Mobil Cihazlarda Jiroskop ve İvmeölçer Kullanımı

Mobil cihazlarda ilk başlarda tek başına kullanılan ivmeölçerler (Şekil 4.1), daha sonra yerini jiroskop-ivmeölçer bütünleşik sistemine bırakmıştır. İlk olarak Nintendo Wii oyun konsollarında kullanılan ivmeölçer hareket sensörlerinden sonra, Apple’ ın iphone 4 mobil telefonlarında kullandığı jiroskop-ivmeölçer-pusula bütünleşmiş sistemi, mobil cihazlarda hareket sensörü teknolojisini bir adım ileri taşımıştır.

Mobil cihazlarda ivmeölçer sistemi

Mobil cihazlarda jiroskop-ivmeölçer bütünleşik sistemi

Hareket = (yaw x pitch x roll)T

Şekilde iphone4’ teki bütünlenmiş sistem gösterilmektedir. Iphone 4’ ün piyasaya sürülmesinden sonraki yıllarda üretilen birçok mobil telefon ve bilgisayar, bu bütünlemiş sistemi kullanmaktadır. (Powers, 2010)

Apple Iphone 4’ te kullanılan ivmeölçer ve gyro sensör

İlk nesil Iphone ve Ipod touch’ ta şekil 4.4’ te gösterilen LIS302DL model MEMS ivmeölçer kullanılmıştır. Sonraki Iphone ve Ipod’ larda ise benzer olarak, şekil 4.5.’ te gösterilen LIS331DL modeli kullanılmıştır. Her iki modeli de üreten firma STMicroelectronics’ tir.

LIS302DL model ivmeölçer devre şeması

LIS331DL ivmeölçer

Mobil cihazlarda kullanılan ivmeölçerlerin spesifik özellikleri tanımlanırken kullanılan matematiksel değerler vardır. Örneğin aşağıda LIS331DL modeli için spesifik özellikler verilmiştir;

  • MEMS sensör çıkışı: Dijital
  • Ölçüm eksenleri: X, Y, Z (3 eksende ölçüm yaptığını göstermektedir.)
  • İvme ölçüm aralığı: ± 2g, ± 8g
  • Giriş voltajı: 2.16V – 3.6V
  • Sensör koruma tipi: LLGA
  • Pin sayısı: 16
  • Minimum hasassiyet: 16.2mg/dijit, 64.8mg/dijit
  • Ortalama hassasiyet: 18mg/dijit, 72mg/dijit
  • Maksimum hassasiyet: 19.8mg/dijit, 79.2mg/dijit
  • Çalışma sıcaklığı aralığı: -40°C ile +85°C arası
  • Her eksen başına hassasiyet: 72mg / dijit

Apple firmasının ürettiği Iphone 4 mobil telefonun içinde, MEMS tabanlı bir jiroskop vardır. Bu jiroskop, elektronik bir pusula çipiyle kombine olarak çalışır. Bu kombinasyon; 9DoF (degree-of-freedom) hareket sensörü olarak adlandırılır. Apple Iphone 4’ te kullanılan jiroskop sensör; yine STMicroelectronics firmasının üretimi olan L3G4200D’ dir. Bu jiroskop, 4 mm x 4 mm x 1 mm ebatlarında ince bir LGA paketi içinde gelir. Bu paket, X-ışını ile yandan görünümü şekildeki gibi olan MEMS ve ASIC içermektedir.

L3G4220D’ in X ışını ile yandan görünümü

Şekilde; L3G4200D jiroskopun koruyucu kapağı çıkartıldıktan sonra içinde bulunan elektronik ekipmanların fotoğrafı gösterilmektedir. Ortadaki titreşimli madde, etrafında dört esnek silikon maddeden oluşmaktadır. Merkezde oluşan titreşim, roll ve pitch proof mass adlı kanallarla köşelerdeki yaylara iletilir. Bu sistem sayesinde jiroskopun algıladığı hareket, nefes alma benzeri bir şekilde yavaşlatılarak yok edilir.

L3G4200D GK10A 3 eksen jiroskop

Coriolis Kuvveti

Bu kuvvet, dönen bir platformun merkezinden karşı tarafına yürümeye çalışan biri tarafından anlaşılabilir. Yürüyen kişi, yürümek istediği tarafa doğru dik açıyla itildiğini görür. Benzer şekilde, dünyanın yüzeyi üzerinde hareket eden hava, kuzey yarım kürede hareket yönünün sağına, güney yarım kürede soluna saptırır. Bu saptırma gücüne coriolis kuvveti denir.

Bu jiroskopun bağlı olduğu cihaz, yatayda veya dikeyde hareket ettirildiğinde, coriolis kuvveti etkisi ile, merkezdeki kütle ivmelenme gösterir. Bu ivmelenme, titreşen kütlenin altındaki polisilikon kapasitör tabakalar tarafından saptanır.

Motionprocessing Teknolojisi

Mobil bilgisayarlar, dijital fotoğraf makineleri, gelişmiş cep telefonları ve bunlara benzer cihazların kullanımı ve üretimi arttıkça, markaların sunduğu ekstra özellikler de aynı şekilde artmıştır. Taşınabilir cihazların kullanım kolaylığını bir üst seviyeye taşımak amacıyla geliştirilen motionprocessing teknolojisi ile, mobil cihazlar konum, ivme ve moment ölçümü yaparak, uygulamalarda kullanılabilir hale getirilmiştir. Bu teknolojiyi günümüzde kullanan bir çok cihazda; ivmeölçer, pusula, jiroskop ve gps sensörü ortaklaşa çalışmaktadır.

Şekilde gösterilen, InvenSense IMU-30005 kullanan harekete duyarlı AV uzaktan kumanda; dünyanın ilk 6 eksen sensörlü uzaktan kumandasıdır. 3 eksen bir jiroskop ve 3 eksen ivmeölçerin birleşimi olan bir IMU3000 sensör ile çalışmaktadır.

InvenSense IMU-30005 kullanan harekete duyarlı AV uzaktan kumanda

Şekilde gösterilen LG Elektronik Magic Motion™ TV uzaktan kumanda ürünü, jiroskop ve ivmeölçeri bir arada kullanan son cihazlardandır. Uzaktan kumanda; kullanıcının hareketlerine göre kanal değiştirme, ses düzeyi değiştirme vb. komutları televizyona iletebilmektedir.

Lg Elektronik yapımı Magic Motion Kumanda

Harekete duyarlı sistemlerin bir diğer örneği bilgisayar farelerinde ve sunum cihazlarında kullanılmıştır. Bilgisayarlar oyun platformu olarak kullanıldığından beri, klavyeden daha hassas ve daha hızlı cihazlara ihtiyaç duyulmuştur. Şekil 4.10’ daki gibi 3D Mouse ve 3D sunum cihazı olarak adlandırılan bu cihazlar, bünyelerinde 2 boyutlu bir optik okuyucunun dışında, 3 boyutlu hareket algılama için jiroskop bulundurmaktadırlar.

Jiroskop kullanan Logitech® MX™ Air ve Air Mouse Elite™

Çizelgede günümüzde kullanılan sensörler ve gelecekte kullanılabilecek sensör tipleri hakkında bilgi verilmiştir.

Cihaz Mevcut sensör Gelecekteki muhtemel sensör
Oyun konsolu İvmeölçer, jiroskop ve görüntü algılayıcı Pusula
Uzaktan kumanda İvmeölçer, jiroskop ve pusula
Akıllı telefonlar İvmeölçer, pusula, GPS ve Jiroskop
Dijital kamera Jiroskop, GPS İvmeölçer, pusula
Spor ekipmanları İvmeölçer Jiroskop