سنسورهای گوشی: انواع حسگرهای گوشی های هوشمند و کاربرد آن‌ها

با این‌که گوشی‌های هوشمند مجموعه‌ای از قطعه‌های سخت‌افزاری مختلف هستند، اما در میان تمام قطعه‌های موردنظر، سنسورهای زیادی را شاهد خواهید بود که هر کدام از آن‌ها وظیفه‌های اختصاصی خود را دارند. سنسور در گوشی به اجزایی از اسمارت‌فون اشاره دارد که توسط تراشه قابل لمسند و می‌توان در میان آن‌ها به سنسور نور، دما، روشنایی و فشار اشاره کرد. این سنسورها هر قدر کوچک‌ و کوچک‌تر می‌شوند، عملکردشان قوی‌تر شده و هزینه آن‌ها همانند تمام قطعه‌های الکترونیکی کمتر خواهد شد. در این مقاله اطلاعات کاملی درباره سنسورهای گوشی در اختیارتان قرار خواهیم داد؛ با ما همراه باشید.

چه سنسورهایی در گوشی هوشمند وجود دارد؟

اگر سنسور در گذشته همیشه یک فناوری برای اندازه‌گیری فیزیکی بوده است، هم اکنون این قابلیت را دارد که نتایج اندازه‌گیری را به اطلاعات تبدیل کند و توسط برنامه مورد استفاده قرار گیرد یا به صورت جداگانه استخراج شود. سرعت پیشرفت فناوری گوشی‌های هوشمند همانند فناوری حسگرها شگفت‌انگیز است. حسگرهای گوشی موبایل این پتانسیل را دارند که شیوه زندگی را به صورت کامل متحول کنند.

معمولا نوع و تعداد سنسورهای تعبیه شده در گوشی هوشمند توسط مدل گوشی تعیین می‌شود. ناگفته نماند همه حسگرها با حرکت مرتبط هستند. در ادامه تعدادی از مهم‌ترین و رایج‌ترین سنسورهای گوشی‌های هوشمند را معرفی کرده‌ایم که اطلاع از موجودیت آن‌ها می‌تواند برای کاربرآن‌جالب باشد.

شتاب سنج (Accelerometer) از سنسورهای گوشی

با این‌که مفاهیم حسگر شتاب و سنسور گرانش مشابه یکدیگر هستند، اما باید بدانید دلیلی بر یکسان بودن آن‌ها نمی‌شود. ابعاد چندگانه به مقادیر شتاب در سه جهت y، x و z اشاره دارد که توسط سنسور شتاب‌سنج مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. در درجه اول، چندین نوع شتاب و کاهش آنی را اندازه‌گیری خواهد کرد.

هنگامی که کاربر گوشی را در دستان خود بگیرد و بالا یا پایین بچرخاند، امکان ثبت شتاب و حس تغییر جهت را فراهم می‌کند. تعداد مراحل را می‌توان با شمارش تعداد تغییرها به عقب و جلو محاسبه کرد. از سنسور شتاب می‌توان برای اجرای دستورهای منحصربه‌فرد در بازی استفاده کرد. البته این سنسور کاربردهای بسیار بیشتری دارد که می‌توانید از آن‌ در زمینه‌های مختلف بهره‌مند شوید.

سنسور شتاب انرژی بسیار کمی مصرف می‌کند و در عین حال، دقت کمی دارد. معمولا این سنسور برای شمارش گام‌ها و تعیین جهت قرارگیری گوشی استفاده می‌شود و می‌تواند در زمینه‌های مختلف کاربرد داشته باشد.

سنسور G از سنسورهای گوشی

برای این قابلیت از اثر پیزو الکتریک استفاده شده است. جهت افقی با استفاده از ولتاژ ایجاد شده در دو جهت محاسبه می‌شود و وزنی در حسگر گرانش وجود دارد که با پیزو الکتریک یکپارچه خواهد شد. کاربران می‌توانند از این سنسور برای جابه‌جایی میان جهت‌های افقی و عمودی صفحه در گوشی موبایل استفاده کنند. در برخی بازی‌ها همانند بازی‌های مسابقه‌ای و توپ‌هایی که باید تعادل را برقرار کنند، می‌توان از حسگرهای جاذبه برای دستیابی به کنترل تعاملی غنی‌تر استفاده کرد.

حسگر نور محیط (Ambient Light)

حسگر نور چیزی شبیه به کره چشم یک گوشی هوشمند است. در شرایط نوری مختلف، چشم انسان می‌تواند میزان نوری که وارد چشم می‌شود را مدیریت کرده و تغییر دهد. حسگر نور به اسمارت‌فون این اجازه را می‌دهد تا شدت نور محیط را تشخیص داده و بر همین اساس، میزان روشنایی نمایشگر را تغییر دهد. از آن‌جا که نمایشگر یکی از بخش‌های پرمصرف باتری است، استفاده از حسگر نور برای کمک به تنظیم روشنایی صفحه می‌تواند عمر باتری را به سادگی افزایش دهد. سنسور نور می‌تواند در کنار سایر سنسورهای دیگر گوشی تشخیص دهد که آیا گوشی در جیب قرار دارد یا کاربر در حال استفاده از آن است. همچنین تاثیر خوبی روی جلوگیری از استفاده ناخواسته خواهد داشت.

سنسور مجاورت (Proximity)

این سنسور از یک چراغ ال ای دی مادون قرمز و یک آشکارساز نور تشکیل شده و می‌تواند تشعشعات مادون قرمز را به خوبی و در کمترین زمان ممکن تشخیص دهد. سنسور مجاورت در نزدیکی گوشی موبایل قرار دارد. هنگامی که گوشی نزدیک گوش قرار دارد، سیستم تشخیص می‌دهد که کاربر روی گوشی بوده و نمایشگر را خاموش خواهد کرد تا کاربر در طول تماس به صورت ناخواسته با کلیدها ارتباط برقرار نکند.

نور مادون قرمز نامرئی ساطع شده توسط لامپ ال ای دی مادون قرمز پس از انعکاس توسط اشیاء اطراف توسط آشکارساز نور تشعشع مادون قرمز تشخیص داده خواهد شد؛ این روش عملکرد سنسور فاصله است. در بیشتر موارد شاهد عملکرد همزمان سنسور فاصله در کنار سنسور نور خواهیم بود.

سنسور مغناطیس (Magnetism)

سنسور میدان مغناطیسی، قدرت و جهت میدان را با اندازه‌گیری میدان مغناطیسی مسطح و مقاومت مغناطیسی تشخیص می‌دهد. این سنسور برای کمک به کاربران گوشی‌های هوشمند با هدف دستیابی به موقعیت‌یابی دقیق در قطب‌نما یا ناوبری نقشه معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شدت میدان مغناطیسی گوشی موبایل در جهت‌های y، x و z را می‌توان با استفاده از حسگر میدان مغناطیسی تعیین کرد. در صورتی که گوشی موبایل خود را بچرخانید تا زمانی که مقدار آن در یک جهت صفر نشود، قطعا به سمت جنوب اشاره خواهد کرد. داده‌های این سنسور توسط بسیاری از برنامه‌های قطب‌نما در گوشی‌های موبایل مورد استفاده قرار می‌گیرد. در عین حال، بر اساس میدان مغناطیسی متغیر در سه جهت، جهت‌گیری دقیق گوشی موبایل در فضای سه بعدی را می‌توان محاسبه نمود.

ژیروسکوپ (Gyroscope) از سنسورهای گوشی

ژیروسکوپ وسیله‌ای است که می‌تواند سرعت زاویه‌های حرکت را در یک یا چند محور اندازه‌گیری کند و یک مکمل عالی برای شتاب‌سنج‌های MEMS باشد. در حقیقت با ترکیب حسگرهای شتاب‌سنج و ژیروسکوپ، طراحان سیستم ممکن است کل حرکت را در فضای سه بعدی ردیابی و ضبط کنند؛ این مسأله باعث می‌شود به کاربران نهایی تجربه واقعی‌تر، سیستم ناوبری دقیق‌تر و سایر قابلیت‌ها ارائه شود. نقش ژیروسکوپ تحت‌تاثیر عملکرد لرزش و تکان دادن گوشی موبایل بوده که البته فناوری تنظیم و تشخیص زاویه دید VR هم روی آن تاثیرگذار خواهد بود.

برخی از بازی‌های شناسایی، نیازمند استفاده از حسگر ژیروسکوپ هستند. تعامل بازی‌های موبایل در نتیجه این حسگر دستخوش تغییرات گسترده‌ای شده است. کاربر از ترکیب حرکت بدن و یک دکه ساده برای ارائه بازخورد به بازی استفاده خواهد کرد. یک ژیروسکوپ سه محوره که می‌تواند تغییرات جابه‌جایی را در شش جهت اندازه‌گیری کند، معمولا تنظیمات عادی یک گوشی موبایل است. ژیروسکوپ سه محوره می‌تواند جهت چرخش گوشی را با اندازه‌گیری شتاب زاویه‌ای آن در X تعیین کند. تغییر شتاب زاویه‌ای برای انجام برخی فعالیت‌ها همانند چرخاندن گوشی و پاسخ دادن به گوشی استفاده می‌شود.

سنسور موقعیت‌یابی (GPS)

تعداد ۲۴ ماهواره GPS در مداری دقیق به دور کره زمین در حال چرخش هستند. آن‌ها مختصات موقعیت خود را به صورت مستمر در سراسر جهان پخش می‌کنند. ماژول GPS در گوشی موبایل از موقعیت لحظه‌ای ماهواره برای محاسبه فاصله میان گوشی و ماهواره بر اساس اختلاف زمانی میان مهر زمانی مختصات ارسالی ماهواره و زمان دریافت استفاده می‌کند. به سادگی می‌توان از آن برای ناوبری، مکان‌یابی، اندازه‌گیری سرعت و اندازه‌گیری فاصله نیز استفاده کرد.

نقش اصلی ماژول GPS، دریافت اطلاعات مختصات ماهواره از طریق آنتن به منظور کمک به کاربر در مکان‌یابی ماهواره است. با پذیرش گسترده شبکه‌های ۴G می‌توان از GPS در زمینه‌های بیشتری همانند همکاری با سخت‌افزار هوشمند به منظور فعال کردن نظارت روی موقعیت از راه دور یا یافتن مکان دستگاه پس از جابه‌جایی استفاده کرد.

حسگر اثر انگشت (FingerPrint)

یکی از مهم‌ترین سنسورهای گوشی که علاقه‌مندان زیادی دارد و می‌تواند ضریب ایمنی را تا حد زیادی افزایش دهد، بدون تردید حسگر اثر انگشت است. سنسورهای اثر انگشت خازنی را باید به عنوان گسترده‌ترین انواع آن‌ها معرفی کرد. با این حال، حسگرهای اثر انگشت اولتراسونیک محبوبیت بیشتری میان کاربران دارند. انگشت به عنوان یکی از قطب‌های حسگر اثر انگشت خازنی عمل می‌کند و این در حالی است که آرایه تراشه سیلیکونی به عنوان قطب دیگر عمل خواهد کرد. جریان ریز تولید شده میان میدان الکتریکی بدن انسان و حسگر خازن استفاده شده و در نتیجه، قفل‌گشایی انجام می‌شود. برای توضیح الگوی اثر انگشت، تفاوت ارتفاع خازنی با فاصله ایجاد خواهد شد.

سنسور اثر انگشت اولتراسونیک همانند حسگر اثر انگشت نوری عمل می‌کند، اما تحت‌تاثیر عرق یا چربی قرار نگرفته و می‌تواند با سرعت بیشتری اثر انگشت را شناسایی کند. می‌توان از حسگر اثر انگشت برای بازگشایی قفل، رمزگذاری، پرداخت و سایر موارد در گوشی هوشمند استفاده کرد. معمولا از حسگر اثر انگشت به عنوان یک اقدام امنیتی استفاده می‌شود، چرا که می‌تواند به صورت خودکار اثر انگشت کاربر را برای دستیابی به اثر حفظ حریم خصوصی جمع‌آوری کند.

گوشی‌های هوشمند زیادی دارای حسگر اثر انگشت هستند و به گونه‌ای شده که اگر یک دستگاه فاقد این سنسور باشد، کاربران به سمت آن گرایشی نخواهند داشت. تعداد زیادی از گوشی‌های هوشمند مجهز به حسگر اثر انگشت در بخش کناری هستند، اما تعدادی از پیشرفته‌ترین مدل‌ها دارای حسگرهای اثرانگشت اپتیکال درون نمایشگر خواهند بود که می‌توانند توجه خریداران زیادی را به خود جلب کنند. شما می‌توانید از این حسگرها برای بازگشایی قفل استفاده کنید، چرا که بهترین روش برای افزایش ضریب ایمنی محسوب می‌شوند و کاربرد آن‌ها در استفاده از برنامه‌ها هم اثبات شده است.

بیشتر بخوانید: فهرست بهترین تراشه گوشی موبایل ۲۰۲۳

Hall از سنسورهای گوشی

اثر مغناطیسی Hall روی سنسور Hall اثرگذار است. هنگامی که جریانی از یک ‌هادی در میدان مغناطیسی عبور می‌کند، میدان مغناطیسی نیرویی را در دو سر رسانا ایجاد کرده که روی جهت حرکت الکترون‌ها در ‌هادی عمود است. یکی از اهداف این سنسور را باید فراهم کردن امکان استفاده از قاب‌های چرمی هوشمند عنوان کرد.

فشارسنج (Barometer) از سنسورهای گوشی

هنگامی که لایه نازک را به ترانسفورماتور یا خازن متصل کنید، مقدار مقاومت یا ظرفیت خازن با تغییر فشار هوا تغییر کرده و به شما اجازه می‌دهد داده‌های فشار هوا را اندازه‌گیری کنید. همچنین شما می‌توانید از GPS بر ای تعیین ارتفاع استفاده کنید، اگر چه یک عدم دقت ۱۰ متری وجود خواهد داشت. در صورتی که به سنسور فشار هوا مجهز باشد، می‌توان اشتباه را تا ۱ متر اصلاح کرد که در نتیجه به افزایش دقت GPS یا همان سیستم موقعیت‌یابی جهانی کمک می‌کند.

علاوه بر این، زمانی که برخی از برنامه‌های کاربردی خارجی نیازمند اندازه‌گیری فشار هوا داشته باشند، گوشی موبایل با سنسور فشار هوا می‌تواند عملکرد مفیدی از خود نشان دهد. برای مثال با استفاده از اپلیکیشن سلامت iOS می‌توانید محاسبه کنید چه تعداد طبقه را به سمت بالا رفته‌اید.

سنسور ضربان قلب (Heart Rate)

زمانی که قلب، خون را به مویرگ‌ها پمپاژ می‌کند، روشنایی (عمق نور قرمز) صفحه به صورت دوره‌ای در نوسان خواهد بود. دوربین این تغییرات منظم را اندازه‌گیری کرده و داده‌ها را برای محاسبه به گوشی ارسال می‌کند. در نهایت فرکانس انقباض قلب و تعداد ضربان قلب در هر دقیقه مشخص خواهد شد. در حال حاضر، سنسورهای گوشی زیادی در زمینه محاسبه ضربان قلب فعال هستند و کاربران در سراسر جهان از آن‌ها استفاده می‌کنند.

سنسور اکسیژن خون (Blood oxygen)

نسبت جذب هموگلوبین و هموگلوبین اکسیژن‌دار در خون به نور قرمز متفاوت است. انگشت به صورت همزمان با ال ای دی‌های مادون قرمز روشن شده و طیف جذبی نور منعکس شده برای تعیین غلظت اکسیژن خون مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد و این می‌تواند در زمینه ورزش و سلامتی کاربرد داشته باشد.

UV از سنسورهای گوشی

عمل گسیل نوری برخی از نیمه ‌هادی‌ها، فلزات یا مجتمع‌های فلزی، تحت‌تاثیر فرابنفش تعداد زیادی الکترون آزاد خواهد کرد. شدت UV را می‌توان با احساس این اثر اندازه‌گیری نمود. بیشترین کاربردها در زمینه ورزش و تندرستی است که می‌تواند میزان تشعشعات موجود در محیط را اندازه‌گیری کند.

سنسور دما

بسیاری از گوشی‌های هوشمند دارای سنسورهای دما هستند. البته گروهی دیگر از گوشی‌ها دارای این سنسور هستند، اما کاربرد آن فقط مربوط به اندازه‌گیری دمای گوشی و باتری است. در صورتی که دمای گوشی افزایش یابد، ناخودآگاه باعث خاموش شدن دستگاه خواهد شد. سنسور دما می‌تواند تغییرات دما در هوای بیرون و دمای فعلی بدن را تشخیص دهد.

سنسورهای ذکرشده در بالا را می‌توان در گوشی‌های هوشمند مدرن یافت. گوشی‌های موبایل دیگر به یک دستیار همه‌کاره تبدیل شده‌اند که وجود این سنسورها در آن‌ها باعث می‌شود کاربردهایشان به مراتب بیشتر از گذشته شود.

در گوشی‌های هوشمند سنسورهای زیادی قرار دارد که هر یک از آن‌ها وظایف خاص خود را برعهده دارند. در کنار سنسورهای امنیتی همانند سنسور اثرانگشت، شاهد سنسورهای دیگری هستیم که استفاده از آن‌ها باعث شده گوشی موبایل را دیگر نتوان فقط یک وسیله ارتباطی ساده به حساب آورد. در مقاله سنسورهای گوشی سعی کردیم تمام سنسورهای موجود در گوشی‌های هوشمند را معرفی نموده و قابلیت‌های آن‌ها را شرح دهیم.