Analiza Mo Liwości Wykorzystania Czujników Urządzeń Mobilnych Pod
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
JCSI 5 (2017) 193-199 WysłaneŚ 2017-06-27 PrzyjęteŚ 2017-06-29 Analiza moliwości wykorzystania czujników urządzeń mobilnych pod kontrolą zmodyfikowanych systemów operacyjnych Mateusz Dobrowolski,*, Michał Dobrowolski *, Piotr Kopniak* a Politechnika Lubelska, Instytut Informatyki, Nadbystrzycka 36B, 20-618 Lublin, Polska Streszczenie. W niniejszej publikacji poruszono temat moliwoci wykorzystania czujników urządzeń mobilnych pod kontrolą zmodyfikowanych systemów operacyjnych. Przeprowadzone badania dotyczą urządzeń z systemem Android. Do odczytów danych z yroskopu, akcelerometru, orientacji oraz miernika wiatła posłuyła darmowa aplikacja Physics Toolbox Sensor. Badania zostały przeprowadzone na dwóch urządzeniach producenta telefonów Xiaomi pod kontrolą szeciu rónych systemów. Pomiary czujników zweryfikowano za pomocą dokładnych czujników referencyjnych. Słowa kluczowe: urządzenia mobilne, czujniki, system Android *Autor do korespondencji. Adres/adresy e-mail: mateusz.dobrowolski13@gmail.com, michal.dobrowolski000@gmail.com,p.kopniak@pollub.edu.pl Analysis of the use of sensors in mobile devices with modified operating systems Mateusz Dobrowolski,*, Michał Dobrowolski *, Piotr Kopniak* a Institute of Computer Science, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 36B, 20-618 Lublin, Poland Abstract. This publication concentrate on the posibility of the use of sensors in mobile devices with modified operating systems. Presented research focuses on Android devices. The gyroscope, the accelerometer, the orientation sensor and the light sensor data was acquired with use of Physics Toolbox Sensor software. The research has been conducted on two mobile devices of Xiaomi under control of six different kinds of operating system. Measured values were compared to values recorded by very accurate, reference sensors. Keywords: mobile devices, sensors, Android *Corresponding author. E-mail address/addresses: mateusz.dobrowolski13@gmail.com, michal.dobrowolski000@gmail.com,p.kopniak@pollub.edu.pl zastosowań czujników inercyjnych jest ledzenie ruchu 1. Wstęp w rónych systemach mobilnych i aplikacjach W dzisiejszych czasach smartfony odgrywają bardzo duą Tematyka analizy moliwoci wykorzystania czujników rolę. Niemal kada osoba wyposaona jest w urządzenie telefonów nie jest tematem nowym, a dostępne artykuły mobilne. Na skutek globalnego rozwoju informatyzacji, stały badawcze dogłębnie opisują poruszane zagadnienia. Pierwszy się one integralną częcią ycia - zarówno osobistego, jak artykuł dotyczy moliwoci wykorzystania czujników i biznesowego. Popularne smatrfony mogą pracować pod inercyjnych urządzenia mobilnego dla inteligentnych kontrolą wielu rónych systemów operacyjnych. systemów transportowych. Badania sensorów zostały Na obecnym runku najpopularniejszym systemem jest przeprowadzone pod kontrolą systemu Android oraz iOS [2]. Android, cieszący się duym zainteresowaniem wród Drugi artykuł dotyczył badania moliwoci wykorzystania odbiorców ze względu na prostotę uytkowania i due akcelerometrów do rejestrowania przypieszenia. Autorzy wsparcie techniczne [1]. Jest platformą o otwartym kodzie, badali czujnik przypieszenia pod kątem pracy na trzech dzięki czemu programici mogą modyfikować kod poprzez platformach mobilnych: Android, Windows Phone oraz iOS dodawanie nowych funkcji, personalizacji całego wyglądu [3]. Ostatnia praca dotyczyła ocenę wydajnoci sensorów systemu do swoich upodobań oraz optymalizacji działań urządzeń mobilnych w zakresie ruchu. Celem badań była mających na celu energooszczędną pracę urządzenia ocena pracy czujników i wydajnoci algorytmów mobilnego. Dlatego powstaje wiele odmian tego systemu wykorzystywanych do pomiarów kątów pod kontrolą systemu proponowanych przez firmy zewnętrzne i róne społecznoci. Android i iOS [4]. Dzięki szybkiemu rozwojowi sprzętu i miniaturyzacji Celem opisanej w niniejszym artykule pracy badawczej sprzętu, urządzenia mobilne wyposaone są w duą liczbę było udowodnienie, e dokładnoć pomiarów wielkoci czujników, głównie inercyjnych.. Do najpopularniejszych fizycznych za pomocą czujników wbudowanych w urządzenia z nich i najczęciej stosowanych w urządzeniach moemy mobilne jest uzaleniona od zastosowanego systemu wymienić między innymi. akcelerometr, yroskop operacyjnego. Oczywiste moe wydawać się, e największą i magnetometr. Wydajnoć czujników róni się znacznie dokładnoć mają czujniki pod kontrolą fabrycznego systemu w zalenoci od modelu smartfonów. Jednym ze szczególnych operacyjnego, ale wyniki badań pokazują, e nie jest to regułą. Kolejnym przypuszczeniem jest to, e sensory urządzenia pomiarową co te naleało zweryfikować wykorzystując mobilnego charakteryzują się niską precyzją i dokładnocią referencyjne urządzenia pomiarowe. 193 Journal of Computer Sciences Institute 2. Charakterystyka sensorów 2.2. yroskop Dynamiczny rozwój technologii elektronicznej oraz yroskop to czujnik słuący do pomiaru połoenia wzrost popularnoci smartfonów spowodowały, e czujniki kątowego urządzenia. Mierzy on prędkoć kątową takie jak akcelerometr, yroskop, magnetometr czy odbiornik obracającego się urządzenia wokół osi X, Y lub Z. żPS, które niegdy uwaane były za specjalistyczne Zbudowany jest on z mikroskopijnych płytek narzędzia, stały się dostępne dla kadego uytkownika o grzebieniowatej strukturze. Pod wpływem impulsu urządzeń mobilnych. Telefony wyposaone w te sensory stały elektrycznego płytki te ulegają wibracjom. Na skutek obrotu się bogatsze o nowe funkcjonalnoci. Dzięki nim korzystanie urządzenia, płytki zmieniają kierunek drgań. Spowodowane z urządzeń mobilnych staje się coraz prostsze i wygodniejsze. jest to tak zwanym efektem Coriolisa, czyli odchylenia danego Badaniom w niniejszej pracy poddane zostały czujniki obiektu od jego toru ruchu widziane z perspektywy innych występujące w kadym współczesnym smartfonie, tzn. obiektów znajdujących się w wirującym układzie czujnik pomiaru natęenia wiatła, akcelerometr, yroskop współrzędnych. W przypadku yroskopu obiekty te to płytki, i magnetometr. W niniejszym rozdziale pokrótce zostanie które w wyniku ruchu urządzenia mobilnego, zmieniają swój scharakteryzowany kady z czujników. potencjał elektryczny. Zmiany te interpretowane są przez sensory jako prędkoć obrotowa [6]. Przykładem zastosowania 2.1. Akcelerometr yroskopu w urządzeniach mobilnych moe być automatyczne obracanie ekranu czy w rónego rodzaju aplikacjach, które Akcelerometr jest to narzędzie słuące do pomiaru korzystają z wykrywania połoenia telefonu. przypieszenia liniowego lub kątowego urządzeń w niego wyposaonego. Smartfony oraz inne urządzenia mobilne 2.3. Miernik światła najczęciej posiadają akcelerometr liniowy. Mierzy on przypieszenie wzdłu kadej z osi trójwymiarowego układu Zastosowanie tego czujnika w urządzeniach mobilnych współrzędnych, czyliŚ X, Y i Z. W jego wnętrzu (Rys. 1) jest kluczową zaletą. Sensor ten składa się z fotorezystora, znajduje się bezwładny odwanik, który pod wpływem ruchu który z kolei zawiera półprzewodniki zezwalające na przepływ przekazuje odpowiednie sygnały do silniczków, które prądu tylko w przypadku, gdy uderzające w niego fale mają przeciwdziałają temu ruchowi. Wartoci przypieszenia, zatem dokładny zakres częstotliwoci. Często miernik wiatła zmieniają swoją wartoć wraz ze wzrostem lub spadkiem wyposaony jest w czujnik podczerwieni oraz filtr ultrafioletu. szybkoci oraz zmianą kierunku poruszania urządzenia. Dzięki nim ogranicza się rodzaj fal, które mogą osiągnąć W przypadku, gdy sprzęt zostaje w stanie spoczynku, czujnik półprzewodniki w widmie widzialnym wiatła. Czujnik ten wskazuje wartoci zerowe dla kadego z wymiarów. działa identycznie dla rónych ródeł wiatła, począwszy od naturalnego, a kończąc na wietle ze wietlówek i arówek. Wzrost natęenia prądu pod wpływem wiatła interpretowany jest jako wzrost natęenia wiatła. Jego główna zaleta to przede wszystkim adaptacja jasnoci wywietlacza, odpowiedniej dla ludzkiego oka, poprzez właciwe regulowanie podwietlenia wywietlacza LCD. To działanie pozwala na zmniejszenie zmęczenia oczu uytkownika [7]. 2.4. Magnetometr Magnetometr to czujnik wykrywający pole magnetyczne Ziemi wzdłu trzech prostopadłych do siebie płaszczyznach X, Y oraz Z. Zasada działania magnetometru w urządzeniach mobilnych opiera się o tzw. metodę Halla (Rys. 2). Składa się on z płaskiej płytki, która przewodzi prąd elektryczny w kadym wymiarze. Czujnik ten wytwarza napięcie Rys. 1. Schemat budowy akcelerometru [5] proporcjonalnie do siły i biegunowoci pola magnetycznego wzdłu kadego wymiaru, tym samym polaryzuje ją. żłównym elementem czujnika jest tzw. masa bezwładna, Mierzona jest ona, jako rónica potencjału na krawędziach zamocowana na spręystych belkach, która stanowi elektrodę płytki Wzrost wartoci potencjału powoduje zwiększenie w układzie kondensatora pomiarowego. W wyniku natęenia pola magnetycznego w danym wymiarze. przemieszczenia masy zmienia się pojemnoć i tym samym Zmierzone napięcie przekształcane jest do sygnału cyfrowego, napięcie wyjciowe, które jest dalej przetwarzane np. które reprezentuje natęenie pola magnetycznego. w przetworniku A/C i mikrokontrolerze [6]. Akcelerometr Magnetometr w urządzeniach mobilnych wykorzystywany jest w urządzeniach mobilnych często wykorzystywany jest jako kompas. Jest on podatny jednak na zakłócenia w szeregu aplikacjach czy do stabilizacji obrazu z obiektywu elektromagnetyczne. aparatu. 194 Journal of Computer Sciences Institute Tabela 1. Parametry czujników urządzeń mobilnych [odczytane z urządzeń] Xiaomi Redmi Note Xiaomi Redmi 3 Cecha 3 Pro Pro Akcelerometr Producent BOSH Invensense Wersja 2061000