Введение

Стресс – это фундаментальная понятие, которое вызывает все более активный исследовательский интерес в областях психологии, неврологии, медицины и смежных областях. Этот термин может использоваться по отношению к внешним (образ жизни, проблемы в отношениях, финансовые проблемы) или внутренним (структура личности, образ мышления) аспектам, вызывающим негативные эмоции (беспокойство, страх) и связанные с ними физиологические (т.е. телесные) изменения. Общепринятое представление свидетельствует о том, что переживание стресса связано как с восприятием, так и с субъективной оценкой события, а также к восприятию вызванных им телесных изменений.

В связи с активным изучением данного вопроса разрабатывается множество методов оценки стресса по электроэнцефалографии, миографии, электродермальной активности, речи, движениям глаз, вариабельности сердечного ритма и другим методам.

Из-за обширности методов, с помощью которых можно определять различные показатели, связанные с стрессом, существует множество различных подходов к решению поставленных задач. Такие как использование мобильных устройств, смартфонов и датчиков, установленных в них, разнообразные автономные устройства. Для обработки полученных данных применяются разные алгоритмы, методы машинного обучения. Данная отрасль имеет большие перспективы развития.

1 Датчики, используемые в приложениях для мобильных платформ

1. Основные виды датчиков в смартфонах

Датчик – это устройство, воспринимающее внешние воздействия и реагирующее на них. В современных устройствах используют различные датчики как для расширения функционала работы устройства, так и для выполнения стандартных действий. Ниже представлены основные виды датчиков в современных мобильных устройствах:

- Акселерометр

- Гироскоп

- Магнитометр

- Датчик позиционирования (GPS/ Glonass/)

- Датчик освещенности

- Датчик приближения

- Микрофон

Акселерометр самый популярный на сегодняшний день датчик в смартфонах. Он измеряет ускорение тела в пространстве и отвечает за автоматический поворот изображения на дисплее. Этим датчиком укомплектованы абсолютно все современные смартфоны, а его работа заключается в автоматической смене ориентации экрана при повороте устройства. Также акселерометр можно настроить так, чтоб он реагировал на жесты и действия. Например, потрясти смартфон или перевернуть экраном вниз, чтоб заглушить вызов, акселерометр помогает считать шаги и ориентироваться на картах.

Гироскоп в смартфоне определяет скорость углового вращения. Благодаря этому сенсору пользователь может поворотом гаджета управлять игрой. Он также используется при фотосъемке и для координирования дронов. С помощью гироскопа в играх повышается точность, поскольку разработчикам будет доступна информация об отклонении устройства в градусах с погрешностью всего в 1-2 градуса.

Магнитометр (магнитный компас) встречается не во всех смартфонах. Этот датчик измеряет уровень магнитного поля и используется для комфортной работы с навигационными сервисами и в случае запуска цифрового компаса. Работа с чехлами, которые позволяют разблокировать смартфон при открывании аксессуара, тоже зависит от наличия магнитометра. Многие смартфоны не имеют аппаратного магнитометра, что не позволяет использовать соответствующие аксессуары. В них используется так называемый цифровой (программный) компас, который используется в навигации, но является менее точным. Иногда, для еще большего повышения точности, добавляют дополнительные аппаратные датчики схожей, но упрощенной функциональности вроде Geomagnetic Rotation vector sensor. Магнетометр также можно использовать по прямому назначению: в качестве металлоискателя, для поиска проводки в стенах, в качестве компаса.

Датчик позиционирования (GPS) – глобальная система позиционирования. GPS позволяет смартфону коммуницировать со спутниками благодаря или отдельному, или мульти-чипу, поддерживающему сразу несколько систем. Сейчас у каждой развитой страны, есть своя система спутников. ГЛОНАСС в России, Galileo в Европе, BDS (или BeiDou) в Китае, QZSS (или Quasi-Zenith Satellite System) в Японии. GPS довольно медленная технология (требуется большое количество времени на нахождение и опрос спутников) и потребляющая много энергии, поэтому была придумана ещё A-GPS (Assisted GPS). Принцип основан на том, что пока GPS ищет спутники, смартфон успевает опросить сотовые вышки, Wi-Fi сети, Bluetooth устройства на предмет местонахождения. Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта, а также снижается расход энергии.

Датчик приближения (proximity sensor) – это датчик, который помогает определить наличие перед ним объекта. Самый простой пример – это отключение экрана, когда смартфон подносят к уху. Также датчик приближения исключает фантомные включения экрана, когда смартфон находится в сумке или кармане. Такой датчик может сам или в комбинации с фронтальной камерой отслеживать движения рукой над экраном для выполнения каких-либо функций. Например, пролистывание странички в браузере и тому подобное. Существует множество технологий датчика приближения. Он может работать по типу радара, сонара, есть инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент. Датчик приближения создаёт электромагнитное поле или электромагнитное излучении, и следит за изменениями поля или анализирует отраженный сигнал.

Датчик освещенности устанавливается для замера освещенности вокруг смартфона. На основе полученной с него информации смартфон может автоматически выставлять комфортную яркость экрана. Это крайне полезный датчик, облегчающий использование смартфона без необходимости постоянной ручной регулировки яркости, но может отсутствовать в некоторых бюджетных смартфонах. На улице при ярком свете экран будет максимально ярким и хорошо читаемым, в помещении яркость будет снижаться до среднего уровня, а в вечернее время и затемненном помещении подсветка будет опускаться до минимального щадящего для глаз уровня. В основе таких датчиков практически всегда находятся полупроводниковые фотоэлементы – электронные приборы, которые преобразуют энергию фотонов в электрическую энергию. Напряжение, создаваемое фотоэлементом, пропорционально освещению датчика. Таким образом, с помощью подобных компонентов можно, например, автоматически регулировать яркость экрана устройства в зависимости от внешнего освещения.

Микрофоны в смартфонах построены на основе MEMS-элементов. Принципиально важных элементов в таком микрофоне всего два: это гибкая обкладка – мембрана, и более толстая, неподвижная обкладка. Под воздействием давления воздуха мембрана смещается, изменяется емкость между обкладками – при постоянном заряде изменяется напряжение. Эти данные пересчитываются в амплитуды и частоты звуковой волны. Чтобы минимизировать влияние давления воздуха на неподвижную обкладку, эта обкладка перфорируется. Кроме того, под ней делается сравнительно большая ниша с обязательным вентиляционным отверстием. Идея в том, что единственным подвижным элементом в системе в идеале должна быть мембрана – и только она. Как и в случае с акселерометрами, здесь может быть использован пьезоэффект – в этом случае под мембраной ставится пьезокристалл. Дальше – как и в случае пьезоакселерометров: давление воздуха передается мембраной на пьезоэлемент, под этим воздействием кристалл вырабатывает ток. Напряжение измеряется и переводится в амплитуду и частоту звука [1].

Существуют менее популярные датчики, такие как термометр, датчик влажности, пульсометр, датчик вредного излучения (радиации). Но встречаются они крайне редко.