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Accéléromètres, Gyroscopes, Magnétomètres, GPS

Le Smartphone est  un véritable micro-ordinateur de poche doté de fonctionnalités multimédias avancées et truffés de capteurs :

- GPS,

- accéléromètre,

- Gyromètre (confondu avec le Gyroscope)

- magnétomètre,
- capteurs de pression,

- capteurs de lumière ambiante,

- capteur de proximité.


Le smartphone combine les données captées par ces différents dispositifs afin d'estimer une probabilité de localisation en fonction du temps, de la direction prise... à partir d'un point de départ prédéterminé. pour des utilisations variées  ( boussole, navigation, console de jeux portable...)


Rappels de quelques définitions:


Les six principaux de degrés de liberté d’un solide dans l’espace:


Il y a trois mouvements de translation (déplacement d’un corps d’un point à un autre):

  1. - le mouvement longitudinal qui décrit un objet qui avance ou recul,

  2. - le mouvement transversal qui désigne un objet qui bouge de droite à gauche et enfin

  3. - le mouvement vertical qui est utilisé pour les corps qui montent ou descendent.


Il y a ensuite trois mouvements de rotation :

  1. - le tangage qui marque le mouvement d’un corps qui bascule de l’avant à l’arrière,

  2. - le roulis qui désigne le mouvement de bascule de droite à gauche,

  3. -le lacet qui est le pivotement de droite à gauche (comme une voiture qui prend un virage) .


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Tanguage - Roulis




Lacet



Le MEMS (Micro Systèmes ElectroMécaniques) Accéléromètre  et le MEMS Gyromètre sont les capteurs qui mesureront  les 6 degrés de liberté.


L’ accéléromètre:

L’accéléromètre  permet de savoir dans quelle direction l’appareil se déplace;  il ne détecte pas une position, mais une accélération sur l’un des trois axes X, Y, Z.

Un accéléromètre mesure les accélérations,  mesure les changements de vitesse et les changements de position ( mouvements de translation). Ils sont généralement utilisés pour mesurer de petits mouvements.


L’accéléromètre du smartphone comprend 3 capteurs.

Un accéléromètre permet aussi de détecter la force de gravité générée par la Terre. C’est  donc l'accéléromètre qui détermine l'orientation de l'écran et contrôle le basculement portrait/paysage.

Le gyromètre (appelé à tort gyroscope):

Le gyromètre ne détecte pas un déplacement linéaire le long d'un axe, mais une accélération de la rotation AUTOUR d'un AXE.

Le  gyromètre mesure  soit des changements dans l'orientation (mouvement angulaires)  ou des changements de vitesse de rotation.

Le gyromètre  comprend 3 capteurs.

Le gyromètre ne donne que des données relatives (ex : rotation de 30° vers la droite).


Le smartphone  peut déterminer l'orientation du téléphone par rapport à la verticale en utilisant l’accéléromètre  et le gyromètre et ainsi obtenir la valeur  absolue du tangage et du roulis.

Pour le lacet, on peut utiliser la boussole et le gyromètre . Mais sur la plupart des jeux on utilise uniquement les variations d'angles.

ex: Les jeux de course de voitures ou l’on se sert de son smartphone comme d’un volant, ou l’on secoue son appareil pour éteindre sa musique.

Sur les applis de réalité augmentée  on a vraiment besoin des valeurs absolues.


Voir cette excellente vidéo  qui explique le fonctionnement et la fabrication d’un accéléromètre.

Note: sous la vidéo, dans la barre noire, Actionnez le sous-titrage et la traduction du sous-titrage en français car la vidéo est en anglais!

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=KZVgKu6v808


Le magnétomètre

Un magnétomètre mesure les champs magnétiques et parce que la terre possède un champ magnétique significatif, le magnétomètre peut être utilisé comme une boussole. Un magnétomètre à 3 capteurs (3 axes).

Il  permet de disposer d’un véritable compas embarqué, et peut détecter des métaux ferro-magnétiques. L’exposition prolongée d’un smartphone à un magnet de frigo peut décalibrer le magnétomètre pendant une semaine.



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C’est donc un système à 10 capteurs qui est

embarqué

=  3 accéléromètres

 + 3 gyromètres

+  3 magnétomètres

+ 1 pression


Le  pédomètre:

Un pédomètre donne le nombre total de pas en 24h. Certains calculent la distance parcourue et l’énergie dépensée.


Le capteur d'orientation

Le capteur d'orientation détecte le statut de direction de l'appareil. Ceci  permet la  rotation automatique de l’écran lorsque l'appareil est tourné horizontalement..


Le capteur de proximité:

Ce capteur détecte la présence du corps humain au niveau de l'écouteur de l'appareil.


Le Détecteur de luminosité:

Ce capteur permet de savoir quelle est l'intensité lumineuse de l’environnement, ce qui permet de régler automatiquement l’éclairage de l’écran (l’écran consomme beaucoup de courant).

Le GPS:

Presque tous les Smartphones disposent d’un récepteur GPS.
Mais tous les Smartphones ne disposent pas de
logiciels de navigation.

  • Maps, Viamichelin = sont des logiciels de cartographie avec localisation et services d’itinéraire.

  • Navigateur = Navigateur web = Firefox

  • Navigation = est le logiciel  de navigation de Google.

Obtenez l’appli si vous comptez utiliser votre smartphone en aide à la navigation quand vous êtes en voiture ou à pied. Il a une précision de  15  mètres. La réception de 3 satellites (minimum) est nécessaire pour obtenir un position en 2D et 4 satellites pour 3D ( altitude); plus de satellites augmente la précision. Le GPS ne fonctionne pas à l’intérieur des bâtiments;il  peut  être lent à positionner et vide rapidement la batterie.


La localisation cellulaire GSM des téléphones portables (qui n’a qu’une précision de 300 m en ville, à plusieurs km dans le rural)  peut accélérer la localisation GPS (fonction "Assisted GPS" avec une puce A-GPS).


La localisation à l’intérieur des bâtiments utilise  une technologie hybride ( GPS + WiFi + données cartographiques) qui  permet la  localisation à l’intérieur de centres commerciaux, aéroports, métro, musées, sites industriels.




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