ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ

В настоящее время, функциональные возможности мобильных устройств, в частности смартфонов, расширяются и усовершенствуются исключительно интенсивными темпами, превращая их в универсальные технические средства для решения множества практических задач. В данной связи одной из перспективных сфер применения смартфонов является их использование в качестве измерительного прибора. Задачи разработки мобильных приложений в измерительных целях, приобретают особую актуальность и практическую значимость. Данная работа посвящена изучению и анализу мобильных средств измерения.

Наверняка подавляющее большинство пользователей мобильных устройств используют только стандартные возможности переносных устройств и считают, что существующие на данный момент переносные устройства (смартфоны, планшеты и др.) предназначены исключительно только для осуществления связи и развлечений. Кроме основных функций смартфонов, таких как совершать и принимать телефонные звонки, они обладают такими стандартными для смартфона функциями, как фонарь, калькулятор, диктофон, фотокамера, медиаплеер и некоторыми другими.

Кроме вышеназванных стандартных функций, у переносных устройств существуют специальные датчики, предназначенные для некоторых отдельных его функций. В основном, для подавляющего большинства смартфонов, присутствуют следующие основные датчики. Рассмотрим некоторые из них:

1) датчик освещенности, измеряющий яркость освещения вокруг устройства. С помощью этого датчика смартфон по уровню освещенности автоматически устанавливает уровень яркости экрана устройства, что позволяет меньший расход энергии аккумулятора смартфона;

2) магнитометр, как видно из названия, для измерения магнитного поля вокруг устройства. Представляет собой датчик маленького размера на основе эффекта Холла и выполнен по технологии микро электромеханических систем (МЭМС). Используется для геоинформационных приложений для повышения точности местоположения, также этот датчик позволяет работать в паре со специальными чехлами с магнитами, позволяющими устройству при открытии такого чехла автоматически включать экран, при закрытии – отключать;

3) акселерометр, предназначенный для измерения линейного ускорения устройства в момент движения по трем осям координат. Датчик необходим для смены ориентации экрана, в зависимости от положения устройства, с портретной на ландшафтную и наоборот.

С помощью вышеперечисленных датчиков, установленных в смартфонах, можно не только использовать возможности датчиков по прямому назначению, но и можно воспользоваться датчиками переносного устройства в целях экспериментальных измерений. Например, с помощью акселерометра можно измерить скорость и расстояние, а с помощью датчика света мобильного устройства можно определить зависимость освещенности источника света от расстояния [2].

В качестве примера использования этих сенсоров, рассмотрим следующую работу. В работе [3] исследовались возможности применения датчиков акселерометра и гироскопа мобильных устройств Digma iDx7, Sony ZR и Samsung Galaxy Note 2 для генерации случайных последовательностей бит, применяемых в криптографии. Показания датчиков использовались в качестве источника энтропии для получения случайных последовательностей.

При помощи акселерометра также имеется возможность экспериментально определить уровень звукового сигнала [1]. В статье [1] исследованы потенциальные возможности работы акселерометра, как средства съема звукового сигнала. На основе исследованных данных были рассчитаны средний уровень шумов акселерометра в состоянии покоя и средний уровень показаний акселерометра устройства, лежащей на одной поверхности с работающей аудиосистемой. По результатам исследований, акселерометр может быть использован в качестве регистратора звукового сигнала, хотя эта возможность имеет достаточно много технических ограничений.

В 2016 году компания Google выпустила мобильное приложение «Science Journal» («Научный журнал») для операционных систем Android, Chrome OS и iOS позволяющее проводить научные эксперименты на мобильных устройствах [6]. Приложение является полностью бесплатным и доступен обладателям мобильных устройств под управлением ОС Android. При помощи этого приложения можно: измерять уровень освещенности, силу звука, ускорение, давление воздуха, делать снимки в ходе исследований и оставлять к ним комментарии; подключать через беспроводную сеть Bluetooth внешние датчики устройств Arduino и Vernier; сохранять зарегистрированные датчиками данные в виде табличных CSV-файлов; создавать триггеры для записи экспериментальных данных и комментариев; включать звуковое представление данных на графиках и др.

Мобильные устройства иногда вполне могут помочь для экспериментальных измерений в полевых условиях. При исследованиях они смогут частично или полностью заменить дорогостоящие крупногабаритные приборы. Переносное устройство может работать в паре с мелкогабаритным прибором. Например, смартфон может работать как биосенсор при помощи специальной подставки [4, 5]. Из такой пары устройств получится компактный и удобный карманный биосенсор. В 2013 году исследователи из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне разработали портативную подставку для смартфона и приложение для связи с ним для обнаружения токсинов, белков, бактерий, вирусов и других молекул. Мобильное устройство в паре с подставкой использует встроенную фотокамеру смартфона и его вычислительные возможности, тем самым позволяет устройству работать как биосенсор [5].

Таким образом, использование мобильных устройств в экспериментальных исследованиях не ограничивается только применением встроенными в устройства датчиками, смартфоны и планшеты могут быть использованы в качестве регистратора данных измерений, следовательно, могут быть полезны исследователям.

Список литературы:

1. Козлов Ю.Е., Евсеев В.Л. Экспериментальное определение уровня речевого сигнала в показаниях акселерометра мобильных устройств // Вопросы кибербезопасности. – 2016. № 5 (18). – С. 36-42.
2. Самойленко Б.И., Вичугов В.Н., Вичугова А.А. Мобильная визуализация данных об электромагнитном излучении беспроводных сетей // Известия Томского политехнического университета. – 2015. Т. 326. № 5. – С. 121-130.
3. Смагин А.А., Клочков А.Е., Григорьев А.Ю. Исследование возможности использования датчиков мобильных устройств для генерации случайных последовательностей // Автоматизация процессов управления. – 2017. № 3 (49). – С. 103-109.
4. Kenneth D. Long. A spectroscopic smartphone biosensor for use in point-of-care diagnostic application. – Urbana, Illinois. – 2014. – 45 p. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://www.ideals.illinois.edu/bitstream/handle/2142/ 49844/Kenneth_Long.pdf (дата обращения: 09.07.2019).
5. Cradle turns smartphone into handheld biosensor. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://news.illinois.edu/view/6367/204805 (дата обращения: 09.07.2019).
6. «Научный журнал» от Google – эксперименты с собственным смартфоном. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://android.mobile-review.com/articles/43275 (дата обращения: 05.07.2019).