Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне

Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне

Что такое акселерометр, гироскоп,

Множество современных устройств и гаджетов имеют встроенные в них гироскопы и акселерометры. Смартфоны, видео- и фотокамеры, планшеты, ридеры и т. д. — практически везде встречаются данные приспособления, хотя их присутствие вовсе не заметно, если взглянуть на прибор снаружи.

Гироскоп по-другому именуют гиродатчиком, а акселерометр — G-сенсором. Работая в паре, данные устройства превосходно дополняют друг друга, обеспечивая удобство пользования и гибкость функций гаджета.

Акселерометр

Акселерометр в простейшем виде — это закрепленный на пружинке грузик, установленный в собственном корпусе. При встряхивании или повороте корпуса, грузик перемещается внутри него по инерции. И поскольку при ускорении в соответствующем направлении грузик движется, он неизбежно натягивает за собой и пружинку, колебания которой могут быть приняты в расчет для определения направления и ускорения изменения положения всего корпуса.

Так, три пружинки с грузиками, установленные вдоль трех пространственных осей, позволяют получить полное представление о направлении и величине ускорения относительно земли того предмета, к которому они прикреплены.

Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне

В смартфоне, например, вся эта конструкция размещена внутри маленькой микросхемы, и все движения «грузиков» происходят внутри нее. Однако в результате становится возможным определение ускорения всего смартфона в пространстве.

Читайте также:
Как работает Авито Доставка для покупателя

Гироскоп

Гироскоп действует совсем иначе. Волчок, закреплен на оси в первой рамке, и вращается с высокой скоростью. Первая рамка имеет свободу вращения, будучи закреплена на оси (перпендикулярной оси волчка) внутри второй рамки. Третья рамка несет на себе ось вращения для второй рамки (перпендикулярную осям вращения волчка и первой рамки).

В итоге, как ни поворачивай такую конструкцию, волчок будет стремиться сохранить вертикальное положение, хотя кольца и будут поворачиваться.

Для более точного определения параметров перемещения предмета в пространстве, гироскоп обычно работает совместно с акселерометром, позволяя получить полное представление о физическом движении корпуса того или иного гаджета.

Функционирование

Так, акселерометр измеряет проекцию результирующего кажущегося ускорения и позволяет определить угол наклона устройства по отношению к земле, а программа может на основе полученных данных повернуть, например, изображение на экране устройства, в котором этот акселерометр установлен. Поверните ридер из вертикального положения — на бок, и ориентация страницы на дисплее тут же изменится на альбомную.

Текущую ориентацию устройства в пространстве определяет гиродатчик. Программа реагирует на перемещение, и способна быстро отследить тот момент, когда устройство, например, падает. Ноутбук опрокидывается — внутри активируется система фиксации жесткого диска.

Играя раньше в компьютерные игры, человек мог осуществлять управление игровым процессом при помощи джойстика, мыши или клавиатуры. Сегодня же можно играть в гонки на смартфоне, и просто двигая, встряхивая или наклоняя его в разных направлениях, полностью управлять игровым процессом — вести виртуальный автомобиль.

На данный момент придумано множество интерактивных игр с учетом возможностей управления, открывшихся благодаря паре акселерометра и гироскопа. Игры стали более увлекательными, так как получаются почти реальными.

Акселерометр с гироскопом всюду управляют ориентацией изображения на экране. Стоит наклонить смартфон — ориентация станет альбомной (удобной для просмотра видео), а верни его в вертикальное положение — снова превратится в стандартную, удобную для чтения с веб-страниц.

Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне

Аналогичным образом автоматически настраивается вид в приложениях — вид плеера изменяется, становится видно обложку прослушиваемого альбома, когда ориентация экрана горизонтальна, но в вертикальном положении остаются лишь основные кнопки управления проигрыванием музыки.

В GPS-навигаторах карта поворачивается на экране подобно стрелке компаса, когда вы то и дело сворачиваете, перемещаясь по местности с ним в руках, но стрелка, указывающая направление, остается направленной в соответствии с положением в пространстве ваших рук.

Шагомер — еще одно простое, но полезное, применение акселерометра. Вы можете задать индивидуальные настройки, и узнаете не только количество сделанных шагов, но сможете прикинуть и приблизительное расстояние, которое пробежали или прошли.

Разумеется, используя устройство с гироскопом и акселерометром необходимо учитывать тот факт, что данные датчики реагируют не только на осознанно сделанные движения, но и на случайные.

Порой это вредно, например вы ложитесь с ридером на диван, желая почитать книгу, ворочаетесь при этом немного, а он, будучи чувствительным, реагирует на случайное движение и поворачивает страницу, переводя ее в альбомный вид.

В таких ситуациях будет очень полезна возможность настройки чувствительности датчика, когда задается угол наклона устройства, при котором датчик понимает, точно ли нужно развернуть ориентацию или это просто неловкое движение.

Акселерометр: что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне

Напоследок дам такой совет: если вы планируете пользоваться акселерометром или гиродатчиком устройства, обязательно проверьте  корректность их работы при покупке, чтобы потом не было разочарования. И ещё я очень не советую покупать устройства со встроенным акселерометром без возможности его отключения. Такие устройства, к сожалению, выпускаются (обычно мелкими китайскими фирмами), и подчас они весьма раздражают своих владельцев ложными срабатываниями данного датчика.

И помните, что наличие и гироскопа, и акселерометра гораздо лучше наличия одного лишь акселерометра (G-сенсора). Гироскоп в паре с G-сенсором способен точнее определять положение устройства в пространстве, и возможностей интерактивного управления — например, в играх — будет больше.

Что такое датчик ускорения

Понятие «Акселерометр» состоит из двух слов — из латинского «accelero» («ускоряю») и из греческого «metreo («измеряю»). Дословно можно перевести, как измерение ускорения. Главное назначение датчика состоит в измерении кажущегося ускорения, или разницы в гравитационном и истинном ускорении, между физическим телом или объектом.

Акселерометр определяет угол наклона телефона относительно земной поверхности. Он сопоставляет три основные координаты: X, Y и Z или ширину, длину и высоту. Применение специального программного обеспечения изменяет расположение картинки на дисплее мобильного устройства. Данные действия он производит в соответствии с координатами, которые передает датчик.

Умный прибор, который обладает небольшими размерами, может не только определять изменение положения смартфона в системе координат, но и производить дополнительные функции. Он может воспринимать внешние факторы, реагировать на встряхивания, толчки, повороты.

Сейчас датчик ускорения является обязательным элементом любого смартфона. Но несколько десятков лет назад, первые телефоны, в которых были предусмотрены данные элементы, были дорогие и воспринимались они, как настоящее чудо.

Принцип действия датчика

Пользователь, впервые столкнувшийся с термином «акселерометр» в списке характеристик смартфона, может заинтересовать, что это такое, как работает и выглядит. Ответить на эти вопросы несложно –  устройство, получившее название от латинского слова «accelero» («ускоряю»), применяется для измерения кажущегося ускорения.

Определяя этот параметр, датчик помогает программному обеспечению контролировать положение телефона в пространстве и расстояние, на которое был перемещён мобильный гаджет.

Между тем, даже зная, что такое акселерометр, некоторые пользователи не отличают его от гироскопа. На самом деле оба датчика могут измерять одни и те же величины, но полностью заменить друг друга не способны.

При этом гироскоп в телефоне необходим для определения угла поворота гаджета относительно определённой плоскости. А акселерометр требуется для контроля положения в пространстве путём измерения ускорения движения. Совместное использование устройств помогает программному обеспечению гаджета получить более точные результаты.

Рассматривая действие акселерометра и что это такое по большому счёту, стоит познакомиться с принципом действия классического приспособления:

  1. Основная часть датчика представляет собой инертную массу (например, грузик), прикреплённую к упругому элементу.
  2. Упругая деталь типа пружины фиксируется на неподвижном элементе.
  3. Пружина зафиксирована на неподвижной части конструкции.
  4. Колебания груза подавляются демпфером.
  5. При наклонах, встряске и поворотах гаджета инертная масса реагирует на силу инерции.
  6. Чем больше интенсивность и сила наклона, встряски или поворота, тем сильнее деформируется пружина.
  7. После возвращения массы на место под воздействием пружины уровень смещения относительно обычного положения фиксируется специальным датчиком.

С другой стороны, ответ на вопрос по поводу акселерометра в телефоне – что это и как выглядит, будет немного отличаться. В данном случае он представляет собой миниатюрный элемент на плате с расположенной внутри инертной массой и выглядит обычно как маленький чёрный квадрат.

Основной принцип работы элемента мало отличается от стандартного – при изменении положения инертной массы определяется величина смещения, по которому рассчитываются показатели положения гаджета. Такие датчики стоят практически на любом виде мобильной техники – на телефоне или планшете.

Применение устройства

Определившись с тем, что представляет собой акселерометр в телефоне, стоит узнать и как им пользоваться – для этого можно привести несколько примеров:

С помощью датчика осуществляется управление в играх – смена положения мобильного устройства вызывает определённые действия со стороны игрового персонажа или управляемого игроком транспортного средства. Так, например, наклоном телефона можно изменять направление движения автомобиля в гоночных симуляторах.

Во время спортивной пробежки акселерометр используется в смартфонах и планшетах для контроля пройденной дистанции. При этом определяется примерное количество сделанных шагов – и, хотя погрешность может быть довольно высокой (зависит от скорости движения), полученные результаты можно использовать для повышения результатов тренировки.

Наличие таких датчиков на смартфонах и планшетах позволяет изменять ориентацию изображения. Расположив мобильный гаджет горизонтально, пользователь при помощи акселерометра автоматически получает альбомный формат картинки или текста. При вертикальном расположении экрана ориентация изменится на книжную.

В других устройствах датчик применяют и для выполнения тех же задач, для чего нужен акселерометр на телефонах, и для других целей. Так, в авиации он необходим для работы навигационных систем, а в промышленности используется в качестве вибропреобразователя.

В системах управления жёсткими дисками HDD акселерометр требуется для компенсации вызываемых ускорениями объекта колебаний и защиты хранящихся на накопителе данных.

Видеорегистраторы с помощью этого датчика способны определять время ускорения и торможения, фиксировать остановки и столкновения. На джойстиках игровой приставке акселерометр необходим для управления игровым процессом.

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах помогает считать количество пройденных шагов. Собственно, это акселерометр в браслете и в smart-часах отслеживает ваши движения даже во сне. А программная обработка его показаний помогает распознать, идёте вы или бежите, с какой скоростью, как много шагов подряд сделали.

Когда вы поднимаете руку к лицу и дисплей автоматически включается – это тоже благодаря распознаванию жестов с помощью того же маленького, но полезного модуля.

В чем преимущества фитнес-браслета со встроенным акселерометром

Любой акселерометр-браслет намного удобнее, чем смартфон, используемый в тех же целях. Можно выделить следующие преимущества таких устройств:

  • Носить телефон в руке для того, чтобы фиксировать все данные при движении, неудобно. К тому, же его нельзя брать с собой при занятиях плаванием. Фитнес браслет надежно крепится на руке и сопровождает своего владельца повсюду.
  • Чтобы использовать смартфон в качестве фитнес-браслета, потребуется постоянно держать его подключенным к интернету и другим приложениям. Фитнес-браслет достаточно синхронизировать с интернетом всего один раз в сутки.
  • Чтобы сохранить данные в телефоне также потребуется использование специальных программ. В браслете сохранение данных осуществляется автоматически без загрузки каких-либо дополнительных приложений.

ТОП-10 трекеров с акселерометром

Если вы решили приобрести фитнес-браслет с акселерометром, то нужно изучить список лучших устройств в 2022 году:

  1. Garmin Vivosmart HR+. Оснащен акселерометром, высотометром и пульсометром. Он считает шаги, пройденное расстояние, потраченные калории и т.д. Фитнес-браслет работает в разных режимах, например, бег, езда на велосипеде, фитнес, плавание. Он отслеживает сон, ЧСС, минуты активности. А благодаря GPS-модулю, гаджет точно определяет координаты.
  2. Huawei Honor Band 4. Имеет G-сенсор и пульсометр. Фитнес-браслет позволяет выбирать из списка спортивных режимов наиболее подходящий, например, ходьба, бег на улице или беговой дорожке, езда на велосипеде или тренажере, плавание. Устройство автоматически следит за активностью пользователя при занятиях спортом. Кроме того, оно распознает разные стили плавания (брасс, баттерфляй и т.д.). В статистике отображается следующая информация: скорость плавания, расстояние, калории и т.д.
  3. Xiaomi Mi Band 3. Оснащен акселерометром и пульсометром. Чувствительный датчик позволяет считать шаги с минимальной погрешностью. Он правильно определяет пройденную дистанцию, количество калорий, этажи. Гаджет имеет водонепроницаемый корпус, поэтому в нем можно плавать, но специальный режим отсутствует. Кроме того, устройство хорошо понимает жесты.
  4. Garmin Vivosmart 3. Оснащен пульсометром, акселерометром, барометром, датчиком освещенности. Фитнес-браслет считает шаги, дистанцию, калории, количество повторений, определяет минуты активности, измеряет пульс, отслеживает фазы сна. Кроме того, он позволяет оценить аэробное состояние, отследить стресс в течение всего дня. Он подходит для плавания и поддерживает различные спортивные режимы.
  5. FitBit Charge 3. Имеет встроенный акселерометр, высотометр, сенсор освещенности, пульсометр. Это устройство считает минуты активности, шаги, время, потраченные калории. Фитнес-браслет позволяет определять цели, анализирует сон, определяет его качество. С ним можно плавать, а GPS выстроит маршрут пробежки.
  6. Amazfit Cor. Оснащен 3-осевым акселерометром и оптическим датчиком ЧСС. Фитнес-браслет напоминает о движении, считает шаги, дистанцию, этажи, калории, определяет время активности, измеряет пульс. С ним можно плавать.
  7. SMA B2. Имеет G-сенсор и пульсометр. Фитнес-браслет подсчитывает количество шагов, дистанцию, калории, напоминает о движении, измеряет ЧСС, кровяное давление. Позволяет выбирать режим пробежки или езды на велосипеде.
  8. Samsung Gear Fit 2Pro. Оснащен акселерометром, гироскопом, высотометром, пульсометром. Фитнес-браслет напоминает об активности, определяет количество шагов, дистанцию, калории, пульс. Благодаря GPS, устройство записывает траекторию перемещения, выстраивает беговые маршруты. Он позволяет тренироваться в разных режимах (в том числе плавания).
  9. Huawei Band 3 Pro. Имеет такой же набор датчиков, как предыдущий гаджет (кроме высотометра). Фитнес-браслет предлагает много полезных функций, например, измерение частоты сердцебиения, мониторинг сна, подсчет шагов, расстояния, количества кругов в бассейне и т.д. Автоматически определяет бег, езду на велосипеде и плавание.
  10. Huawei Talkband B5. Оснащен акселерометром и пульсометром. Фитнес-браслет обладает всеми важными базовыми опциями, например, подсчет шагов, расстояния, калорий, пульса и т.д. Кроме того, он выступает в качестве средства мобильной связи.

Вышеописанные фитнес-браслеты с акселерометром позволят сделать жизнь активнее, тренировки – более разнообразными, правильно спать, следить за состоянием здоровья.

Вывод

Акселерометр в мобильном устройстве, представляющий собой лишь крохотный чип, имеет существенное влияние на взаимодействие между человеком и смартфоном.

С его помощью управление аппаратом переходит на новый, более комфортный уровень. А игры и приложения получают множество дополнительных возможностей, которые можно реализовать при помощи акселерометра.

Видеообзор

 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Рейтинги и обзоры гаджетов