Современный смартфон - это мини компьютер, который уже давно стал персональным помощником человека в бытовых и бизнес делах. Чтобы смартфон или любой другой "умный" гаджет обладал столькими функциями, в нем размещено множество датчиков. В рамках этой статьи поговорим про датчик Холла в телефоне. Что это такое, читайте ниже.

Что это за датчик?

Датчик Холла - датчик определения положения который основан на эффекте Эдвина Холла. Используется в смартфоне в роли магнитометра, как основа для работы электронного компаса и не только. Его задача - фиксировать наличие магнитного поля и определять его изменение.

Эффект Холла был открыт еще 1879 году в тонких пластинках золота, но использовать его в технике смогли только через 75 лет, когда наладили производство полупроводниковых пленок с нужными для него свойствами. Ему нашли применение в автомобилях - он помогал делать измерения угла положения распредвала/коленвала.

В смартфоне используется упрощенный аналог устройства, определяющий только наличие магнитного поля без определения напряженности по осям. Реализация довольно проста: помещенный в магнитное поле проводник, по которому проходит электрических ток, способствует тому, что электроны отклоняются к одной из граней пластины. Электроны в этой части накапливают отрицательный заряд, на противоположной грани - положительный. Процесс продолжается до момента, пока образовавшееся электрическое поле не компенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. Образованная разность потенциалов (которую именуют холловским напряжением) на краях пластины фиксируется датчиком Холла. В телефоне он реализован микросхемой, на выходе которой создается сигнал в двух состояниях:

• единица (1 - есть сигнал);
• ноль (0 - сигнала нет).

В зависимости от считанной информации с датчика смартфон выполняет запрограммированное действие.

Сейчас этот эффект применяется в разных технических реализациях. Кроме современных телефонов, повседневное применение нашлось:

• в системах электронного зажигания ДВС;
• в приводах дисководов;
• двигателях кулеров компьютерной техники;
• в электроизмерительных приборах для реализации бесконтактного измерения силы тока;
• в ионных реактивных двигателях.

Для чего он нужен в телефоне?

Несколько лет назад, магнитометр с дюжиной возможностей можно было встретить только во флагманских смартфонах. Сейчас же, он установлен практически в каждый телефон. Смартфон, укомплектованный магнитометром (работающим по принципу датчика Холла) позволял измерять величину электромагнитной индукции различных приборов, управлять бесконтактно некоторыми функциями телефона (например листание фотографий с помощью жестов, без физического контакта) и т.д.

Хотя магнитометр и установлен во множество мобильных устройств, не в каждом его функции реализованы на полную.

Делается это по техническим (например, не хватает места в конструкции телефона или для уменьшения энергопотребления) и финансовым (в бюджетных моделях) причинам. Если убрать все дополнительные функции, задача упомянутого сенсора сводится к двум основным функциям:

1. Цифровой компас. Используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения. При помощи датчика, GPS поиск происходит быстрее.
2. Взаимодействие с аксессуарами. Приобретя магнитный чехол для смартфона, датчик позволит смартфону включать и отключать дисплей в зависимости от удаления/приближения магнита на аксессуаре.

Эффект "выключения дисплея" можно заметить при закрытой крышке в раскладных телефонах.

Взаимодействие датчика и магнитного чехла

Взаимодействие реализовано простым образом: при открытии чехла, магнит расположенный в флипе, удаляется от дисплея. Происходит разрыв проводника с магнитным полем, холловское напряжение снижается и запускается цепочка включения дисплея. После этого дисплей будет разблокирован.

Как вы уже догадались, при закрытии чехла происходит обратное и экран блокируется.

В Некоторых чехлах сделаны окошка, для отображения информации при закрытой крышки чехла. Отображение информации и блокировка экрана происходит по тому же принципу. Датчик холла определяет положение смартфона и "решает", блокировать ли дисплей телефона, или оставить включенным.

Если вы переживаете, что магнит на флипе навредит смартфону, сбросте этот груз с плечь. Магнит не вредит смартфону! Чтобы в этом убедится, посмотрите видео.

В современные смартфоны и планшеты встроено большое количество контроллеров и блоков. Одним из таких и является датчик Холла.

В этом материале мы расскажем, зачем он нужен в телефоне и как вообще он применяется в смарт-технике.

Они могут быть как основными деталями телефона ( , модуль памяти), так и вспомогательными (положения, приближения и другие элементы).

Встроенные измерители не только позволяют упростить работу гаджета, но и дополняют его функциональные возможности .

Cодержание:

Определение и принцип работы

Датчик Холла – это измерительное устройство, целью которого является определение наличия и всех сопутствующих параметров магнитного поля. Своё название он получил в честь так называемого «эффекта Холла» и ученного Эдвина Холла, который и открыл эффект еще в 1879 году.

Учёный в лабораторных условиях изучал свойства электрического тока.

В результате, была определена прямая зависимость между током и магнитным полем: после того, как элементы электрической цепи были помещены в зону действия магнитного поля, напряжение тока в проводнике изменялось в зависимости от интенсивности магнитных излучений.

Фактически, это устройство определяет наличие магнитного поля. Напряжение поля им не измеряется. В результате, смартфон или другой гаджет может легко взаимодействовать с пространством, заменяя привычный компас и другие приборы.

Первые приборы Холла использовались в сфере машиностроения: в автомобилях и заводских установках. В автомобилях измерял угол распредвала/коленвала.

В более старых моделях машин, прибор позволял определить момент появления искры.

С течением времени и научно-технического прогресса датчики начали использовать во многих предметах, встречающихся в быту: бесконтактные выключатели, устройства для определения уровня жидкости и другие.

Также, результат работы датчика Холла является основой аппарата .

Устройство используется в сфере безопасности – для организации защиты периметра. Датчик измеряет любые изменения в магнитном поле, постоянно контролируя безопасность на охраняемом объекте.

Применение в смартфонах

В смарт-технике датчик используется в качестве контроллера, который является частью дисплейного модуля.

Благодаря прибору Холла, пользователь может осуществлять бесконтактное управление телефоном. Микросхема есть практически во всех флагманских устройствах.

Также, он используется в игровых приставках.

Благодаря ему и работают игры Stars Dance, Guitar Hero и другие игры, управление в которых осуществляется только с помощью сканирования жестов пользователя.

Возможности датчика могут быть реализованы в смартфоне не полностью. Все зависит от класса и его целевой аудитории.

Более дешевые гаджеты тоже могут иметь встроенный контроллер, однако, с его помощью юзер сможет использовать смартфон как, к примеру, компас. Реализация возможностей зависит еще и от размеров смартфона, так как аппаратный компонент требует достаточно много места под крышкой.

Задачи прибора в смартфоне :

• Функция встроенного цифрового компаса . Устройство может использоваться программным обеспечением. Все навигационные приложения или другие типы утилит используют возможности датчика для улучшенного позиционирования смартфона в пространстве. Также, с помощью встроенной микросхемы и эффекта устройства можно определить направление движения телефона. Такая возможность пригодиться в играх, при создании ;
• Взаимодействие с аксессуарами . Свойства датчика позволяют расширить функционал смартфона, если у вас есть магнитный чехол. С его помощью владелец может блокировать или получать доступ к рабочему столу, не открывая чехол-книжку;
• В раскладных телефонах он используется для автоматического включения и отключения дисплея, когда крышка гаджета изменяет положение;
• Работа функции «Автоповорот» экрана возможна благодаря микроконтроллеру Холла;
• Автоматическая коррекция изображения в режиме съемки или в разное время суток.

Распространение и типы контроллера

Датчики бывают трёх видов :

• Униполярные;
• Биполярные;
• Омниполярные.

Первый вариант реагирует только на один магнитный полюс.

Униполярные используются в современных микропроцессорных системах (смартфонах, планшетах, и прочих гаджетах).

Для активации работы датчика Холла достаточно поднести к устройству один полюс магнита. На другой полюс телефон реагировать не будет.

Для деактивации работы достаточно убрать магнит от девайса.

Биполярные магниты используются в автомобилях, ракетной технике, авиации. Принцип работы биполярного датчика заключается в том, что он реагирует на оба полюса магнита. После поднесения одного полюса к нему, он будет продолжать работать даже после того, как будет убран. Выключить работу контроллера можно только с помощью противоположного полюса.

Цифровые Омниполярные контроллеры могут включаться и отключаться как от южного, так и от северного полюса магнита.

Как проверить наличие в смартфоне?

Первый способ проверки наличия датчика – это описание характеристик телефона. Их можно найти в открытом доступе в интернете.

Однако, не во всех интернет-магазинах или форумах может упоминаться датчик Холла как один из встроенных модулей. Как правило, такая характеристика не вносится в число основных.

Если вы еще не приобрели телефон, зайдите на сайт производителя и скачайте электронную инструкцию по использованию смартфона.

В ней всегда детально описаны все аппаратные компоненты. Также, можно воспользоваться одним из следующих способов :

• Почитайте отзывы о гаджете. Возможно, другие владельцы обозначили наличие датчика;
• Задайте вопрос администрации интернет-магазина , через который планируете покупать товар;
• Найдите тематические группы, которые посвящены модели телефона , и в них задайте интересующий вопрос владельцам аналогичных телефонов;
• Посмотрите видео обзоры гаджета на YouTube. Как правило, они являются полными и упоминают обо всех аппаратных и программных особенностях телефона.

Если вы уже купили телефон и хотите проверить наличие контроллера Холла, нет необходимости выполнять вышеуказанные действия. Возьмите магнит любого размера и приложите его к экрану телефона. Гаджет со встроенным датчиком мгновенно погаснет и заработает снова только после того, как вы уберете магнит.

В представленном видеоролике наглядно продемонстрирован простой способ определения датчика в смартфоне :

Несмотря на компактные размеры, современный смартфон вмещает мощные элементы, среди которых камера с линзами и автофокусом, процессор,емкостная батарея и всевозможные датчики, позволяющие использовать гаджет больше чем просто «звонилку». Давайте детально разберем, для чего эти датчики и как они работают.

Датчик света в смартфоне

Это один из самых обязательных датчиков. Представляет собой полупроводниковый сенсор, находящийся рядом с разговорным динамиком. Основная его функция — экономия энергии батареи. Он улавливает поток фотонов и регулирует яркость подсветки экрана. Чаще всего работает в тандеме с датчиком приближения.

Датчик приближения

Это сенсор, который находится рядом с датчиком света и отключает экран. Он посылает сигнал предмету, если он отражается, то датчик реагирует отключением экрана. Например, так происходит, когда подносишь смартфон к уху.

Акселерометр (G-сенсор)

Данный сенсор представляет собой эл. механический прибор, фиксирующий все движения смартфона. Его задача переключать экран при наклоне устройства, фиксировать жесты, участвовать в управлении игр, подсчитывать шаги. Он бывает 2-х и 3-х осевым. В последнем случае при покое одна из осей будет показывать 9-10 м/с2. Например, на неподвижный телефон акселерометр не реагирует, поэтому в играх точность снижена. Практически всегда работает в паре с гироскопом.

Гироскоп в телефоне

Эта электромеханическая схема определяет положение смартфона в пространстве, учитывает его неподвижность. Он очень точен, погрешность не более 1-2°. Вместе с акселерометром используется в игровых приложениях, при управлении жестами.

Магнитометр в телефоне

Определяет магнитное поле земли, измеряет положение в 3-х мерном пространстве. Главная функция этого сенсора – наиболее точно определить местоположение при отсутствии GPS-сигнала. Другими словами, это цифровой компас, информирующий, в каком направлении относительно севера перемещается смартфон. С помощью его и специального приложения можно искать проводку в стенах.

Это были наиболее продвинутые датчики, находящиеся даже в бюджетных смартфонах. Более дорогие гаджеты могут иметь дополнительные сенсоры.

Барометр (датчик давления)

Вместе с магнитометром он помогает смартфону быстрее определить свое местонахождение, поймать GPS-сигнал. Прямое назначение – показывать атмосферное давление и высоту над уровнем моря. Чем выше поднимаешься, тем меньше давление. На показания влияет атмосферное давление, поэтому данные могут быть не точными.

Температурные датчики

Хороший смартфон напичкан цифровыми термометрами. Конструктивно это резисторы с двумя выводами, в зависимости от температуры между выводами меняется сопротивление. Так мы узнаем температуру батареи, процессора и разных контроллеров. Именно он отключает зарядку, чтобы не закипел электролит батареи. Очень редко встречаются датчики окружающей среды. Они себя не зарекомендовали, ведь внутренняя температура в смартфоне и температура от рук искажают данные.

Гигрометр

Измеряет влажность воздуха, особо не распространен, последний раз использовался в Galaxy S4. Ориентируясь на его показания можно включить прибор для увлажнения или осушения воздух в помещении.

Пульсометр

Это сенсор для измерения сердечного сокращения (пульса). С его помощью корректируют нагрузки в процессе тренировок. Этим датчиком смартфон должен плотно прилегать к кровеносным сосудам. Предустановлен в Galaxy S5, S7 (S7 Edge). Чаще всего применяется в трекерах и смарт-часах.

Сканер отпечатков пальцев

Данный сенсор завоевывает все больше популярности. Он мгновенно разблокирует девайс без ввода пароля и надежно защищает данные на устройстве. Сегодня даже малоизвестные производители смартфонов стараются оснастить им свои детища. Первым среди смартфонов его получил iPhone 5S.

Сканер сетчатки глаза

В 2016 году печально известный Samsung Galaxy Note 7 был оснащен этим датчиком. По скорости он не уступает сканеру отпечатка пальцев. ИК-луч сканирует радужную сетчатку глаза, фиксирует ее и кодирует в алгоритм, с которым в последствие и сравнивается. Примечательно, что он работает даже в темноте, идентифицирует через прозрачные очки и линзы.

Современный смартфон премиум-класса имеет не менее 12 датчиков, среди лидеров iPhone, Samsung Galaxy, HTC. А сколько датчиков на вашем смартфоне?

Современные мобильные устройства оснащаются большим количеством функциональных блоков, среди которых – не только основные элементы, но и вспомогательные датчики. Если о том, что такое акселерометр, сенсор освещенности и гироскоп знают многие пользователи, то по поводу датчика Холла нередко возникают вопросы.

Датчики Холла, используемые в современных смартфонах, это измерительные элементы, которые позволяют определять наличие и интенсивность магнитного поля, а также его изменения. Свое название они получили в честь американского ученого Эдвина Холла, который еще в 1879 году открыл эффект изменения напряжения тока на проводнике при его помещении в магнитное поле.

Магнитный поток, взаимодействующий с датчиком Холла

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

В зависимости от уровня реализации, этот сенсор обладает довольно широкими возможностями. Среди них – измерение величины электромагнитной индукции различных приборов, возможность реализации бесконтактного управления и другие функции. Магнитометр, основанный на датчике Холла, в современных смартфонах встречается достаточно часто. Особенно в флагманских устройствах.

Но в большинстве мобильных устройств не все возможности датчика Холла реализованы в полной мере. Ограниченное пространство под крышкой, желание снизить потребление заряда аккумулятора, отсутствие широкого интереса и острой потребности в реализации новых функций сводят использование сенсора к двум задачам:

• Первая из них – это цифровой компас. Он используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения.
• Второй областью применения датчика Холла, наиболее востребованной владельцами смартфонов, является улучшение взаимодействия устройства с магнитными чехлами и другими аксессуарами.
• Использование датчика Холла в телефонах "раскладушках", чтобы включать или выключать экран при закрытии или открытии крышки.

Как смартфон взаимодействует с магнитными чехлами

Самым простым примером реализации взаимодействия чехла с магнитом и смартфона является автоматическая блокировка/разблокировка экрана при закрытии/открытии чехла. Датчик Холла реагирует на приближение магнита, расположенного в флипе, регистрируя усиление поля, и блокирует дисплей. При открытии интенсивность излучения снижается и экран активизируется.

Чехлы с окошком в верхней части, которые оставляют часть дисплея открытой для возможности использования отдельных функций (звонки, проигрыватель, часы) без раскрытия флипа, тоже взаимодействуют с датчиком Холла. Регистрируя наличие/отсутствие повышенного магнитного поля, смартфон определяет, оставлять активным весь экран или только его часть.

Еще одним примером аксессуара, требующего наличия датчика Холла, являются Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, использующие смартфон. Так как при использовании устройства телефон находится внутри, единственным способом управления остается удаленное взаимодействие магнита, встроенного в единственную «кнопку» аксессуара, с датчиком Холла.

Современный смартфон – это сложное высокотехнологичное вычислительное устройство, которое мощнее тысяч бортовых компьютеров, полвека назад запускавших «Аполлоны» на Луну. Датчиков на борту флагманских мобильников тоже установлено едва не больше, чем на борту этого самого «Аполлона». Каждый из них незаметно, но добросовестно выполняет свою работу. Чем же занимаются все эти датчики смартфона, и как они устроены – подробнее читайте далее.

Сенсор освещения в смартфоне расположен на передней панели, обычно возле разговорного динамика (бывают исключения). Конструкционно он представляет полупроводниковый сенсор, чувствительный к потоку фотонов. В зависимости от его интенсивности, сенсор осуществляет управление подсветкой дисплея, с целью более эффективно расходовать заряд аккумулятора. Также он может выполнять вспомогательную функцию для других задач, работая с датчиком приближения.

Датчик приближения

Это – оптический или ультразвуковой сенсор, определяющий, нет ли предметов перед экраном. Он посылает очень слабый световой или звуковой импульс, а если тот отразился – регистрирует отраженный сигнал. За счет этого осуществляется автоматическая блокировка экрана в режиме разговора или при перевороте смартфона дисплеем вниз. Традиционно сенсор приближения откалиброван таким образом, что регистрирует лишь 2 состояния: «посторонний предмет ближе N (обычно 5) сантиметров» и «посторонний предмет дальше N см».

Акселерометр

Этот сенсор смартфона расположен на плате и представляет собой миниатюрный электромеханический прибор, регистрирующий малейшие движения. В обязанности этого датчика входит переключение ориентации экрана смартфона при наклоне, управление в играх, регистрация особых жестов управления (вроде потряхивания или постукивания по корпусу), а также замер шагов (путем подсчета ритмических колебаний в процессе ходьбы).

Обычный двухосевой акселерометр в смартфоне

Бывают двухосевые и трехосевые акселерометры. Особенностью акселерометра является то, что в состоянии покоя - одна из осей всегда будет показывать значение в районе 9-10 м/с 2 (в трехосевом трехмерном акселерометре). Это связанно с тем, что сила тяжести Земли составляет в среднем 9,8 м/с 2 .

Гироскоп

Гироскоп отвечает за определение движения и ориентации смартфона в пространстве. Он тоже конструкционно представляет MEMS (микроэлектромеханическую схему), расположенную на системной плате. Сферы его применени пересекаются с таковыми у акселерометра. Основные отличия состоят в том, что гироскоп имеет заметно большую точность и измеряет движение не в м/с 2 , а радианах или градусах на секунду. За счет этого его можно использовать для отслеживания поворотов головы в VR-гарнитуре, а также более точно реализовать жестовое управление.

Гироскоп MEMS под микроскопом

Магнитометр и датчик Холла

Магнитометр измеряет величину магнитного поля окружающего мира. Он также проводит измерения в трехмерном пространстве (по трем осям декартовых координат - X, Y и Z). Основная функция магнитометра – более точное определение местоположения в ходе навигации. В этом режиме использования он выполняет функцию цифрового компаса. Благодаря тому, что одна из осей, которая расположена в плоскости с Северным полюсом Земли, регистрирует постоянно повышенный фон. Магнитометр помогает более точно определять, в какую сторону относительно севера движется смартфон.

Магнитометр смартфона

Часто магнитометр называют датчиком Холла, однако это не совсем тождественные понятия. Подробнее о датчике Холла мы писали в другой статье . Отличия состоят в том, что первый является более универсальным и чувствительным. Магнитометр способен производить замеры магнитного излучения, в то время как только регистрирует его наличие/отсутствие и уменьшение/усиление. В современных смартфонах отдельный датчик Холла обычно не ставят, так как универсальный магнитометр полностью покрывает его функциональность.

Одной из альтернативных функций магнитометра является поиск проводки в стенах. Проводник под напряжением генерирует слабое электромагнитное излучение, а чувствительность сенсора составляет единицы микротесла. Если водить смартфоном по стене, то в месте заложения кабеля магнитный фон будет повышенным.

Датчик гравитации

Измеряет силу притяжения нашей планеты в трехмерном пространстве. В состоянии покоя (когда смартфон лежит на столе), его показания должны совпадать с акселерометром: по одной из осей сила гравитации будет близка к 9,8 м/с 2 . Самостоятельно этот сенсор обычно не используется, но помогает работе других. В режиме навигации он определяет, в какой стороне земная поверхность, чтобы быстрее определить правильное положение смартфона. При использовании в VR за счет сенсора гравитации осуществляется правильное позиционирование картинки.

Датчик линейного ускорения в смартфоне

Принцип его работы практически идентичен акселерометру, единственное отличие кроется в инертности. То есть, показания этого сенсора не зависят ни от каких глобальных внешних факторов (вроде гравитации). Единственное, что он регистрирует – это скорость перемещений смартфона в пространстве относительно его прежнего положения.

Определять положение аппарата в пространстве датчик линейного ускорения не способен (нет привязки к внешним ориентирам), но это и не нужно (с данной задачей отлично справляются сенсор гравитации и акселерометр). Отсутствие привязки к внешним ориентирам позволяет поворачивать объекты на дисплее безотносительно этих ориентиров, например, в играх. Также данный сенсор, в совокупности с другими, повышает общую точность определения движений.

Датчик вращения

Он определяет направление и частоту вращения смартфона относительно одной из осей трехмерного пространства. Как и датчик ускорения, является независимым и не привязан к внешним ориентирам. Часто выполняется в составе одного модуля с сенсором линейного ускорения. Отдельно, как правило, не задействуется, но позволяет корректировать работу других сенсоров для повышения точности. Также помогает при управлении жестами, например, покрутив смартфон в кисти руки активируется камера.

Гироскоп MEMS в разрезе

Температурные датчики

Современный смартфон обильно напичкан цифровыми термометрами. Конструкционно они представляют собой термопару: резистор с двумя выводами, сопротивление между которыми меняется в зависимости от температуры. Так как он относительно примитивен, то может быть выполнен даже внутри полупроводникового чипа.

В каждом смартфоне обязательно имеется датчик температуры батареи. При ее перегреве он отключает зарядку или снижает силу тока на выходе, чтобы предотвратить закипание электролита, которое влечет возгорание или взрыв. Также распространены термометры внутри SoC (в количестве от пары штук – до десятка и более). Они измеряют температуры процессорных ядер, графического ускорителя, различных контроллеров. Иногда встречаются и датчики окружающей температуры, но они распространены слабо. Причина тому – низкая точность, так как тепло от внутренностей аппарата и рук пользователя искажает показания.

Датчик давления (барометр) в смартфоне

Барометр в смартфоне измеряет атмосферное давление (в мм ртутного столба, бар или паскалях). Он позволяет корректнее определять местоположение и высоту над уровнем моря, так как при подъеме давление снижается. Также он может использоваться в качестве альтиметра, замеряя высоту над уровнем моря, но точность оставляет желать лучшего, так как атмосферное давление меняется вместе с погодой. Еще меньше востребована функция корректировки прогноза погоды в метеорологических программах и виджетах.

Гигрометр

Гигрометр измеряет влажность воздуха. Его основное предназначение очевидно, но популярностью данный сенсор не пользуется. В теории с его помощью можно корректировать данные прогноза погоды. Зная показания, можно также управлять микроклиматом в помещении, включив увлажнитель или осушитель воздуха. Единственный из известных смартфонов с гигрометром – уже старенький Samsung Galaxy S4.

Пульсометр или датчик сердечного ритма в смартфонах

Пульсометр способен измерять частоту и ритм сердечных сокращений. В процессе занятий спортом он дает возможность наблюдать за работой сердца и корректировать нагрузки для повышения эффективности тренировок. Недостатком пульсометра является потребность в плотном контакте смартфона с частью тела, в которой кровеносные сосуды находятся близко к поверхности (например, пальцами), чтобы уловить малейшие пульсации. Из-за этого популярности в смартфонах он не приобрел, а вот в смарт-часах и фитнес трекерах встречается повсеместно.