4.2 Componente Sensorial
4.2.1 Sensores Utilizados
Acelerómetro
Para a deteção de movimento foi utilizado o acelerómetro. Para tal é necessário compreender um pouco melhor como funciona realmente um sensor desta natureza. Um acelerómetro. Este é um dispositivo eletromecânico capaz de medir acelerações. Estes sensores podem medir as acelerações em um, dois ou em três eixos (X, Y, Z) [6]. Os acelerómetros presentes nos smartphones são de três eixos, portanto, no nosso caso, são estes que serão objeto de estudo detalhado.
Um acelerómetro comporta-se como uma massa amortecida por uma mola. Quando o acelerómetro experiencia uma força de aceleração, massa é deslocada até ao ponto em que a mola consegue mover a massa à mesma velocidade com que o invólucro exterior se move. Esta diferença de distâncias é então medida de forma a obter a força da aceleração. Nos acelerómetros dos smartphones é utilizado um material piezoelétrico que permite a conversão da energia mecânica e o movimento da mola num sinal elétrico [7].
Figura 4.3– Princípio de funcionamento de um acelerómetro de um eixo [7]
Este sensor permite a caracterização e distinção do movimento, que vai servir para o dispositivo ser capaz de reconhecer se o seu utilizador se encontra em repouso, em marcha, ou em corrida. Apesar de existirem outros tipos de movimento como por exemplo andar de bicicleta, neste projeto apenas nos cingimos a estes 3 grandes grupos de movimento.
Sensor de Luminosidade
Existem vários tipos de sensores de luz ambiente, mas os que serão objeto de estudo no nosso caso particular serão os foto díodos. Este é um componente eletrónico capaz de detetar a presença de luz, gerando uma corrente elétrica proporcional à quantidade de luz que nele incide. Consiste basicamente numa junção semicondutora P-N conectada por uma entrada ótica ao exterior (ambiente). Quando a superfície exterior é iluminada, os fotões de luz penetram no silício da junção na região de depleção, separando os eletrões das lacunas. Este fenómeno permite que as lacunas voltem para a região P, e que os eletrões voltem para a região N. Quando o circuito é fechado, o eletrão (agora livre) é atraído pela lacuna da zona P, viajando através do fio, gerando uma corrente elétrica [8].
Figura 4.4– Esquema de funcionamento de um foto díodo [8]
Na Figura 4.4 pode ser observado esse princípio de funcionamento. A incidência de fotões na zona de depleção separa os eletrões das lacunas. Eletrões estes que são atraídos pela carga positiva da zona P, percorrendo assim o circuito e gerando uma
corrente elétrica.
O sensor de luminosidade terá a função de determinar e distinguir também ele, o ambiente em que o utilizador se encontra. Neste caso, como poderão existir várias variáveis como a presença de sombras (durante o dia) e a presença de luzes artificiais (durante a noite), é esperado que exista um baixo grau de fiabilidade quanto a este parâmetro, quando tido em conta isoladamente, mas que em conjunto com dados provenientes de outros sensores forneça à aplicação na sua globalidade, uma contribuição muito positiva na caracterização e determinação do ambiente.
Sensor de Proximidade
Para detetar a proximidade de objetos foi utilizado o sensor de proximidade do dispositivo.Este deverá permitir a inferência de várias situações, e.g. se o dispositivo se encontra num bolso, ou pousado com o ecrã voltado para baixo numa superfície. Estas premissas são possíveis utilizando o sensor de proximidade do dispositivo em conjunto com o sensor de luminosidade.
Inicialmente os sensores de proximidade foram desenvolvidos para resolver problemas de toques acidentais no ecrã. Nomeadamente quando o utilizador colocava o seu dispositivo na orelha durante uma chamada. Assim, detetada a presença de um corpo, o dispositivo desliga o ecrã e ignora assim os toques acidentais que possam ocorrer no mesmo.
Existem vários métodos de deteção de proximidade, no entanto, o método mais comummente encontrado nos smartphones é o método ótico, através da utilização de um emissor e recetor de infravermelhos. Este é um método bastante fiável e de baixo custo, quando comparado com outros métodos. Motivo pela qual fomenta a sua utilização nos smartphones.
Este método é conseguido através de um emissor de luz infravermelha (Infra Red Light Emitting Diode) que emite um pulso de luz e mede a sua reflexão num deter- minado alvo [29], conforme ilustrado na figura 4.5.
Figura 4.5– Esquema de funcionamento do sensor de proximidade
Estes sensores possuem uma amplitude de ação, normalmente de 5 centímetros. Por norma, e no nosso caso em concreto, este valor de proximidade é apresentado como sendo um boleano (verdadeiro e falso) onde ‘’verdadeiro‘’ equivale a ‘’perto‘’ e corresponde ao valor mínimo da amplitude (0 centímetros) e ‘’falso‘’ é equivalente a ‘’longe‘’ e corresponde ao valor máximo da amplitude (5 centímetros).
No entanto, em alguns dispositivos atuais, a proximidade é medida usando um sen- sor de proximidade capacitivo. O fabricante define um valor de referência baseado na condutividade de um objeto. Isto significa que o nível de condutividade é ana- lisado e comparado com o valor de referência, em que depois qualquer valor obtido acima do nível de referência (condutividade mais alta) é definido como ‘’perto‘’ e qualquer valor abaixo (menor condutividade) é catalogado como ‘’longe‘’ [30]. Este pressuposto torna-se verdadeiro na medida em que a condutividade de um objeto apesar de ser invariável pode ser detetada antes de entrar em contacto com o sensor, sendo que este aumenta com a proximidade ao mesmo.
Este sensor vai simplesmente permitir saber se o dispositivo se encontra encostado a alguma superfície, seja ela qual for, i.e. permite obter a informação sobre se o meio está obstruído ou não. Esta capacidade permite a possibilidade de excluir a presença do dispositivo no bolso (caso não detete proximidade), ou equacionar a possibilidade de este estar no bolso, ou pousado numa mesa, de ecrã virado para baixo.
Sensor de Ruído
Este sensor é necessário para a deteção e caracterização de diferentes ambientes através da quantidade de ruído presente nesses mesmos ambientes. Este pressu- posto implica a recolha e análise de níveis de ruído em diferentes ambientes, como bibliotecas, salas de aula, restaurantes, cinema, etc. Para percebermos melhor como usar o microfone para a deteção de níveis de ruído, foi realizado um estudo desta mesma tecnologia bem como do seu funcionamento.
Apesar de existirem diferentes tipos de microfones, com diferentes funções, todos os microfones são transdutores, neste caso, de som. Estes transdutores convertem as ondas sonoras num sinal elétrico. No caso dos smartphones, os microfones utilizam a tecnologia MEMS (Micro-Eletrical-Mechanical Systems).
A Figura 4.7 mostra um microfone MEMS, sendo estes dispositivos que constituí- dos por dois componentes, o sensor do microfone propriamente dito, e um circuito integrado específico para o sensor e para a aplicação em questão (deteção sonora) [9].
O sensor é formado por duas placas de silício, em que uma delas é fixa à estrutura e a outra é móvel, apenas conectada a um lado da estrutura. A placa fixa está coberta por um elétrodo (tornando-a condutora) e por orifícios que permitem a passagem das ondas sonoras. Existe um orifício de ventilação que permite ao ar que se encontra comprimido na estrutura possa sair, permitindo que a placa móvel retorne à sua posição, ilustrado na figura 4.8.
Figura 4.8– Princípio de funcionamento do sensor de ruído [9]
O movimento da placa móvel, altera a capacidade elétrica entre as duas placas, que é depois convertida pelo circuito integrado num output digital (sinal elétrico). Relativamente à deteção de ruído, este sensor será útil para a distinção de ‘’ambientes sonoros‘’, como por exemplo, a distinção entre o ruído gerado num restaurante/café, do ruído gerado numa reunião/aula, do ruído gerado em casa.