤال را هنگام تماشای یک فیلم یا ویدیو روی گوشی زمانی که دوست دارید تصویر به صورت افقی نمایان شود از خودتان بپرسید. با چرخاندن گوشی‌های هوشمند نمایشگر به صورت خودکار به حالت افقی تغییر حالت داده و تصویر کل صفحه را در بر خواهد گرفت اما چطور این اتفاق رخ می‌دهد؟ گوشی‌های هوشمند علاوه بر داشتن صفحه نمایش با نرخ تازه‌سازی بالا و رابط کاربری فوق‌العاده، چندین سنسور هم دارند که جهت‌گیری‌ها را تشخیص می‌دهند. در ادامه با ما همراه باشید تا با کارکرد این سنسورها بیشتر آشنا شویم.

آشنایی و درک نیروهای بنیادین در طبیعت

اگر در یک روز بارانی بیرون از خانه باشید می‌توانید وزش باد روی صورت و قطرات آب را روی دستانتان احساس کنید اما چیزی که در این میان نمی‌توان حس کرد در واقع نیروهای اساسی و بنیادین مانند نیروی گرانشی و نیروی الکترومغناطیسی در طبیعت هستند.  اگرچه این نیروها برای ما قابل رؤیت و حس نیستند اما در واقع روی هر کاری که انجام می‌دهیم تأثیر مستقیم دارند. حین چرخاندن صفحه نمایش گوشی، دستگاه هوشمند شما تغییرات جزئی مغناطیسی را  تشخیص می‌دهد. علاوه بر این وزن بدن نیز با نیروی گرانش تعیین می‌شود.

اگر بخواهیم این اتفاق را کمی ساده‌تر بیان کنیم، در واقع می‌توان گفت هنگامی که نیروی گرانش به اجسام وارد می‌شود، آن‌ها با سرعت 9.8 متر بر مجذور ثانیه شتاب می‌گیرند؛ به همین دلیل هم وقتی یک شئ را پرتاب می‌کنید دوباره روی زمین می‌افتد.

از طرفی، نیروی الکترومغناطیسی مانند نیروی گرانش قابل لمس نیست. اگر بخواهید یک قطب نما را در هر جایی از این کره خاکی قرار دهید، قابلیت این را دارد تا میدان مغناطیسی زمین در آن ناحیه را تشخیص دهد و خودش را با قطب شمال هماهنگ کند.

اگرچه که نیروهای مغناطیسی تأثیر به سزایی در پیشرفت تکنولوژی داشتند اما همیشه نقش مثبت ایفا نمی‌کنند. تابش الکترومغناطیس در دزهای بالا برای بدن انسان خطرناک است.

آشنایی با عملکرد سنسور گوشی‌های هوشمند

حسگرهایی که روی گوشی‌های هوشمند کار گذاشته شده‌اند می‌توانند با شناسایی تغییرات ایجاد شده در نیروهای بنیادین، جهت‌گیری دستگاه در محیط را تشخیص دهند؛ اما سؤال اصلی اینجاست که این سنسورها چگونه عمل می‌کنند؟

روی مادربورد گوشی‌های هوشمند هزاران سنسور قرار داده شده است اما 3 سنسور اصلی دستگاه هستند که تغییرات چرخاندن صفحه نمایش را درک و تشخیص می‌دهند. این حسگرهای تشخیص جهت‌گیری از سیستم میکرو الکترومکانیکی (MEMS) برای اندازه‌گیری نیروهای بنیادین استفاده می‌کنند.

دستگاه‌های دارای MEMS برای این اندازه‌گیری از قطعات مکانیکی تعبیه شده در سیلیکون برای تولید سیگنال الکتریکی استفاده کرده و به کمک این سیگنال‌ها است که گوشی هوشمند شما تغییرات نیروهای وارد شده را تشخیص می‌دهد.

در ادامه توضیح مختصری در مورد شیوه کارکرد این حسگرها می‌دهیم:

• شتاب‌سنج: شتاب‌سنج برای تشخیص تغییرات شتاب در گوشی‌های هوشمند به کار برده می‌شود. برای تشخیص تغییرات مرتبط با شتاب در دستگاه از قانون اینرسی استفاده شده است. طبق این قانون جسمی که در حالت سکون قرار دارد تا زمانی که نیروی خارجی به آن اعمال نشود، حالت ساکن خود را حفظ می‌کند. برای این‌که بتوان از این مفهوم روی گوشی‌های هوشمند استفاده کرد یک جرم ثابت بین ساختارهای فنری مانند داخل یک سنسور MEMS معلق مانده است. جرم ثابت هنگامی‌که گوشی شما شتاب بگیرد به دلیل اینرسی که فنرهای فشرده ایجاد می‌کند، در جای خود باقی خواهد ماند. این فشرده‌سازی در نهایت باعث تولید سیگنال الکتریکی شده و به گوشی هوشمند شما می‌گوید که در حال شتاب گرفتن است.
• ژیروسکوپ: ژیروسکوپ نیروهای چرخشی گوشی هوشمند را کنترل و مدیریت می‌کند. این چرخش نیروی کوریولیس را که روی گوشی‌های هوشمند وارد شده اندازه‌گیری می‌کند تا تخمین بزند که چقدر در مرکز ثقلش چرخیده است. به عبارت دیگر می‌توان گفت که نیروی کوریولیس روی هر جسمی که درون یک جسم در حال چرخش قرار داشته باشد، با توجه به دوران آن اثر می‌کند. ژیروسکوپ طراحی مشابه با شتاب‌سنج دارد اما برای تشخیص تغییراتی که حین چرخش گوشی اتفاق می‌افتد تنظیم و طراحی شده است.
• مغناطیس‌سنج: به دلیل جریان‌های موجود در هسته زمین، میدان مغناطیسی در آن جریان دارد. تشخیص این میدان به گوشی‌های هوشمند کمک می‌کند تا جهت‌گیری‌های خود را با شمال واقعی میدان مغناطیسی زمین دریافت کند. گوشی‌های هوشمند مجهز به سنسور اثر هال سه محوره هستند. این حسگر از قوانین القای الکترومغناطیس فارادی برای شناسایی میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌کند. بر اساس این قانون، هادی حامل جریان با تغییر میدان مغناطیسی اطراف خود نیروی محرکه الکتریکی ایجاد می‌کند. با توجه به این تغییرات ایجاد شده در ولتاژ، از حسگرها می‌توان برای جهت‌یابی قطب‌های مغناطیسی زمین استفاده کرد.

حالا که شناخت اولیه از نحوه کارکرد سنسورهای موجود روی گوشی‌های هوشمند دارید، می‌توانیم نگاهی به عملکرد این سنسورها در کنار هم در جهت تشخیص چرخاندن صفحه نمایش روی دستگاه بیندازیم.

چگونه گوشی هوشمند متوجه چرخاندن صفحه نمایش می‌شود؟

شتاب‌سنج می‌تواند تغییرات ایجاد شده در شتاب گوشی هوشمند را تشخیص دهد اما این اطلاعات به تنهایی کمکی به تشخیص چرخاندن صفحه نمایش روی دستگاه نمی‌کند. دلیل این اتفاق هم این است که نیروهای گرانش همیشه روی شتاب‌سنج تأثیر می‌گذارند و همین موضوع تشخیص چرخش گوشی هوشمند را برای این حسگر دشوار می‌کند.

برای حل این مسئله روی گوشی‌های هوشمند از ترکیب چند حسگر در کنار هم استفاده شده است که در نهایت باعث می‌شود تا حسگرهای مختلف بتوانند با یک‌دیگر ارتباط برقرار کنند. به منظور تشخیص چرخاندن صفحه نمایش در دستگاه‌های هوشمند، شتاب‌سنج با ژیروسکوپ و مغناطیس‌سنج ارتباط برقرار می‌کند.

وقتی که صفحه نمایش گوشی را می‌چرخانید، شتاب‌سنج تغییرات مرتبط با شتاب را تشخیص داده و سپس با ژیروسکوپ ارتباط برقرار می‌کند؛ طی این ارتباط گوشی هوشمند شما می‌تواند بفهمد که آیا تغییرات شتاب‌سنج به چرخش گوشی مربوط بوده است یا خیر.

با این وجود ژیروسکوپ همچنان درصدی خطا دارد، چرا که نمی‌تواند نیروهای گرانشی که به گوشی وارد می‌شود را در نظر بگیرد. به همین دلیل هم به یک سنسور سوم یعنی همان مغناطیس‌سنج نیاز خواهد داشت. از مغناطیس‌سنج برای تشخیص تغییرات موقعیت گوشی هوشمند با توجه به میدان مغناطیسی زمین استفاده می‌شود. از این اطلاعات به همراه اطلاعات شتاب‌سنج و ژیروسکوپ برای تصمیم‌گیری در مورد این‌که صفحه گوشی شما باید در حالت عمودی قرار بگیرد یا افقی استفاده می‌شود.

آینده متعلق به تکنولوژی سنسورهاست؟

شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و مغناطیس‌سنج با استفاده از قوانین اینرسی و القای الکترومغناطیسی تغییرات نیروهای بنیادین در طبیعت را تشخیص می‌دهند. گوشی‌های هوشمند هم با استفاده از این قوانین اساسی برای فعال کردن قابلیت‌هایی مثل چرخش خودکار و تثبیت‌کننده نوری تصویر استفاده می‌کنند.

این روزها گوشی‌های هوشمند به کمک اطلاعات مرتبط با حسگرهای مختلف قابلیت‌های جذاب و خلاقانه‌ای را در اختیار کاربران قرار می‌دهند. برای نمونه می‌توان به انتشار قابلیت تشخیص تصادف روی دستگاه‌های اپل اشاره داشت. داده‌های موجود در حسگرها می‌توانند تصادف را تشخیص داده و خدمات اضطراری هشدار را فراهم کنند.

نظر شما در مورد آینده و نسل‌های بعدی سنسورها چیست؟ با ما در دیجی‌رو به اشتراک بگذارید.