حسگر مجاورت در دستگاه‌های موبایل — چیست، انواع و原理 عملکرد

حسگر مجاورت در تلفن چیست

حسگر مجاورت (proximity sensor) یک سنسور مادون قرمز غیرتماسی است که در قسمت بالای پنل جلویی گوشی هوشمند، در کنار بلندگوی مکالمه قرار دارد. از یک دیود مادون قرمز (IR LED) و یک آشکارساز نوری (فوتودیود یا فوتوترانزیستور) تشکیل شده است. اولین گوشی هوشمند انبوه با حسگر مجاورت Apple iPhone (2007) بود — از آن زمان سنسور به یک جزء اجباری تمام تلفن‌های مدرن تبدیل شده است.

موقعیت و ساختار

حسگر معمولاً در زیر شیشه نمایشگر پنهان است و فقط در زاویه خاصی به‌عنوان یک نقطه کوچک قابل مشاهده است. در مدل‌های مدرن از ماژول نوری با زاویه تابش باریک (۱۵–۳۰ درجه) برای جلوگیری از خوانش‌های نادرست ناشی از انعکاس در شیشه استفاده می‌شود. تولیدکنندگان — Sharp، ams OSRAM (سری TMD)، Silicon Labs و شرکای قراردادی آنها.

دو نوع حسگر

در دستگاه‌های موبایل از حسگرهای گسسته (تراشه مجزای IR LED + فوتودیود) و ماژول‌های یکپارچه (هر دو عنصر روی یک تراشه) استفاده می‌شود. راه‌حل‌های یکپارچه (ams TMD2635، ابعاد ۱×۱×۰.۵ میلی‌متر) در بدنه‌های فوق‌باریک پرچم‌داران مدرن استفاده می‌شوند و حداقل فضا را روی برد اشغال می‌کنند.

سنسور مادون قرمز چگونه کار می‌کند

اصل عملکرد حسگر مجاورت بر اندازه‌گیری شدت تابش IR بازتابیده استوار است. دیود مادون قرمز یک پالس نور (۸۵۰–۹۴۰ نانومتر) منتشر می‌کند و فوتودیود مقدار نور بازتابیده از جسم را اندازه‌گیری می‌کند. اگر سیگنال بازتابیده از آستانه عبور کند — جسم نزدیک در نظر گرفته می‌شود (کمتر از ۳–۵ سانتی‌متر).

سرکوب نور خارجی

مشکل فنی اصلی نور خورشید و تداخل از سایر منابع IR است. راه‌حل — مدولاسیون تابش: IR LED پالس‌هایی با فرکانس ۱۰–۱۰۰ کیلوهرتز منتشر می‌کند و آشکارساز نوری سیگنال را به‌طور همزمان تشخیص می‌دهد و مؤلفه ثابت را فیلتر می‌کند. طبق ams Application Note AN000610 (2024)، مدار تشخیص همزمان نور پس‌زمینه را ۴۰–۶۰ دسی‌بل سرکوب می‌کند.

کالیبراسیون و آستانه‌ها

آستانه فعال‌سازی توسط تولیدکننده در مرحله کالیبراسیون تنظیم می‌شود و به شفافیت شیشه نمایشگر بستگی دارد. آستانه معمول — انعکاس مربوط به فاصله ۲–۴ سانتی‌متر است. وقتی انگشت یا گوش در فاصله کمتر از آستانه قرار گیرد، حسگر مقدار ۰ (نزدیک) و در غیر این صورت حداکثر مقدار محدوده (۸–۱۰ سانتی‌متر بسته به مدل) را برمی‌گرداند.

تفاوت حسگر مجاورت با سنسور ToF

حسگر مجاورت (IR proximity) شدت بازتاب را اندازه‌گیری می‌کند — یک سنسور دودویی با دو حالت. Time-of-Flight (ToF) زمان عبور نور به جسم و بازگشت را اندازه‌گیری می‌کند که امکان تعیین دقیق فاصله تا چند متر را فراهم می‌کند. در دستگاه‌های موبایل، سنسورهای ToF (VL53L5 از STMicroelectronics) برای فوکوس خودکار دوربین و برنامه‌های AR استفاده می‌شوند.

کی از IR proximity استفاده کنیم، کی از ToF

برای وظیفه خاموش کردن صفحه هنگام تماس یک سنسور IR دودویی ساده کافی است — هزینه آن ۰.۱۰–۰.۳۰ دلار در مقایسه با ۱–۳ دلار برای ماژول ToF. سنسور ToF یک عملکرد دقیق مسافت‌یاب اضافه می‌کند اما برای وظیفه پایه اضافی است. در برخی پرچم‌داران (Samsung Galaxy S23 Ultra) از ماژول‌های ترکیبی استفاده می‌شود که هر دو فناوری را ترکیب می‌کنند.

دسترسی برنامه‌نویسی به حسگر در اندروید

اندروید دسترسی به حسگر مجاورت را از طریق Sensor.TYPE_PROXIMITY فراهم می‌کند. ویژگی API این است که سنسور فقط دو مقدار عملاً مهم را برمی‌گرداند: 0 (جسم نزدیک) و حداکثر مقدار محدوده (معمولاً ۵–۱۰ سانتی‌متر) در صورت عدم وجود جسم. الگوریتم‌های داخلی ماهیت آنالوگ سیگنال را پنهان می‌کنند.

ویژگی‌های کار با حسگر

ماهیت دودویی سنسور به این معنی است که برنامه نمی‌تواند فاصله دقیق تا جسم را دریافت کند — فقط واقعیت وجود یا عدم وجود مانع در ناحیه حساسیت. این یک محدودیت سخت‌افزاری است. برای اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر از سنسور ToF (در صورت موجود بودن) از طریق API استاندارد TYPE_PROXIMITY استفاده کنید، اما در دستگاه‌های مجهز به ToF مقادیر آنالوگ برمی‌گرداند.

val proximitySensor = sensorManager
    .getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)

sensorManager.registerListener(
    object : SensorEventListener {
        override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
            val distance = event.values[0]
            val maxRange = proximitySensor?.maximumRange ?: 10f

            when {
                distance < maxRange -> lockScreen()
                else -> unlockScreen()
            }
        }

        override fun onAccuracyChanged(
            sensor: Sensor, accuracy: Int
        ) {}
    },
    proximitySensor,
    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
)

Wake Lock و مدیریت انرژی

هنگام ثبت حسگر مجاورت، استفاده از SCREEN_OFF_WAKE_LOCK مهم است اگر برنامه باید با صفحه خاموش به کار ادامه دهد (مثلاً ضبط مکالمه). بدون Wake Lock، CPU ممکن است به حالت خواب برود و داده‌های سنسور دریافت نشوند. پرچم SENSOR_DELAY_UI (۲۰۰ میلی‌ثانیه) برای اکثر سناریوها کافی است.

کاربرد حسگر مجاورت در برنامه‌ها

اگرچه وظیفه اصلی حسگر خاموش کردن صفحه هنگام تماس است، توسعه‌دهندگان کاربردهای خلاقانه‌تری پیدا می‌کنند. برنامه Glimmer از حسگر مجاورت برای تغییر آهنگ‌ها با حرکت دست در مقابل صفحه استفاده می‌کند — کف دست خود را حرکت دهید تا آهنگ را رد کنید. شارژ باتری تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد: مصرف انرژی سنسور فقط ۰.۳–۰.۷ میلی‌آمپر است.

• پاسخ خودکار و ضبط مکالمات — برنامه تشخیص می‌دهد که گوشی به گوش نزدیک شده و بلندگو یا ضبط را فعال می‌کند.
• حالت جیبی — قفل صفحه و خاموش کردن لرزش وقتی گوشی در جیب است. سنسور هر ۱–۲ ثانیه یکبار بررسی می‌شود.
• نزدیک‌شدن برای پیش‌نمایش — در برنامه‌های گالری، نزدیک کردن دست به صفحه، عناصر کنترل پنهان را نشان می‌دهد.
• بازی‌های با کنترل غیرتماسی — بازی‌های ساده که در آنها حرکت دست در مقابل سنسور جایگزین فشار دادن دکمه می‌شود.

مشکلات و محدودیت‌ها

مشکل اصلی حسگرهای مجاورت خوانش‌های نادرست هنگام استفاده از شیشه‌های محافظ و قاب‌ها است. برخی تولیدکنندگان (Google Pixel 8، 2023) از حسگر مجاورت فراصوت به‌جای IR استفاده می‌کنند — از طریق هر شیشه محافظ و نمایشگر با هر ضخامتی کار می‌کند، اما دقت کمتر و تأخیر بیشتری (تا ۱۰۰ میلی‌ثانیه) دارد. شیشه ضخیم (بیش از ۰.۵ میلی‌متر) تابش IR را پراکنده می‌کند و باعث فعال‌سازی مداوم می‌شود. راه‌حل — استفاده از قاب‌هایی با برش دقیق برای حسگر. دومین نقص — عدم امکان کار از طریق نمایشگرهای OLED با شفافیت متغیر (under-display sensor).

حسگر مجاورت زیر نمایشگر

در سال‌های ۲۰۲۴–۲۰۲۵، تولیدکنندگان شروع به استفاده از حسگرهای مجاورت زیر نمایشگر (under-display) کردند که امکان کاهش حاشیه بالایی گوشی هوشمند به ۱–۲ میلی‌متر را فراهم کرد. اولین دستگاه سریال با under-display proximity شیائومی 14 Ultra (2024) بود و پس از آن OnePlus 12 و Samsung Galaxy S25 آمدند. این فناوری از تابش IR با طول موج ۹۴۰ نانومتر استفاده می‌کند که تا حدی از پیکسل‌های نمایشگر OLED عبور می‌کند. طبق Samsung Display Technical Paper (2024)، شفافیت OLED برای تابش IR ۱۵–۲۵٪ است — این برای کار سنسور در روشنایی صفحه تا ۶۰۰ کاندلا بر مترمربع کافی است. در روشنایی بالاتر، ماتریس برای IR غیرشفاف می‌شود و سنسور برای اندازه‌گیری نیاز به خاموش کردن نور پس‌زمینه برای ۱–۲ فریم دارد.

شبیه‌سازی نرم‌افزاری حسگر مجاورت

هنگام توسعه برنامه‌ها در اندروید، شبیه‌ساز از حسگر مجاورت پشتیبانی نمی‌کند — باید آن را به‌صورت نرم‌افزاری شبیه‌سازی کرد. در دستگاه فیزیکی برای اشکال‌زدایی می‌توان از دستور adb استفاده کرد: adb shell sendevent /dev/input/eventX با کدهای ABS_MT_TOUCH_MAJOR مربوطه. برای شبیه‌سازی خاموش شدن صفحه هنگام تماس در تست‌ها، از SensorManager با یک شی mock استفاده کنید که مقدار 0 را هنگام فراخوانی onSensorChanged برمی‌گرداند.

تست حسگر مجاورت

برای بررسی حسگر مجاورت در دستگاه اندرویدی، برنامه تلفن را باز کنید، *#0*# را شماره‌گیری کنید (در سامسونگ) و گزینه Sensor را انتخاب کنید. با نزدیک کردن انگشت به قسمت بالای صفحه، مقدار سنسور باید از «Far» به «Near» تغییر کند. اگر سنسور واکنش نشان نمی‌دهد — قسمت بالای صفحه را تمیز کنید و وجود شیشه محافظ پوشاننده سنسور را بررسی کنید. در iPhone بررسی از طریق تشخیص سیستم در تنظیمات انجام می‌شود.