اندازه گیری سرعت کابین با گوشی هوشمند

امید هاشمی – در تلفن‌های همراه هوشمندی که امروزه در دستان ماست تعداد زیادی حسگر وجود دارد که میدان مغناطیسی، نور، صوت، شتاب و چندین پارامتر فیزیکی دیگر را اندازه گیری می‌کنند. البته بسته به برند سازنده و مدل گوشی، تعداد، نوع و همچنین دقت این حسگرها متفاوت خواهد بود اما برخی حسگرها به طور کلی در همه گوشی‌ها یافت می‌شوند. در ادامه این مطلب قصد داریم درباره نحوه اندازه گیری سرعت کابین با گوشی هوشمند، انواع حسگرهای موجود در تلفن‌های همراه و نحوه کار این حسگرها صحبت کنیم.

انواع حسگرهای تلفن همراه

حسگرهای درون تلفن همراه به 3 دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند عبارت اند از:

• حسگرهای حرکتی
• محیطی
• موقعیتی

حسگرهای حرکتی

این نوع حسگرها که از نوع حرکتی هستند و با نام Motion Sensors نیز شناخته می‌شوند شامل موارد زیر هستند.

1. ژیروسکوپ (Gyroscope)
2. شتاب سنج (Accelerometer)
3. جاذبه (Gravity Sensor)
4. چرخش (Rotation Vector Sensor)

حسگرهای محیطی

انواع حسگرهای محیطی (Environmental Sensors) عبارتنداز:

1. فشارسنج (Barometer)
2. نور (Light Sensor)
3. مجاورت (Proximity Sensor)
4. دماسنج (Thermometer)
5. اثر هال (Hall Sensor)
6. رطوبت (Humidity Sensor)

حسگرهای موقعیتی

این نوع حسگرها که بر اساس موقعیت کار می‌کنند و با نام Position Sensors شناخته می‌شوند شامل انواع مختلف زیر هستند.

1. موقعیت (Orientation)
2. مغناطیس سنج (Magnetometer)
3. اثر انگشت (Fingerprint Sensor)
4. گام شمار (Pedometer)

هر حسگر ویژگی‌هایی فنی دارد که برای کار با آن باید به طور کامل از این ویژگی‌ها مطلع بود. برای مشاهده این ویژگی‌ها می توان از اپلیکیشن‌های مختلفی استفاده نمود که از آن جمله به اپلیکیشن Elixir2 اشاره می‌شود.

با نصب این اپلیکیشن و ورود به قسمت حسگرها، می‌توانید به طور دقیق از نوع حسگرهای موجود در گوشی همراه خود مطلع شوید. همچنین با ورود به هرکدام از این حسگرها، مشخصات فنی مانند حساسیت، میزان مصرف انرژی و کمپانی سازنده و همچنین شکل عملکرد آن قابل مشاهده است.

نکته مهم: آشنایی و استفاده از این اپلیکیشن ساده و همچنین کار با سیستم اندازه گیری شتاب کابین آسانسور، سرآغاز پدید آمدن ایده‌ای بسیار جالب و کاربردی شد که در ادامه برای شما توضیح داده می‌شود.

اندازه گیری در صنعت آسانسور

گفتنی است که اندازه گیری سرعت و شتاب کابین آسانسور در اندازه گیری‌های مهندسی مهم است و برای این کار تجهیزات مناسبی نیز طراحی شده است که البته معمولا حساس و گران هستند. این تجهیزات شامل یک سخت افزار (یعنی حسگر شتاب) و نرم افزار (که اندازه گیری مقادیر و نمایش را توسط لپ تاپ بر عهده دارد) است.

ایده استفاده از گوشی همراه و اندازه گیری سرعت و شتاب کابین با گوشی هوشمند از همین جا پدیدار شد زیرا معمولا یک گوشی همراه – البته متناسب با مدل و سازنده آن – می‌تواند همه عوامل سخت افزار و نرم افزار و نمایشگر مورد نیاز را با هم و در یک حجم کوچک داشته باشد.

علاوه بر این که گوشی همراه همان‌‎طور که از نامش بر می‌آید، همواره در کنار همه ما وجود دارد پس دسترسی به آن بسیار آسان‌تر خواهد بود.

برای این منظور یک برنامه مقدماتی ثبت داده طراحی شد تا بتوان به داده‌های خروجی حسگر شتاب در گوشی همراه (با پسوند .CSV) دسترسی داشته باشیم. سپس با محاسبات انتگرال در نرم افزار اکسل از این داده‌ها، سرعت حرکت و مسافت طی شده توسط کابین در طول طبقات محاسبه شد.

یادآوری

با یک بار انتگرال گیری از مقادیر شتاب، سرعت و با انتگرال گیری دوم مسافت طی شده کابین به دست می‌آید. در فرآیند صحّه گذاری و تایید محاسبات انجام شده، اندازه گیری دقیق فواصل بین طبقات یک پروژه آزمایشی انجام گرفت و با محاسبات مطابقت داده شد که نتیجه بسیار رضایت بخش بود.

بیشتر بخوانید:

• فناوری ساختمان؛ سیستم‌ های هوشمند مدیریت ساختمان
• کاربردهای اینترنت اشیا (Internet of Things) در مدیریت آسانسورهای هوشمند

اپلیکیشن شتابین

یکی از اپلیکیشن‌های بسیار مهم و کاربردی برای اندازه گیری سرعت کابین با گوشی هوشمند، اپلیکیشن شتابین است. پس از ایجاد اطمینان از عملیات ثبت داده‌های شتاب و محاسبه مقادیر سرعت و مسافت طی شده، فعالیت‌های لازم برای طراحی اپلیکیشن مربوطه انجام و از ترکیب دو کلمه شتاب + کابین ، نام شتابین برای این اپلیکیشن انتخاب گردید.

همچنین برای راحتی کاربر، بخش کتابخانه‌ای مفیدی نیز به آن افزوده شد تا اطلاعات به دست آمده در پروژه‌های مختلف دارای نظم و ترتیب باشد.

چالش های پیش رو

در انجام عملیات داده برداری برای اندازه گیری سرعت کابین با گوشی هوشمند با چالش‌هایی مواجه شدیم، که از دو ناحیه ناشی می‌شد:

1. توان محدود محاسباتی گوشی همراه؛
2. خطا در اندازه گیری حسگر.

با توجه به اهمیت سرعت داده برداری از حسگر شتاب و تاثیر مستقیم آن بر حجم فایل ذخیره شده و از طرفی محدودیت در حافظه داخلی گوشی همراه و سرعت پردازش آن، در نسخه اول این اپلیکیشن تصمیم گرفته شد که سرعت نمونه برداری ثابت و غیر قابل تنظیم و برابر با 30 نمونه در ثانیه انتخاب شود. علاوه بر آن حسگر شتاب نیز دارای سه دسته متفاوت خطا بود که در ادامه به آن اشاره می‌شود:

1. خطای طبیعی که مربوط به ساختمان حسگر بوده و حتی در زمان سکون گوشی به صورت نویز ایجاد می‌گردید و البته پس از دو بار انتگرال گیری نتیجه نهایی باعث تغییرات محسوس در خروجی می‌شد.
2. خطای تراز افق که در اثر غیر افقی بودن مطلق کف کابین به وجود می‌آمد.
3. ضربات و تکان‌های ناخواسته کابین در حین حرکت که در اثر نصب نادقیق ریل‌ها و همچنین حرکت در کابین در زمان اندازه گیری ایجاد می‌گردید.

پیشنهادات رفع برای چالش‌ها

برای رفع هر کدام از این چالش‌ها تغییرات و پیشنهادهای زیر لحاظ شد:

• با استفاده از محاسبات ریاضی، تفاوت بین نویز و شتاب واقعی خروجی حسگر درک شده و اثر نویز پیش از آغاز محاسبات فیلتر شد.
• به دلیل ثابت بودن ناترازی کف کابین به طور آفست، این ناترازی پیش از آغاز محاسبات حذف شد.
• به کاربر توصیه شد که در هنگام اندازه گیری شتاب، در کابین به طور کامل ثابت باشد و حرکت نکند.
• ضربات ناگهانی در اثر عدم کیفیت بالای نصب ریل‌ها، با محاسبات ریاضی حذف گردد.

با انجام این پیشنهادها، خطا در اندازه گیری تا کمتر از 2% کاهش یافت. به طور مثال در یک اندازه گیری در برج میلاد تهران، مسافت طی شده 285 متر، 280 متر نشان داده شد.

پیشنهاد برای بهبود

برای بهبود در اندازه گیری و یافتن معیاری برای درک میزان خطا، پیشنهاد می‌شود که یک مسیر رفت و برگشت کامل بین دو طبقه مورد اندازه گیری قرار بگیرد. با انجام این روش در پایان باید فاصله طی شده توسط نرم افزار صفر نشان داده شود.

نمایش این عدد حکایت از اندازه گیری دقیق شتاب و سرعت کابین خواهد داشت. در صورت باقی ماندن اندکی اختلاف در فاصله طی شده، می‌توان نتیجه گیری کرد که اندازه گیری آن دقت لازم و قابل قبول را در این پروژه به خصوص نداشته است.