هرآنچه باید درباره حسگرهای گوشی‌های هوشمند بدانید؛ حسگر ژیروسکوپ

آیا تاکنون از خود پرسیده‌اید که چگونه موقعی که حین برقراری تماس گوشی را نزدیک گوش خود می‌گیرید، صفحه‌نمایش آن به‌صورت خودکار خاموش کند یا چگونه با چرخاندن صفحه‌نمایش، ویدئو به‌صورت خودکار به حالت افقی یا عمودی پخش می‌شود یا چگونه در یک بازی ریسینگ می‌توانید با تکان‌دادن گوشی، به‌راحتی خودرو را هدایت کنید یا تنظیم نور خودکار صفحه‌نمایش چگونه انجام می‌شود؟

درادامه با بررسی حسگرهای موجود در گوشی‌های هوشمند از ابعاد مختلف به تمام این سؤال‌ها و سؤال‌های مشابه پاسخ خواهیم داد و نحوه‌ی کار، کاربردها و سایر موارد مهم دیگر درباره‌ی این حسگرها را بیان می‌کنیم.

فهرست حسگرهای موجود در گوشی‌های هوشمند

• حسگر مجاورت
• حسگر شتاب‌سنج
• حسگر ژیروسکوپ
• حسگر مغناطیس‌سنج یا قطب‌نمای دیجیتالی
• حسگر GPS
• حسگر فشارسنج
• حسگر نور محیطی
• حسگرهای صفحه‌ی لمسی
• حسگرهای زیست‌سنجشی ازجمله حسگر اثرانگشت، حسگر تشخیص عنبیه و حسگر تشخیص چهره
• حسگرهای دوربین (حسگر تصویر، حسگر عمق و حسگر ToF)
• حسگر میکروفون
• حسگرهای مرتباط با سلامت و ورزش افراد مثل حسگر تشخیص‌دهنده‌ی ضربان قلب یا حسکر گام‌شمار
• حسگراسکنر بارکد و کدهای QR
• حسگر دماسنج
• حسگر تشخیص‌دهنده‌ی رطوبت هوا
• حسگر شمارشگر گایگر

در مقاله‌های قبلی در مورد حسگر مجاور و شتاب‌سنج بحث کردیم و در این مقاله به بررسی حسگر ژیروسکوپ می‌پردازیم و در مقاله‌های آتی در مورد بقیه حسگرها بحث خواهیم کرد.

ژیروسکوپ

تعریف

حسگر ژیروسکوپ نیز مانند حسگر شتاب‌سنج عمل‌ می‌کند؛ اما این حسگر به‌جای تشخیص حرکات و شتاب گوشی در جهات خطی در سه محور مختلف، می‌تواند حرکات دورانی و زاویه‌دار (پیچ و تاب دار) را تشخیص دهد. به بیان ساده‌‌تر ژیروسکوپ می‌تواند چرخش و حرکت شیب‌دار را تشخیص دهد؛ اما شتاب‌سنج فاقد این قابلیت است. درحقیقت حسگر ژیرسکوپ با تشخیص حرکات چرخشی و پیچ‌و‌تاب‌دار، بعد جدیدی به اطلاعات حسگر شتابگر اضافه می‌کند. دراصل گوشی حسگر شتاب‌سنج شتاب و ژیروسکوپ جهت را تشخیص می‌دهد.

تاریخچه

لئون فوکو درسال ۱۸۵۲ حسگر ژیروسکوپ امروزی را اختراع کرد و مدل مناسب‌سازی‌شده‌ی آن برای گوشی‌های هوشمند در سال ۲۰۰۷ نخستین‌بار در گوشی‌ آیفون ۴ به‌کار گرفته شد. گوشی نکسوس اس که با همکاری گوگل و سامسونگ ساخته شده است، نخستین گوشی اندرویدی مجهز به حسگر ژیروسکوپ محسوب می‌شود. اندروید ۲.۳ نیز نخستین نسخه‌ی اندروید با پشتیبانی از ژیروسکوپ و قابلیت‌های جذاب آن در اپلیکیشن‌ها و بازی‌ها است.

ساختار و نحوه‌ی کار

قطعه‌ی اصلی حسگر ژیروسکوپ حسگری به‌نام ژیرو است که با نام‌های حسگر نرخ زاویه‌ای یا شتاب زاویه‌ای نیز شناخته می‌شود. این حسگر شتاب زاویه‌ای را تشخیص می‌دهد. به بیان ساده به‌معنای تشخیص تغییر زاویه‌ی چرخش در هر واحد زمانی است. درواقع ژیکروسکوپ به‌کار گرفته‌شده در موبایل دو قطعه‌ی مجزا از یکدیگر هستند که مانند حسگر شتاب‌سنج در یک سیستم الکترومکانیکال قرار گرفته‌اند و برخلاف جهت یکدیگر می‌چرخند. نیروی وارد‌شده به این دو جسم باعث می‌شود به‌سمت بالا و پایین بچرخند و از هم فاصله بگیرند. با اندازه‌گیری فاصله‌ی بین دو این جسم می‌توانیم میزان نیروی وارد‌شده بر این جسم و درنهایت زاویه‌ی چرخشی را اندازه‌گیری کنیم.

کاربردهای ژیروسکوپ

همان‌طورکه گفتیم ژیروسکوپ حرکت چرخشی را تشخیص می‌دهد و وجود آن در برخی از بازی‌هایی مانند بازی‌های تیراندازی اول شخص لازم است که نیازمند حرکت‌های چرخشی و سه‌بعدی گوشی هستند. همچنین چنانچه گوشی شما مجهز به ژیروسکوپ باشد، در برخی از بازی‌ها می‌توانید با تکان‌دادن گوشی، زاویه‌ی دوربین بازی را تغییر دهید. در ویدئو زیر می‌توانید یکی از این بازی‌ها را مشاهده کنید:

درضمن در بازی‌هایی که برپایه‌ی استفاده از ژیروسکوپ طراحی شده است، می‌توانید اجسام یا شخصیت‌های بازی را به‌سمت جلو یا عقب حرکت دهید. از دیگر کاربردهای ژیروسکوپ در گوشی‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

تماشای عکس یا ویدئو ۳۶۰ درجه

کاربران گوشی‌های مجهز به ژیروسکوپ با چرخاندن گوشی خود به‌راحتی می‌توانند عکس یا ویدئو ۳۶۰ درجه را از زوایای مختلف تماشا کنند.

انجام وظایف مختلف در اپلیکیشن‌ها فقط با تکان‌دادن گوشی

ژیروسکوپ می‌تواند انجام بسیاری از حرکت‌های دقیق برای انجام وظایف مختلف در اپلیکیشن‌‌ها را میسر کند؛ بنابراین، توسعه‌دهندگان می‌توانند اپلیکیشن‌ها را طوری طراحی کنند که انجام بسیاری از کارها تنها با تکان‌دادن گوشی امکان‌پذیر شود (مثلا قفل‌کردن گوشی تنها با تکان‌دادن آن) و با این ترفند تجربه‌ی کاربری اپلیکیشن را به میزان زیادی بهبود ببخشند و کار با آن را برای کاربر جذاب‌تر کنند. درواقع شتاب‌‌سنج و ژیروسکوپ می‌توانند با کمک یکدیگر حرکت زاویه‌ای ۶ بعدی را شکل دهند که به نوبه‌ی خود باعث تجربه‌ی کاربری فوق‌العاده جذاب می‌شود. درادامه چند اپلیکیشن را معرفی می‌کنیم که رابط کاربری و تجربه‌ی کاربری آن‌ها با کمک استفاده از ژیروسکوپ بسیار جذاب شده است.

GyroSynth: در این اپلیکیشن می‌توانید تنها با تکان‌دادن دست خود در هوا و بالای گوشی، موسیقی پخش کنید یا صدای موسیقی را تنظیم کنید یا با چرخاندن کف دست خود، حالت سکوت گوشی خود را فعال کنید با صدای آن را بلند کنید. این اپلیکیشن فقط برای iOS عرضه شده است.

Gyro Air Drums: با این اپلیکیشن که تنها برای iOS عرضه شده است، می‌توانید با تکان‌دادن گوشی خود یا ضربه‌هایی کوچک، روی نمایشگر با نوت‌های مختلف طبل بزنید.

Mobile Guitar Pro: اگر می‌خواهید برای امتحان‌کردن گیتار مجازی، هنگام مضراب‌زدن دسته‌ی آن را آن هم بالا و پایین بیاورید، این اپلیکیشن را حتما نصب کنید (دانلود برای iOS، دانلود برای اندروید).

You Gotta See This: با استفاده از این اپلیکیشن که تنها برای iOS عرضه شده است، می‌توانید تصویری با دوربین گوشی بگیرید و پس از گرفتن عکس گوشی را کمی به‌سمت راست یا چپ بچرخانید تا اپلیکیشن پس از تحلیل و پردازش عکس، چند تصویر جداگانه با زاوایای مختلف از عکس اصلی تهیه کند.

Gyro Draw: با استفاده از این اپلیکیشن می‌توانید طرحی را ترسیم کنید و با چرخاندن گوشی، تصویر  را در زوایای مختلف بچرخانید یا با دو انگشت خود آن را به‌صورت دستی بچرخاید یا می‌توانید یکی از انگشت‌های خود را در هر نقطه از نمایشگر قرار دهید و با کشیدن خطی در طول نمایشگر، آن را به یک خط پیچ‌وتاب‌دار درحال چرخش تبدیل کند. ژیرو درا هم تنها برای iOS عرضه شده است.

Air Mouse Pro: با استفاده از این اپلیکیشن می‌توانید گوشی را به موس بی‌سیم تبدیل کنید (دانلود برای iOS، دانلود برای اندروید).

درضمن از گوشی‌های مجهز به ژیروسکوپ می‌توانید از گوشی خود به‌عنوان قطب‌نما هم استفاده کنید. اپلیکیشن‌های قطب‌نمای زیادی برای اندروید و iOS عرضه شده است. برخی از قطب‌نماها با بهره‌گیری از قابلیت‌های سه حسگر شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و مغناطیس‌سنج به‌صورت سه‌بعدی طراحی شده‌اند که تجربه‌ی کاربری بسیار جالبی دارند. در ویدئوی زیر می‌توانید نمونه‌ای از قطب نمای سه‌بعدی را ببینید.

 تجربه‌ی شگفت‌انگیز واقعیت مجازی

ژیروسکوپ می‌توانند هیجان تجربه‌ی واقعیت مجازی را به‌شکل محسوسی افزایش دهد؛ زیرا با استفاده از این حسگر می‌توان حرکات کاربر را دقیق‌تر کنترل کرد و درنتیجه میزان تعامل او با محیط مجازی اطرافش را گسترش داد؛ مثلا افراد می‌توانند در هنگام استفاده از هدست واقعیت مجازی و با بهره‌گیری از ژیروسکوپ گوشی، با حرکت‌دادن سر خود به‌سمت چپ و راست، نمایی گسترده و پانوراما از فضای اطراف خود را مشاهده کنند یا با حرکت به‌سمت عقب یا جلو به‌راحتی به تمام نقاط فضای مجازی اطراف خود حرکت کنند.

تجربه‌ی هیجان‌انگیز واقعیت افزوده

کمتر کسی است که با بازی پوکمن گو آشنا نباشد. تجربه‌ی این بازی در‌ حالت واقعیت افزوده و شکار پوکمن‌ها در دنیای واقعی، نیازمند استفاده از گوشی مجهز به ژیروسکوپ است؛ وگرنه نمی‌توانید از این بازی لذت واقعی را ببرید. درضمن با استفاده اپلیکیشن AR Camera GYRO و دوربین گوشی و با کمک ژیروسکوپ آن می‌توانید اجسام دوبعدی و سه‌بعدی در‌ حال حرکت جذاب و جالبی را با حرکت‌های سرگرم‌کننده ببینید. درضمن، می‌توانید با گذاشتن انگشتتان روی گوشی، حرکت آن‌ها را تغییر دهید.

درکل درصورتی‌که می‌خواهید واقعیت افزوده و بازی‌های طراحی‌شده برپایه‌ی این فناوری را در گوشی تجربه کنید، گوشی حتما باید به ژیروسکوپ مجهز باشد. برخی از گوشی‌های میان‌رده فاقد این حسگر هستند.

حذف آثار لرزش گوشی هنگام عکاسی یا فیلم‌برداری با آن

مدتی است اپلیکیشن‌هایی برای عکاسی و فیلم‌برداری تهیه شده‌اند که با کمک ژیروسکوب هرگونه لرزش هنگام عکاسی یا فیلم‌برداری را از بین می‌برند.

استفاده از گوشی به‌عنوان دسته‌ی برای بازی‌های PC

چنانچه گوشی شما مجهز به ژیروسکوپ باشد، می‌توانید از آن به‌عنوان دسته‌ هم استفاده کنید و علاوه‌بر بازی‌های ریسینگ، سایر بازی‌ها را هم با لذت بیشتری انجام دهید. برای تبدیل گوشی خود به دسته‌‌ ابتدا باید اپلیکیشن Monect PC Remote را روی گوشی خود نصب (این اپلیکیشن برای سیستم‌های عامل‌ اندروید، iOS و ویندوزفون عرضه شده است) و پس از آن، اپلیکیشن PC Remote را نیز روی کامپیوتر نصب کنید. در مرحله‌‌ی بعد گوشی و کامپبوتر را به شبکه‌‌ی وای‌فای مشترک متصل و اپلیکیشن‌ها را در هر دو دستگاه اجرا کنید. پس از اجرای هر دو اپلیکیشن، نام کامپیوتر شما در اپلیکیشن Monect PC Remote در گوشی نمایش داده می‌شود.

با انتخاب نام کامپیوتر می‌توانید از گوشی به‌عنوان دسته برای بازی‌های ریسینگ، شبیه‌ساز پرواز، تیراندازی اول شخص، مبارزه‌ای و حتی بازی‌های معمولی استفاده کنید. Monect PC Remote یک حالت اختصاصی برای بازی GTA V نیز دارد.

صفحه‌ی اصلی اپلیکیشن

حالت ریسینگ

حالت گیم‌پد (تبدیل گوشی به دسته‌ی معمولی)

حالت تیراندازی

چنانچه بازی مدنظر فقط از دسته‌ی ایکس‌باکس پشتیبانی می‌کند، تنها کافی است فایل exe بازی را با استفاده از گزینه‌ی Add وارد گیم لانچر اپلیکیشن کنید یا فایل را به‌راحتی به داخل پنجره‌ی لانچر بکشید. یادآوری می‌شود این اپلیکیشن علاوه‌بر تبدیل گوشی به دسته می‌تواند برای کنترل موس و صفحه‌کلید و انتقال فایل‌های صوتی و تصویری بین گوشی و کامپیوتر نیز بکارگرفته شود. Monect PC Remote مصرف باتری گوشی را افزایش می‌دهد؛ به‌همین‌دلیل توصیه می‌کنیم نور نمایشگر را به حداقل برسانید تا مدت زمان بیشتری بتوانید از گوشی استفاده کنید. برای آشنایی بیشتر با این اپلیکیشن می‌توانید ویدئو زیر را تماشا کنید.

اهمیت استفاده از ژیروسکوپ در گوشی‌ها

چنانچه گوشی فاقد ژیروسکوپ باشد، از برخی از ویژگی‌ها و قابلیت‌ها نمی‌توانیم استفاده کنیم که شامل موارد زیر می‌شود:

• گوشی‌های فاقد ژیروسکوپ به جهت عمودی و افقی چندان حساس نیستند؛
• گوشی نمی‌تواند زاویه‌ی مورب را تشخیص دهد؛
• شتاب‌سنج بدون کمک ژیروسکوپ نمی‌تواند جهت گوشی را به‌صورت دقیق شناسایی کند؛
• در گوشی‌های فاقد ژیروسکوپ تصاویر درحالت مورب قابل‌مشاهده نیستند؛
• امکان استفاده از اپلیکیشن‌های طراحی‌شده برپایه‌ی ژیروسکوپ در گوشی‌های فاقد این حسگر وجود ندارد.

آزمایش عملکرد ژیروسکوپ

برای آزمایش سالم‌بودن ژیروسکوپ در گوشی‌های اندرویدی می‌توانید از اپلیکیشن Gyroscope Test استفاده کنید. این اپلیکیشن علاوه‌بر ژیروسکوپ، عملکرد شتاب‌سنج و مغناطیس‌سنج گوشی را نیز بررسی می‌کند و با استفاده از آن می‌توانید بفهمید که آیا گوشی شما با واقعیت مجازی سازگار است یا نه. هنگام نصب این اپلیکیشن کم‌حجم، سخت‌افزارهای شناسایی‌شده نمایش داده می‌شود و با انتخاب گزینه‌ی RUN SiMULATION می‌توانید عملکرد حسگر را امتحان کنید. اپلیکیشن Sensor Monitor نیز ابزار خوبی برای آزمایش ژیروسکوپ، شتاب‌سنج و سایر حسگرهای گوشی‌های اندرویدی محسوب می‌شود.. برای آزمایش ژیروسکوپ گوشی‌های آیفون نیز اپلیکیشن مشابه رایگانی در اپ استور وجود داد که می‌توانید با جست‌وجوی کلمه‌ی ژیروسکوپ آن را به‌راحتی پیدا کنید.

فعال و غیرفعال‌ کردن

این حسگر به‌صورت پیش‌فرض در گوشی‌های اندرویدی فعال است و در‌صورتی‌که در تنظیمات گوشی اندرویدی شما گزینه‌ای با عنوان Orientation وجود داشته باشد، می‌توانید در آن بخش ژیروسکوپ و شتاب‌سنج را غیرفعال کنید. ژیروسکوپ در گوشی‌های آیفون نیز به‌صورت پبش‌فعال است و تنها در iOS 12.2 و نسخه‌های پس از آن این گونه نیست. البته حتی در این نسخه‌ها نیز می‌توان ژیروسکوپ و شتاب‌سنج را به‌راحتی فعال کرد که قبلا درباره‌ی آن توضیح داده‌ایم.