Гироскоп датчик. Гироскоп в смартфоне: принцип работы и применение

Добавить комментарий

Что такое гироскоп в телефоне

Новые поколения смартфонов включают в себя функции, которые могут потребовать использования гироскопа, позволяющего изменять ориентацию устройства и не только.

02 октября 2021 года Разное

3 минуты, 49 секунд читать

2688

Разное

Область его применения довольно обширна, поэтому давайте ознакомимся с тем, что такое гироскоп, для чего он необходим в смартфоне и где применяется.

Это встроенный датчик, который позволяет смартфону обнаруживать и измерять вращательное движение, такое как наклон и боковая ориентация объектов. 

Гироскоп помогает определить, насколько сильно повернут телефон и в каком направлении. Его польза особенно ощущается во время игр на мобильном устройстве или при просмотре видео и фотографий, которые перемещаются вместе с тем, как меняется положение вашего телефона.

Гироскопические датчики могут контролировать и управлять положением устройства, ориентацией, направлением, угловым движением и вращением.  К примеру, популярные приложения Pokemon Go и Google Sky Map, используют датчик для определения направления.

Впервые гироскоп установили в iPhone 4, поэтому считается, что с лучшим датчиком гироскопа поставляются айфоны.

Отличие гироскопа от акселерометра

Акселерометр — это элемент, измеряющий ускорение, а также наклон, угол наклона, наклон, вращение, вибрацию и столкновение устройства. Как и гироскоп, он обеспечивает функциональность смартфона и упрощает его использование.

Гироскоп и акселерометр тесно взаимодействуют в сочетании с операционной системой смартфона и специальными программными приложениями. Первый высчитывает угол наклона смартфона относительно поверхности и передает информацию в ОС, а второй выполняет точные вычисления ускорения. Благодаря им гаджеты справляются с функцией шагомеров.

В целом современные телефоны оснащены гироскопом и акселерометром, чтобы экран смартфона случайно не поворачивался во время передвижения. Также датчики предназначены для определения вашего устройства в пространстве.

Применение гироскопа в смартфонах

• Графический интерфейс для определения движения

Гироскоп в смартфоне предоставляет графический интерфейс, позволяющий пользователю выбирать меню, наклоняя телефон.

Это также позволяет запускать предустановленные команды для различных движений. Например, можно встряхнуть телефон, чтобы его заблокировать или слегка отклонить устройство для перехода в начало и конец вашего списка контактов.

В приложении калькулятор при повороте смартфона на 90 градусов представлен широкий выбор различных тригонометрических функций.

• Ответить на звонок/открыть веб-сайт

На некоторых смартфонах датчик гироскопа обеспечивает возможность отвечать на звонки или открывать сайт с помощью таких команд, как вращение, легкое встряхивание телефона 2-3 раза и т.

• Стабилизация изображения

Стабилизация – функция гироскопа, которая выравнивает изображения и при этом не портит качество снимков. Это позволяет телефону получить более четкие фотографии и устраняет дрожание при записи видео.

• GPS навигация

При помощи гироскопа GPS помогает автомобилю ориентироваться в туннелях или подземных дорогах при потере сигнала сети.

• Датчик движения в игровом процессе

Выпуская iPhone 4, Apple сделала гироскоп ключевым механизмом в играх с движением. Датчик позволяет владельцу использовать свой гаджет в различных играх как рулевое колесо при управлении автомобилем или самолетом, проводить поединки, отыскивать персонажей и многое другое.

• Просмотр визуального контента

Благодаря работе встроенного датчика, людям стало удобнее смотреть видео на YouTube и просматривать фотографии.

Главным недостатком гироскопа является нежелательный поворот экрана во время изменения позы человека, допустим, при чтении или просмотре изображений. Для этого предусмотрено простое решение — отключение функции автоповорота в настройках смартфона, которая отвечает за смену ориентации экрана.

Как откалибровать гироскоп

Гироскоп по умолчанию встроен во все смартфоны и всегда активен, поэтому его нельзя включить или отключить, а также невозможно настроить самостоятельно. В этой ситуации возможно лишь настроить или откалибровать акселерометр, включив или выключив функцию поворота экрана.

Заключение

Смартфоны — это сложные маленькие машины, которые за последнее десятилетие совершили невероятную эволюцию. Теперь они способны предвидеть наши потребности, отслеживать наши движения, а также могут работать в качестве личного помощника,

Изо дня в день наши гаджеты становятся умнее — и нам определенно нужно учесть, насколько важную роль в этом играют датчики.

Гироскоп — SparkFun Learn

• Главная
• Учебники
• Гироскоп

≡ Страниц

Авторы: Участник #23999

Избранное Любимый 22

Что такое гироскоп

Гироскопы или гироскопы — это устройства, которые измеряют или поддерживают вращательное движение. Гироскопы MEMS (микроэлектромеханическая система) представляют собой небольшие недорогие датчики, измеряющие угловую скорость. Единицы угловой скорости измеряются в градусах в секунду (°/с) или оборотах в секунду (RPS). Угловая скорость — это просто измерение скорости вращения.

Гироскоп LPY503 на доске.

Гироскопы, подобные приведенному выше, могут использоваться для определения ориентации и используются в большинстве автономных навигационных систем. Например, если вы хотите сбалансировать робота, можно использовать гироскоп для измерения вращения из сбалансированного положения и отправки поправок на двигатель.

SparkFun 9DoF IMU Breakout — ICM-20948 (Qwiic)

Нет в наличии SEN-15335

18,50 $

5

Избранное Любимый 29

Список желаний

Прорыв IMU SparkFun 9DoF — LSM9DS1

Пенсионер SEN-13284

11 Пенсионер

Избранное Любимый 42

Список желаний

Трехосевой акселерометр и гироскоп SparkFun — MPU-6050

Нет в наличии SEN-11028

32,50 $

8

Избранное Любимый 32

Список желаний

SparkFun 6 степеней свободы прорыва — LSM6DS3

Пенсионер SEN-13339

1 Пенсионер

Избранное Любимый 16

Список желаний

Понятия в этом руководстве

Прежде чем углубляться в это руководство, вы можете прочитать некоторые из этих понятий, если вы с ними не знакомы.

• Логические уровни
• SPI-связь
• Связь I2C
• Аналого-цифровое преобразование

Как работает гироскоп

Когда объекты вращаются вокруг оси, они имеют так называемую угловую скорость . Прялка может быть измерена в оборотах в секунду (RPS) или градусах в секунду (°/s).

Обратите внимание, что ось z показанного ниже гироскопа совпадает с осью вращения колеса.

Если вы прикрепите датчик к показанному выше колесу, вы сможете измерить угловую скорость оси Z гироскопа. Две другие оси не будут измерять вращение.

Представьте, что колесо вращается один раз в секунду. У него будет угловая скорость 360 градусов в секунду. Направление вращения колеса также имеет значение. Это по часовой стрелке вокруг оси или против часовой стрелки?

Трехосевой МЭМС-гироскоп, подобный изображенному выше (ITG-3200), может измерять вращение вокруг трех осей: x, y и z. Некоторые гироскопы бывают одно- и двухосевыми, но трехосный гироскоп в одном чипе становится меньше, дешевле и популярнее.

Гироскопы часто используются на объектах, которые вообще не вращаются очень быстро. Самолеты (надеюсь) не крутятся. Вместо этого они поворачиваются на несколько градусов по каждой оси. Обнаружив эти небольшие изменения, гироскопы помогают стабилизировать полет самолета. Также обратите внимание, что ускорение или линейная скорость самолета не влияют на измерение гироскопа. Гироскопы измеряют только угловую скорость.

Как МЭМС-гироскоп определяет угловую скорость?

Внутренний рабочий вид гироскопического датчика MEMS

Датчик гироскопа в MEMS крошечный (от 1 до 100 микрометров, размер человеческого волоса). При вращении гироскопа небольшая резонирующая масса смещается при изменении угловой скорости. Это движение преобразуется в очень слаботочные электрические сигналы, которые могут быть усилены и прочитаны хост-микроконтроллером.

Как подключиться к гироскопу

Основными аппаратными соединениями для использования гироскопа являются мощность и интерфейс связи . Как всегда, всю информацию о технических характеристиках и примерах подключений см. в описании датчика.

Коммуникационный интерфейс

Гироскопы могут иметь цифровой или аналоговый коммуникационный интерфейс.

• Гироскопы с цифровым интерфейсом обычно используют протоколы связи SPI или I2C. Использование этих интерфейсов позволяет легко подключаться к хост-микроконтроллеру. Одним из ограничений цифрового интерфейса является максимальная частота дискретизации. I2C имеет максимальную частоту дискретизации 400 Гц. SPI, с другой стороны, может иметь гораздо более высокую частоту дискретизации.

• Гироскопы с аналоговым интерфейсом отображают скорость вращения с помощью переменного напряжения, обычно между землей и напряжением питания. Для считывания сигнала можно использовать АЦП на микроконтроллере. Аналоговые гироскопы могут быть дешевле, а иногда и более точными, в зависимости от того, как вы читаете аналоговый сигнал.

Мощность

МЭМС-гироскопы, как правило, представляют собой устройства с низким энергопотреблением. Рабочие токи находятся в диапазоне мА, а иногда и микроамперах. Напряжение питания гироскопов обычно не превышает 5 В. Цифровые гироскопы могут иметь выбираемое логическое напряжение или работать от напряжения питания. Для любого цифрового интерфейса не забудьте подключить линии 5 В к 5 В и линии 3,3 В к 3,3 В. Кроме того, гироскопы с цифровыми интерфейсами могут иметь режимы пониженного энергопотребления и спящий режим, что позволяет использовать их в устройствах с батарейным питанием. Иногда это преимущество перед аналоговым гироскопом.

Как выбрать гироскоп

При выборе типа гироскопа необходимо учитывать множество характеристик. Вот несколько наиболее важных и полезных:

Диапазон

Диапазон измерения или полный диапазон — это максимальная угловая скорость, которую может считать гироскоп. Подумайте о том, что вы измеряете. Вам нужно измерить скорость вращения проигрывателя, который работает очень медленно, или вращающегося колеса, которое может быть очень быстрым?

Чувствительность

Чувствительность измеряется в мВ на градус в секунду (мВ/°/с). Пусть вас не пугает странное измерение этого значения. Он определяет, насколько изменится напряжение при заданной угловой скорости. Например, если для гироскопа задана чувствительность 30 мВ/°/с, и вы видите изменение выходного сигнала на 300 мВ, вы повернули гироскоп на 10 °/с.

Запомните хорошее правило: с увеличением чувствительности дальность уменьшается. Например, посмотрите таблицу данных гироскопа LPY503 или любого гироскопа с выбираемым диапазоном:

Обратите внимание, что при большем диапазоне страдает чувствительность и снижается разрешение.

Смещение

Как и в случае любого датчика, измеряемые вами значения будут содержать некоторую погрешность или смещение. Вы можете увидеть смещение гироскопа, измерив выходной сигнал, когда гироскоп неподвижен. Хотя вы думаете, что увидите 0°, когда гироскоп неподвижен, вы всегда будете видеть небольшую ненулевую ошибку на выходе. Эти ошибки иногда называют дрейфом смещения или нестабильностью смещения. Температура датчика сильно влияет на смещение. Чтобы свести к минимуму источник этой ошибки, большинство гироскопов имеют встроенный датчик температуры. Таким образом, вы можете считывать температуру датчика и корректировать любые изменения, зависящие от температуры. Чтобы исправить эти ошибки, гироскоп должен быть откалиброван. Обычно это делается путем удержания гироскопа в неподвижном состоянии и обнуления всех показаний в вашем коде.

Идем дальше

К настоящему моменту вы должны знать, как работает гироскоп, и иметь хорошую основу для начала работы с гироскопом в собственном проекте.

Ознакомьтесь с этими руководствами, в которых используются гироскопы:

• Аналоговый гироскоп + Arduino
• Руководство по покупке гироскопа
• Балансирующий робот

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• ☠

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Преобразователь RS232 SMD — MAX3232

В наличии COM-00589

Избранное Любимый 4

Список желаний

Сменный элемент для ремонта горячим воздухом — с контролем температуры

28 в наличии ТОЛ-11130

21,50 $

Избранное Любимый 5

Список желаний

Интерфейсный кабель — гнездо SMA — штекер SMA (25 см)

В наличии WRL-12861

1

Избранное Любимый 7

Список желаний

Разрыв датчика влажности и температуры SparkFun — Si7021

Осталось всего 10! SEN-13763

10,95 $

13

Избранное Любимый 40

Список желаний

Enginursday: 3D-печать на пути к лучшему принтеру (часть 1)

16 апреля 2020 г.

Вот как я сделал корпус принтера для своего Таз 6.

Избранное Любимый 0

День инженера: когда НЕЛЬЗЯ использовать Raspberry Pi

13 августа 2020 г.

Давайте рассмотрим, когда что-то вроде Arduino или Teensy более уместно, чем использование Raspberry Pi.

Избранное Любимый 2

Использование GitHub для совместного использования с SparkFun

19 августа 2013 г.

Простое пошаговое руководство, которое поможет вам загружать файлы с сайта GitHub SparkFun, вносить изменения и делиться ими с SparkFun.

Избранное Любимый 12

Руководство по подключению LSM9DS0

27 февраля 2014 г.

Как собрать, подключить и использовать LSM9DS0 — акселерометр, гироскоп и магнитометр «все в одном».