Гіроскоп у телефоні: що це і навіщо потрібно? Гіроскоп у планшеті - що це

4поділилися

• 0Facebook
• 4Twitter
• 0VKontakte
• 0Odnoklassniki

Функціональні можливості сучасних мобільних телефонів давно вийшли за рамки здійснення дзвінків та обміну текстовими повідомленнями SMS. Смартфон сьогодні це універсальний гаджет, начинений всілякими сенсорами. Є в багатьох моделях і специфічні датчики, за допомогою яких телефон може визначати своє положення в просторі. Прикладом таких чутливих пристроїв є гіроскоп і акселерометр.

Типові гіроскопи та алгоритми їх роботи

Найбільш відомими виробниками гіроскопів на сьогоднішній день є фірми Futaba, JR-Graupner, Ikarus, CSM, Robbe, Hobbico і т. д.

Тепер розглянемо режими роботи, які використовуються в більшості гіроскопів, що випускаються (всякі незвичайні випадки розглянемо потім окремо).

Гіроскопи зі стандартним режимом роботи

У цьому режимі гіроскоп демпфує кутові переміщення моделі. Такий режим дістався нам у спадок від механічних гіроскопів. Перші п'єзогіроскопи відрізнялися від механічних в основному датчиком. Алгоритм роботи залишився незмінним. Суть його зводиться до наступного: гіроскоп вимірює швидкість повороту і видає корекцію до сигналу з передавача, щоб уповільнити обертання, наскільки це можливо. Нижче дається пояснювальна блок-схема.

Як видно з малюнка, гіроскоп намагається придушити будь-яке обертання, в тому числі і те, яке викликано сигналом з передавача. Щоб уникнути такого побічного ефекту, бажано на передавачі задіяти додаткові мікшери, щоб при відхиленні ручки управління від центру, чутливість гіроскопа плавно зменшувалася. Таке мікширування може бути вже реалізовано всередині контролерів сучасних гіроскопів (щоб уточнити, є воно чи ні - подивіться характеристики пристрою і керівництво з експлуатації).

Регулювання чутливості реалізується кількома способами:

1. Дистанційне регулювання відсутнє. Чутливість задається на землі (регулятором на корпусі гіроскопа) і не змінюється під час польоту.
2. Дискретне регулювання (dual rates gyro). На землі задається два значення чутливості гіроскопа (двома регуляторами). У повітрі можна вибирати потрібне значення чутливості по каналу регулювання.
3. Плавне регулювання. Гіроскоп виставляє чутливість пропорційно сигналу в регулюючому каналі.

В даний час практично всі сучасні п'єзогіроскопи мають плавне регулювання чутливості (а про механічні гіроскопи можна вже сміливо забути). Виняток становлять тільки базові моделі деяких виробників, де чутливість встановлюється регулятором на корпусі гіроскопа. Дискретне регулювання необхідне тільки з примітивними передавачами (де немає додаткового пропорційного каналу або не можна виставити тривалості імпульсів у дискретному каналі). У цьому випадку канал регулювання гіроскопа можна включити невеликий додатковий модуль, який буде видавати вказані значення чутливості залежно від положення тумблера дискретного каналу передавача.

Якщо говорити про достоїнства гіроскопів, які реалізують лише «стандартний» режим роботи, то можна зазначити, що:

• Такі гіроскопи мають досить низьку ціну (внаслідок простоти реалізації)
• При установці на хвостову балку вертольота, новачкам простіше виконувати польоти по колу, оскільки за балкою можна особливо не стежити (балка сама розвертається по ходу руху вертольота).

Недоліки:

• У недорогих гіроскопах термокомпенсація зроблена недостатньо добре. Необхідно вручну виставляти «нуль», який може зміститися при зміні температури повітря.
• Доводиться застосовувати додаткові заходи щодо усунення ефекту придушення гіроскопом керуючого сигналу (додаткове мікширування в каналі управління чутливості або збільшення витрати рульової машинки).

Ось досить відомі приклади описаного типу гіроскопів:

При виборі рульової машинки, яка буде підключатися до гіроскопу, слід віддавати перевагу більш швидким варіантам. Це дозволить домогтися більшої чутливості, без ризику, що в системі виникнуть механічні автоколивання (коли через перерегулювання рулі починають самі рухатися з боку в бік).

Гіроскопи з режимом утримання напрямку

У цьому режимі стабілізується кутове положення моделі. Для початку маленька історична довідка. Першою фірмою, яка зробила гіроскопи з таким режимом, була CSM. Режим вона назвала Heading Hold. Оскільки назва була запатентована, інші фірми стали придумувати (і патентувати) свої власні назви. Так виникли марки «3D», «AVSC» (Angular Vector Control System) та інші. Таке різноманіття може повалити новачка в легке замішання, але насправді, ніяких принципових відмінностей у роботі таких гіроскопів немає.

І ще одне зауваження. Всі гіроскопи, які мають режим Heading Hold, підтримують також і звичайний алгоритм роботи. Залежно від маневру, можна вибирати той режим гіроскопа, який більше підходить.

Отже, про новий режим. У ньому гіроскоп не пригнічує обертання, а робить його пропорційним сигналу з ручки передавача. Різниця очевидна. Модель починає обертатися саме з тією швидкістю, з якою потрібно, незалежно від вітру та інших факторів.

Подивіться блок-схему. З неї видно, що з керуючого каналу і сигналу з датчика виходить (після сумматора) різнісний сигнал помилки, який подається на інтегратор. Інтегратор же змінює сигнал на виході до тих пір, поки сигнал помилки не дорівнюватиме нулю. Через канал чутливості регулюється постійне інтегрування, тобто швидкість відпрацювання рульової машинки. Зрозуміло, вищенаведені пояснення досить приблизні і мають низку неточностей, але ж ми збираємося не робити гіроскопи, а застосовувати їх. Тому нас набагато більше повинні цікавити практичні особливості застосування подібних пристроїв.

Переваги режиму Heading Hold очевидні, але хочеться особливо підкреслити плюси, які проявляються при установці такого гіроскопа на вертоліт (для стабілізації хвостової балки):

• на вертольоті пілот-початківець в режимі висіння може практично не керувати хвостовим гвинтом
• відпадає необхідність у мікшируванні кроку хвостового гвинта з газом, що дещо спрощує передпольотну підготовку
• триммування хвостового гвинта можна виробляти без відриву моделі від землі
• стає можливим виконання таких маневрів, які раніше були ускладнені (наприклад, політ хвостом вперед).

Для літаків застосування даного режиму теж може бути виправдано, особливо на деяких складних 3D-фігурах на кшталт «Torque Roll».

Разом з тим слід зазначити, що кожен режим роботи має свої особливості, тому використання Heading Hold скрізь поспіль не є панацеєю. При виконанні звичайних польотів на вертольоті, особливо новачками, використання функції Heading Hold може призвести до втрати управління. Наприклад, якщо не керувати хвостовою балкою при виконанні віражів, то вертоліт перекинеться.

У якості прикладів гіроскопів, які підтримують режим Heading Hold, можна навести такі моделі:

Перемикання між стандартним режимом і Heading Hold здійснюється через канал регулювання чутливості. Якщо змінювати тривалість керуючого імпульсу в одну сторону (від середньої точки), то гіроскоп буде працювати в режимі Heading Hold, а якщо в іншу - то гіроскоп перейде в стандартний режим. Середня точка - коли тривалість канального імпульсу дорівнює приблизно 1500 мкс; тобто, якщо б ми підключили на цей канал рульову машинку, то вона встановилася б у середнє положення.

Окремо варто торкнутися теми застосовуваних рульових машинок. Для того, щоб домогтися максимального ефекту від Heading Hold, потрібно ставити рульові машинки з підвищеною швидкістю роботи і дуже високою надійністю. При підвищенні чутливості (якщо швидкість відпрацювання машинки дозволяє), гіроскоп починає перекладати сервомеханізм дуже різко, навіть зі стуком. Тому машинка повинна мати серйозний запас міцності, щоб довго прослужити і не вийти з ладу. Перевагу варто віддавати так званим «цифровим» машинкам. Для найсучасніших гіроскопів розробляють навіть спеціалізовані цифрові сервомашинки (наприклад, Futaba S9251 для гіроскопа GY601). Пам'ятайте, що на землі, через відсутність зворотного зв'язку від датчика ворожостей, якщо не вжити додаткових заходів, то гіроскоп обов'язково виведе рульову машинку в крайнє положення, де вона стане відчувати максимальне навантаження. Тому якщо в гіроскоп і рульову машинку не вбудовані функції обмеження ходу, то рульова машинка повинна вміти витримувати великі навантаження, щоб не вийти з ладу ще на землі.

Датчики навколишніх умов

Датчик освітлення (Light sensor)

Цей сенсор автоматично регулює яскравість екрану, встановлюючи найбільш відповідне значення залежно від умов освітлення навколо. Якщо гаджет знаходиться в темному приміщенні, то яскравість дисплея зменшується, щоб зайвий раз не дратувати очі. В результаті чого можна не тільки підвищити комфорт при роботі, але і збільшити час роботи від батареї. У той же час при використанні пристрою в сонячну погоду, яскравість буде вищою, для того щоб інформація з екрану була добре читана.

Спеціалізовані літакові гіроскопи

Для застосування в літаках з метою стабілізації крену почали випускати спеціалізовані гіроскопи. Від звичайних вони відрізняються тим, що мають ще один канал зовнішньої команди.

При управлінні кожного елерона окремим серво, літачки з комп'ютерною апаратурою задіють функцію флаперонів. Мікширування відбувається на передавачі. Однак контролер літакового гіроскопа на моделі автоматично визначає синфазне відхилення обох каналів елеронів і не заважає йому. А протифазне відхилення задіюється в петлі стабілізації крену - в ній присутні два сумматори і один датчик кутової швидкості. Інших відмінностей немає. Якщо елерони управляються від одного серво, то спеціалізований літаковий гіроскоп не потрібен, згодиться і звичайний. Літакові гіроскопи роблять фірми Hobbico, Futaba та інші.

Торкаючись застосування гіроскопів на літаку, потрібно зазначити, що не можна використовувати режим Heading Hold на зльоті і посадці. Точніше, в той момент, коли літак стосується землі. Це тому, що коли літак знаходиться на землі, він не може накренитися або повернути, тому гіроскоп виведе рулі в якесь крайнє положення. А при відриві літака від землі (або відразу після посадки), коли модель має велику швидкість, сильне відхилення рулей може зіграти злий жарт. Тому наполегливо рекомендується використовувати гіроскоп на літаках у стандартному режимі.

У літаках ефективність рулей і елеронів пропорційна квадрату швидкості польоту літака. При широкому діапазоні швидкостей, що характерно для складного пілотажу, необхідно компенсувати цю зміну регулюванням чутливості гіроскопа. Інакше при розгоні літака система перейде в автоколивальний режим. Якщо ж задати відразу низький рівень ефективності гіроскопа, то на малих швидкостях, коли він особливо потрібен, від нього не буде належного ефекту. На справжніх літаках таке регулювання робить автоматика. Можливо, скоро так буде і на моделях. У деяких випадках перехід в автоколивальний режим органу управління корисний - при дуже низьких швидкостях польоту літака. Багато хто напевно бачив, як на МАКС-2001 «Беркут» С-37 показував фігуру «харрієр». Переднє горизонтальне оперення при цьому працювало в автоколивальному режимі. Гіроскоп у каналі крену дозволяє робити літак «несваливаним на крило». Детальніше про роботу гіроскопа в режимі стабілізації тангажу літаків можна почитати у відомій монографії І.В.Остославського «Аеродинаміка літака».

Ознаки поломки гіроскопа

Одна з явних ознак поломки - не працює автоповорот екрану. Якщо ви помітили подібну проблему, то необхідно виключити ймовірність помилки. У деяких програмах зображення не перевертається автоматично, наприклад, під час перегляду відео. Не можна вважати поломкою і затримки розвороту до 1-2 секунд.

Ознаками поломки є такі випадки:

• зображення не перевертається поза додатками;
• мимовільні зміни положення зображення;
• помилки стільниці під час розвороту або відмови дії.

У тому випадку, якщо айфон не піддавався фізичному впливу, то велика ймовірність програмної помилки. У цьому випадку достатньо оновити прошивку або операційну систему. З рішенням програмних помилок користувач зможе впоратися самостійно. Іноді допомагає відкат системи, калібрування, видалення зайвих програм або використання додаткових програм.

В іншому випадку необхідно звернутися для заміни деталі в сервісний центр, оскільки самостійно відремонтувати гіроскоп після удару неможливо.

Особливості акселерометра

Акселерометр - це, якщо можна так сказати, здатність планшета або телефону перевертати зображення на екрані. Акселерометр найбільше застосовується при «серфінгу» сайтів. Сторінки сайтів зазвичай роблять для прямокутних моніторів, читати інформацію з планшета ставати не зовсім зручно, тут-то і знадобитися акселерометр, переверніть ваш планшет, сайт сам прийме доброзичливий вигляд і відразу стане зручно сприймати інформацію, що знаходяться на сайті.

Перший реагує на зміну положення, а другий на лінійне прискорення. Завдяки таким властивостям планшет або телефон точно реагує на тонкі рух і зміну положення.

Полагодження гіроскопа в сервісному центрі Total Apple

Проведення ремонту важко назвати швидким. Необхідно провести повну експертизу пристрою і монітора. За результатами діагностики в сервісному центрі Total Apple замінять мікросхему на платі. Подібні операції проводяться тільки за допомогою спеціалізованого обладнання, а також потребують особливої уваги. Після успішної заміни на деталь діє трирічна гарантія. При заповненні форми на сайті ви отримуєте знижку в розмірі 5%.

Функціональні можливості сучасних мобільних телефонів давно вийшли за рамки здійснення дзвінків та обміну текстовими повідомленнями SMS. Смартфон сьогодні це універсальний гаджет, начинений всілякими сенсорами. Є в багатьох моделях і специфічні датчики, за допомогою яких телефон може визначати своє положення в просторі. Прикладом таких чутливих пристроїв є гіроскоп і акселерометр.

Новий час

На фотографії зверху можна побачити мобільний додаток, що імітує акселерометр.

Сучасна будова акселерометрів дозволяє пов'язувати їх з бортовим комп'ютером в автомобілях, поїздах, літаках і ракетах. Таким чином, виходить абсолютна цілісна система. Її основним завданням є аналіз вимірювання показника прискорення. Згодом комп'ютером дається відповідна команда про коригування роботи, при цьому збільшується або зменшується швидкість руху.

На даний момент використання датчика акселерометра вийшло за межі транспортної індустрії. Даний пристрій також став встановлюватися і в мобільні телефони, але при цьому в трохи іншій формі. Саме про сучасну варіацію зменшеного приладу і піде мова далі.

Що таке гіроскоп і для чого він потрібен, принцип роботи

Почнемо з того, що гіроскоп - це механічний або електромеханічний пристрій, здатний визначати власний кут нахилу відносно земної поверхні. Якщо порівнювати його з іншими подібними пристроями, винайдений він був відносно пізно, а саме в 1817 році. Основний елемент конструкції гіроскопа являє собою обертовий навколо вертикальної осі ротор-вовчок, причому його вісь може змінювати положення в просторі, а швидкість обертання вовчка значно перевищує швидкість повороту осі його обертання. Завдяки цьому вовчок завжди зберігає своє становище незалежно від діючих на нього ззовні сил, в чому і полягає весь принцип роботи гіроскопа.

Спочатку цей нехитрий пристрій використовувався як навчальний посібник. Практичне застосування йому знайшли тільки через 60 років, коли інженер Обрі додумався встановлювати його в торпеди для стабілізації їхнього курсу. Сьогодні цей корисний винахід, будучи багаторазово вдосконаленим, широко застосовується в різних механізмах. Для точного визначення положення в просторі гіроскопи використовуються в морських суднах, літаках, космічних апаратах, ракетах, симуляторах, радіокерованих пристроях на кшталт квадрокоптерів і, звичайно ж, в смартфонах.