Что такое гироскоп и для чего используется в смартфонах

Современные смартфоны и планшеты напичканы всевозможными датчиками, задача которых облегчить жизнь пользователя и предоставить новые функции. Например, датчик освещённости регулирует яркость экрана, датчик приближения отключает дисплей во время разговора, а GPS помогает определить местоположение.

Гироскоп в телефонах появился сравнительно недавно, но уже стал одним из необходимых датчиков, без которого комфортное использование устройства невозможно.

Что такое гироскоп

Гироскоп (gyroscope) – устройство, способное определять положение тела в пространстве основываясь на изменении угла наклона относительно осей координат. Он может отслеживать поворот вокруг двух осей, или вокруг всех трёх, что позволяет полностью определить положение тела в пространстве. По принципу действия гироскопы делятся на механические, лазерные и оптические.

Размеры оригинальных гироскопов не позволяют использовать их в мобильных устройствах, поэтому в них применяются микроэлектромеханические системы (МЭМС), изготовленные на кремниевой подложке. Они обладают миниатюрными размерами, меньше спичечной головки, а низкая стоимость позволяет устанавливать их даже в самые дешевые устройства.

С каждым поколением мобильные гироскопы становятся компактнее, при этом улучшается вибрационная стойкость и уменьшаются шумы. В результате, положение устройства в пространстве определяется более точно.

Какие функции выполняет гироскоп

Самая очевидная и простая функция, которую может выполнять гиродатчик – это автоматический поворот экрана. Это удобно, например, при просмотре фильмов или при чтении книг. Нужно лишь повернуть телефон горизонтально и видео автоматически развернётся на полный экран.

Появление гироскопа на смартфонах вывело на новый уровень мобильные игры. Если раньше для управления автомобилем в игре использовались виртуальные кнопки, то теперь поворачивать можно просто наклонив смартфон в ту или иную сторону. Помимо гонок, управление стало проще в шутерах, стратегиях, и в других играх. А в некоторые игры не получится поиграть на устройстве без гиродатчика, например, в нашумевшую недавно Pokemon Go.

Гиродатчик используется в навигационных программах для повышения точности данных. Также он даёт возможность управления жестами, например, можно перелистывать треки в плеере встряхиванием телефона, или сбрасывать входящий звонок перевернув устройство.

Принцип работы гироскопа

Классический механический гироскоп представляет систему из трёх обручей и вращающегося внутри них диска. Обручи шарнирно закреплены друг на друге таким образом, чтобы оси их вращения были перпендикулярны друг другу.

Принцип его работы прост – вращающийся диск всегда сохраняет своё положение в пространстве подобно раскрученной юле. Если попытаться его наклонить, то диск будет сопротивляться этому, а значит поворачиваться придётся кольцам, на которых он закреплён. Гироскоп устроен так, что каждое кольцо реагирует на поворот вокруг одной из трёх осей координат, а значит, в совокупности они полностью описывают положение тела в трёхмерном пространстве.

Принцип работы гиродатчика в мобильных устройствах немного отличается. Положение устройства в пространстве отслеживается с помощью вибрирующего пьезокерамического чувствительного элемента диаметром 3 миллиметра. Степень и направление вибрации отслеживается регистрирующей электроникой, а на основании этих данных вычисляется поворот устройства относительно осей координат.

Отличие от акселерометра

Гироскоп – не единственный датчик, отслеживающий положение устройства в пространстве. Акселерометр, или G-sensor, выполняет те же самые функции, но работает по другому принципу.

В то время, как гиродатчик занимается отслеживанием угла наклона, акселерометр следит за ускорением устройства в том или ином направлении. В результате этих измерений также можно вычислить положение устройства в пространстве, но с меньшей точностью. Гиродатчик предоставляет более точные данные, именно это делает его приоритетным для определения положения смартфона в пространстве.

Возникает закономерный вопрос: зачем нужен акселерометр, если гироскоп более качественно выполняет его функции? Дело в том, что гиродатчик отслеживает только вращение устройства вокруг осей координат, а движение вдоль оси без вращения он определить неспособен. Зато акселерометр это перемещение увидит и измерит. Это позволяет использовать акселерометр, например, в качестве шагомера.

В результате, эти два датчика успешно дополняют и компенсируют недостатки друг друга.

Стоит заметить, что на смартфоны иногда устанавливается датчик ориентации, который иногда путают с гироскопом. Он является комбинацией акселерометра и датчика магнитного поля, позволяет измерять наклон и вращение вокруг оси.

Недостатки датчика

Помимо уже рассмотренной неспособности отслеживать равномерное перемещение, гироскоп имеет еще один недостаток – накопление ошибок измерений. Погрешность в результаты измерений вносит множество факторов: температура, вибрации элементов телефона или окружающих устройств, и даже сердцебиение пользователя. Эти погрешности очень малы и незаметны для человека, но проблема заключается в том, что они постоянно накапливаются, и в какой-то момент ошибка станет заметной. Для обнуления погрешности необходимо провести калибровку гиродатчика, либо перезагрузить телефон.

Как определить, есть ли гироскоп в телефоне

Практически все современные модели смартфонов, за исключением крайне бюджетных, имеют на борту гиродатчик. Найти информацию о его наличии и отсутствии можно в описании модели на сайте производителя. Однако, наличие этого датчика стало таким привычным, что многие производители даже не упоминают этот факт в характеристиках смартфона.

В этом случае придётся воспользоваться сторонними программами. Отображать имеющиеся в устройстве датчики умеет популярный бенчмарк AnTuTu. Существуют и специальные программы, которые занимаются исключительно датчиками, их настройкой и калибровкой. Наиболее известные среди них – Sensor Sense и Sensor Kinetics.

Как включить и откалибровать гироскоп на Андроид

Функции включения или выключения гироскопа в телефонах не предусмотрено. Если устройство включено – значит, датчик работает. Можно лишь запретить определённым программам реагировать на изменение положения телефона, например, отключить автоповорот экрана. Гироскоп при этом продолжит работать, но его данные уже не будут использоваться для изменения ориентации экрана.

Для калибровки лучше всего использовать специальные программы для работы с датчиками смартфона, например, Sensor Sense. Нужно найти в списке датчиков гироскоп и нажать на кнопку «калибровка». Продвинутые пользователи могут при этом изменить некоторые параметры датчика, например, масштабный коэффициент и смещение по осям.

Модели телефонов с гироскопом

Гироскоп – один из тех датчиков, которые по умолчанию присутствуют даже в смартфонах среднего ценового сегмента, не говоря уже о флагманах. В этом списке представлены популярные модели различных производителей, в которых используется гироскоп:

1. Apple iPhone X, средняя цена 74890 рублей. Флагман от компании Apple, которая каждый год устанавливает ориентиры для остальных производителей. В этот раз iPhone ввёл моду на «чёлку» в верхней части экрана, в которой размещаются различные датчики и фронтальная камера.
2. Samsung Galaxy S9+, 53990 рублей. Samsung не отстаёт от главного конкурента. Его особенность – закруглённые края, которые делают его визуально безрамочным.
3. LG V30+, 34490 рублей. Удачная модель от LG, которая может похвастаться неплохими камерами. Разумеется, остальные характеристики тоже соответствуют цене и статусу.
4. Asus Zenfone 5Z, 34840 рублей. Asus выпустил отличную модель для любителей хорошего звука. При этом мощность железа тоже заставляет обратить внимание на этот смартфон.
5. Sony Xperia XZ, 32290 рублей. Телефон с типичным для Sony дизайном и с не самой лучшей камерой. В 2016 был неплохим сбалансированным вариантом, но сейчас за эти деньги можно купить более удачную модель.
6. Xiaomi Pocophone F1, 27990 рублей. Новинка от китайского производителя, призванная покорить международный рынок. Как всегда отличное соотношение цены и мощности железа.
7. Meizu Pro 7, 19550 рублей. Прошлогодний флагман привлёк внимание необычным решением – на задней стороне телефона разместили небольшой дополнительный экран. Это позволяет делать селфи на основную камеру, а также получать различные уведомления.
8. Honor 10, 24990 рублей. Топовое железо в отличном корпусе за небольшие деньги – таков флагман компании Honor. Придраться можно разве что к камере и автономности.
9. OnePlus 6, 41190 рублей. Компания, называющая свой продукт «убийца флагманов», подтвердила свою репутацию. Мощность OnePlus 6 зашкаливает, но есть и недостатки: не топовая камера и отсутствие беспроводной зарядки.
10. Alcatel 3V 5099D, 6289 рублей. Модель самого нижнего ценового сегмента. Не может похвастаться выдающимися характеристиками, его главные козыри – цена и неплохой дизайн.