Что такое датчики движения в браузере
Датчик движения: что это такое и как работает?
Главная страница » Датчик движения: что это такое и как работает?
Электронный датчик движения что такое? Ответ очевиден – чувствительный прибор, как правило, из класса устройств систем безопасности. Правда, есть также конструкции, предназначенные, к примеру, для управления источниками освещения и другими устройствами. Работа датчика движения строится по принципу генерации сигнала в случае обнаружения какого-либо движения в границах контролируемой зоны. Приборы делаются на базе разных технологий. Применение таких чувствительных сенсоров становится всё более востребованным и не только в хозяйственно-промышленной сфере, но также в сфере бытовой. Рассмотрим, какие выпускаются устройства, а также примеры использования.
Типичное исполнение детекторов движения
Рассматриваемые датчики классифицируются в зависимости от способа обнаружения движения объекта. Существуют две классификации приборов:
Детекторы активного действия
Детекторы активного действия являются устройствами, функционирующими по принципу радарной схемы. Этот тип приборов излучает радиоволны (микроволны) в границах контролируемой зоны. Микроволны отражаются от существующих объектов и принимаются сенсором датчика движения.
Упрощённая схематика конструкции сенсора активного действия: 1 – источник (передатчик) микроволнового излучения; 2 – приёмник отражённого микроволнового сигнала; 3 – сканируемый объект
Если в зоне контроля обнаруживается движение в момент трансляции датчиком микро-излучения, создаётся эффект — доплеровский (частотный) сдвиг волны, который воспринимается вместе с отражённым сигналом.
Этот фактор сдвига указывает на то, что волна отразилась от движущегося объекта. Будучи электронным устройством, датчик сканирования движения способен вычислить такие изменения и отправить электрический сигнал:
схематично подключенные к датчику обнаружения движения.
Активные микроволновые датчики сканирования движения, в основном используются, к примеру, на автоматически работающих дверях торговых центров. Но вместе с тем этот тип приборов удачно подходит для домашних охранных систем или коммутации внутреннего освещения.
Этот вид электроники не подходит для коммутации наружного освещения или аналогичных применений. Обусловлено это массовостью активных объектов в условиях улицы, которые постоянно двигаются.
Например, движение ветвей деревьев от ветра, перемещение мелких животных, птиц и даже крупных насекомых, фиксируются активным сенсором, что приводит к ошибке срабатывания.
Детекторы пассивного действия (PIR – passive infrared)
Пассивные датчики движения – полная противоположность активным сенсорам. Пассивные системы ничего не посылают. Попросту обнаруживают инфракрасную энергию.
Конструктивное исполнение сенсора пассивного типа: 1 – Мульти объектив; 2 – Оптический фильтр; 3 – счетверённый инфракрасный элемент; 4 – металлический корпус; 5 – инфракрасное излучение; 6 – стабилизированный источник питания; 7 – усилитель; 8 — компаратор
Инфракрасные (тепловые) уровни энергии воспринимаются пассивными детекторами, непрерывно сканирующими область контроля или объект.
Учитывая, что инфракрасное тепло излучается не только от живых организмов, но также от любого объекта с температурой выше абсолютного нуля, можно сделать выводы о пригодности применения.
Эти датчики обнаружения движения не были бы эффективными, если бы их можно было активировать маленьким животным или насекомым, которое перемещается в диапазоне обнаружения.
Однако большинство существующих пассивных датчиков допустимо настроить на восприятие движение так, чтобы контролировать объекты с определенным уровнем испускаемого тепла. Например, прибор вполне можно настроить только на восприятие людей.
Сенсоры гибридной (комбинированной) конструкции
Комбинированный (гибридный) технологический датчик сканирования движения представляет собой систему комбинации активной и пассивной схемы. Такая электроника активирует действие только в случае обнаружения движения и той и другой схемой.
Комбинированные системы видятся полезными под применение в модулях сигнализации, так как уменьшают вероятность срабатывания на ложных тревогах.
Вместе с тем, эта технология обладает своими недостатками. Комбинированный прибор не в состоянии обеспечить такой же уровень безопасности, как отдельно взятые PIR и СВЧ-датчики.
Это очевидно, поскольку сигнал тревоги срабатывает только при обнаружении движения активным и пассивным датчиками одновременно.
Допустим, если злоумышленнику удастся каким-то способом предотвратить обнаружение одним из датчиков комбинированного прибора, движение останется незамеченным.
Соответственно, сигнал тревоги не будет отправлен на микропроцессор центральной системы сигнализации. На сегодня самым популярным типом комбинированных датчиков считается конструкция, где объединяются схемы PIR и микроволнового датчика.
Исполнение датчиков движения
Датчики сканирования на движение, разработанные и выпускаемые на текущий момент времени, обладают различными формами и габаритными размерами. Ниже приводятся несколько примеров исполнения устройств.
Пассивные инфракрасные конструкции (PIR) — пример
Одна из широко используемых конструкций, которые применяются в составе схем домашних системах безопасности.
Пассивные инфракрасные детекторы нацелены на отслеживание изменения уровня инфракрасной энергии, вызванного движением объектов (человека, домашних животных и т. п.).
Распространённая конструкция пассивного сенсора, которая отличается простейшей электронной схемой и не создаёт затруднений при подключении. Используются всего три электрических контакта
Сканеры пассивного действия изменчивостью источников тепла и солнечного света, поэтому детектор движения PIR более подходит для обнаружения движения внутри помещений или в иной закрытой среде.
Активные инфракрасные датчики — пример
Активные инфракрасные детекторы используют структуру двунаправленной передачи. Одна сторона – передатчик, используется для испускания инфракрасного луча.
Другая сторона – приемник, используется для приема инфракрасного сигнала. Действие тревоги происходит при обнаружении прерывания луча, связывающего две точки.
Пример однолучевого активного детектора обнаружения подвижек. Между тем существуют конструкции более сложной конфигурации, благодаря которым есть возможность решать различные задачи
Активные датчики сканирования движения типа «Infra Red Beam» в основном устанавливаются снаружи (в условиях улицы).
Обнаружение происходит благодаря использованию теории передатчика и приемника. Важно, чтобы инфракрасный луч проходил через зону сканирования и доходил до приемника.
Ультразвуковой детектор — пример
Датчики сканирования движения с помощью ультразвука выпускаются конструкциями, способными работать как в активном, так и в пассивном режиме. Теоретически ультразвуковой детектор действует по принципу передачи-приёма.
Один из примеров конструкции на основе ультразвука. Универсальные системы, которыми поддерживается функциональность как в активном, так и в пассивном режимах
Посылаются высокочастотные звуковые волны, которые отражаются от предметов и воспринимаются сканирующим приёмным устройством прибора. Если последовательность звуковых волн прерывается, активный ультразвуковой датчик подаёт сигнал тревоги.
Применение датчиков обнаружения движения
Некоторые из ключевых применений детекторов, когда необходимо отслеживать движение:
Ультразвуковые датчики используются для управления камерой слежения жилой недвижимости или, например, для съемки живой природы.
Инфракрасные сенсоры применяются для подтверждения наличия продуктов на конвейерных лентах
Ниже приведён практический пример использования датчиков активного и пассивного обнаружения движения.
Контроллер уровня жидкости на ультразвуковых датчиках
На приведенной ниже схеме показано, как контроллер (из набора Arduino) управляет уровнем жидкости, используя ультразвуковой датчик движения. Система работает, обеспечивая точные уровни жидкости в баке, управляя двигателем, определяя заданные пределы жидкости.
Практический пример реализации задачи на базе ультразвукового прибора и популярного набора Arduino, наглядно демонстрирующий ультразвуковой датчик движения что такое и как работает
Когда жидкость в резервуаре достигает нижнего и верхнего пределов, ультразвуковой датчик движения обнаруживает эти пределы и посылает сигналы на микроконтроллер. Микроконтроллер запрограммирован таким образом, чтобы управлять реле, которым в свою очередь управляется двигатель насоса. За основу берутся сигналы предельных условий, заданных на ультразвуковом датчике движения.
Датчик движения и автоматическое открывание дверей на PIR
Как и в приведенной выше системе, автоматическая система открывания дверей с использованием датчика движения PIR. В этом случае обнаруживается присутствие людей и выполняется операция с дверьми (открытие или закрытие).
Другая схема, где задействован уже прибор пассивного действия. Здесь также используется популярный конструктор Arduino – инструмент удобный для экспериментов и построения реальных электронных систем
Детектором PIR обнаруживается присутствие людей, после чего отправляется сигнал обнаружения движения микроконтроллеру. В зависимости от сигналов от датчика PIR, микроконтроллер управляет двигателем дверей в режимах прямого и обратного хода с помощью IC-драйвера.
КРАТКИЙ БРИФИНГ
СМИ призывают удалить Chrome из-за слежки по акселерометру — датчик в каждом смартфоне
Авторитетное зарубежное издание Forbes призвало читателей удалить Chrome — в очередной раз. Теперь из-за того, что браузер следит за пользователями через акселерометр, позволяя всем посещаемым сайтам получать данные с этого датчика. Проблема кажется невероятно масштабной, поскольку сбор данных через акселерометр включён по умолчанию в Chrome, и этот датчик есть в любом современном смартфоне.
В своей статье Зак Доффман (Zak Doffman) из Forbes, автор материалов о кибербезопасности, сравнивает подходы Apple и Google в мобильных Safari и Chrome. В то время как начиная с 2019 года Safari блокирует по умолчанию доступ сайтов к показаниям акселерометра, Chrome не только включает его изначально, но и помечает соответствующий пункт как рекомендуемый для включения.
На форуме Chromium один из пользователей выразил недовольство таким решением. Он аргументировал это тем, что крайне малому числу сайтов за пределами картографических сервисов нужно API датчика отслеживания перемещения для благих целей.
В Chrome можно отключить доступ к датчикам движения (⋮ ➝ «Настройки» ➝ «Настройки сайтов» ➝ «Датчики движения»), но Forbes и некоторые другие СМИ призывают именно удалить Chrome из-за зачастившихся в последнее время скандалов вокруг конфиденциальности пользователей.
Откуда сайт знает, что ты сидишь в уборной?
Многие не представляют, какой объём данных можно снимать с акселерометра в смартфоне. Думаете, информация используется только для поворота экрана? Далеко не так. На самом деле паттерны движения смартфона и его положение в пространстве многое говорят о действиях пользователя: он сидит, лежит, стоит, бежит… Можно распознать личность человека по голосу из динамика, записав реверберации корпуса смартфона через акселерометр. Определить, кто находится рядом в автобусе или автомобиле (с такими же паттернами движения).
Некоторые приложения постоянно снимают эти данные без разрешения пользователя (в Android и iOS 15 разрешение не требуется). Не только приложения, но и веб-сайты.
Слежка с помощью акселерометра
Акселерометр и гироскоп — это простая микросхема типа Invensense MPU-6500 с датчиками движения по шести осям (по три для гироскопа и акселерометра).
Расположение акселерометра и динамика в смартфонах разных производителей
Обычное применение — определение ориентации экрана. Есть и другие варианты использования. Например, управление автомобилем в гоночных симуляторах с помощью наклона, подсчёт количества шагов, определение падения пользователя (как делает Apple Watch), определение положение пользователя в пространстве.
То есть любое приложение и любой сайт могут подсчитать, сколько шагов прошёл человек и чем он занимается в данный момент. Вероятно, по специфическому положению телефона в пространстве и характерным движениям можно даже определить, что человек сидит в туалете.
Сейчас ведутся научные исследования для использования акселерометра в некоторых новых областях, например, измерение пульса, частоты дыхания. Есть попытки звукозаписи речи из динамиков по данным акселерометра.
Звук — это распространение механических колебаний в веществе. Реверберация — процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях.
Реверберации речи из динамиков распространяются по корпусу и воздействуют на датчики движения, из научной работы
Конечно, отдельные слова разобрать не получится, но можно определить пол говорящего (точность более 90%) и выполнить идентификацию личности по маленькой базе голосовых отпечатков.
Точность определения пола и личности (база 10 человек) на смартфоне в руке
Нужно ещё раз подчеркнуть, что акселерометр внутри аппарата не реагирует на воздушные реверберации речи, то есть нельзя прослушивать людей рядом со смартфоном. Только тех, чья речь доносится из динамика.
На данный момент iOS и Android не требуют специальных разрешений на доступ приложений к данным акселерометра. То есть приватные данные может легко снимать любое приложение.
Например, Facebook всегда снимает эти данные через свои приложения, в том числе Instagram, Whatsapp и др.
Лог сообщений со смартфона на сервер Facebook с данными акселерометра, если открыть приложение Facebook, источник
Доступ через браузер
Скрипт для считывания данные акселерометра присутствует на многих популярных сайтах.
Тут ситуация отличается на разных платформах.
Все браузеры под iOS обязательно используют WebKit, так что если сайт попытается запустить такой скрипт, обязательно выскочит диалог с запросом разрешения. Независимо от используемого браузера, будь то Safari, Firefox или Chrome.
А вот смартфоны под Android по умолчанию предоставляют сайтам доступ к событиям deviceorientation и devicemotion с информацией от датчиков движения.
Если зайти на данную демо-страницу со смартфона под Android, то вы можете увидеть эти данные.
Некоторые события можно симулировать в Chrome Dev Tools на десктопе (3D-модель вращается по всем осям мышкой).
Векторы атаки
Есть разные варианты эксплуатации. Например, веб-сайт или приложение может определять группы пользователей, которые находятся рядом с друг другом, в одном автобусе, одном поезде или автомобиле. У них будут синхронные данные о вибрации с датчиков движения. Таким образом можно отслеживать координаты пользователя, у которого отключена геолокация.
Приватность — неотъемлемое право человека
Приватность считается базовым правом каждого человека от рождения (Декларация прав человека ООН, статья 12), как жизнь, свобода и стремление к счастью. Но сейчас ситуация меняется. К сожалению, сохранение анонимности и приватности в современном интернете — уже не базовое право, а редкая привилегия для избранных. Привилегия, за которую приходится бороться и платить.
Что касается обычного человека, ему сохранить анонимность практически невозможно. Сейчас это требует слишком больших усилий, отказа от удобств, скидок в магазинах и так далее. Далеко не все согласны на такие жертвы в данный момент.
Но есть основания полагать, что ценность личной свободы и приватности вырастет в ближайшие годы, когда людям станет очевидна степень их эксплуатации со стороны технологических корпораций.
Думаю, пора копать немного глубже.
API геолокации
Одним из наиболее распространенных API-интерфейсов является тот, который используется для запроса вашего местоположения, обычно, когда вы используете «локатор магазина» на веб-сайтах, чтобы найти ближайший к вам магазин.
Если вы не видите приглашение, но думаете, что разрешили его, есть два разных параметра, управляющих доступом: глобальная страница со списком «заблокированных» и «разрешенных» сайтов и страница для каждого сайта, на которой вы Можно настроить все разрешения для одного сайта. В Chrome, просто замените brave://с chrome:// в адресной строке.
API датчиков
Существует (может быть, что-то вроде?) новый API для запроса доступа к датчикам в браузерах на основе Chromium ( Ghacks помещает его в Chrome 75 примерно в июне 2019 года, но википедия предлагает Chrome 67 в мае 2018 года). Это еще не широко поддерживается. Согласно MDN, единственными крупными браузерами, которые в настоящее время поддерживают его, являются Chrome и Opera для настольных компьютеров и мобильных устройств.
Следующие ссылки выполняют некоторый код JavaScript, чтобы попытаться запустить различные датчики, которые должны вызвать значок датчика в адресной строке. (Если возникнет ошибка, она отобразится под ссылками.)
Как и в случае API-интерфейсов геолокации и уведомлений, вы можете предоставить или запретить доступ на глобальном уровне или на уровне сайта. Раздражает то, что все вышеперечисленные датчики попадают под один зонтик «датчиков движения», поэтому вы не можете легко определить, к какому из этих датчиков пытается получить доступ конкретный объект.
Google добавляет средства управления разрешениями в браузере Chrome.
Компания Google недавно добавила в Chrome Canary элементы управления разрешениями «датчики движения», чтобы пользователи веб-браузера могли контролировать их функциональность.
Корпорация Google добавила глобальный и индивидуальный контроль доступа к сенсору в свой веб-браузер Chrome, пользователи этого веб-обозревателя могут использовать его для управления доступом к API сенсора в браузере. Доступ к датчикам включен по умолчанию.
Вы можете отключить датчики глобально, или индивидуально для каждого сайта, если вы посчитаете это необходимым. Вот каким образом это возможно сделать:
1 Загрузите браузер Chrome: // настройки / дополнительные / настройки сайта / датчики движения и освещенности. Это открывает разрешения для датчиков в браузере.
2 Установите флажок «Разрешить сайтам использовать датчики движения и освещенности», чтобы включить, или отключить их глобально.
3 Сайты, которые вы добавили в список разрешенных, или заблокированных, соответственно будут там отображаться.
Совет: вы можете управлять разрешениями для других API и функций, загрузив chrome: // settings / content /. Большинство устройств, например, «микрофон» или «камера», настроены на требование «спросить», это означает, что Chrome выводит подсказку всякий раз, когда он обнаруживает попытки доступа к этим API.
Опция также доступна и для отдельных сайтов. Просто активируйте значок, который обозреватель Chrome размещает перед веб-адресом, чтобы воспользоваться ей. Google Chrome кроме того, может отображать прямую опцию, разрешающую, или блокирующую датчики движения на конкретном веб-ресурсе.
Кроме того, вы можете получить доступ к настройкам сайта, активировав эту возможность. Они отображают все разрешения, которые поддерживает Chrome. Изменения, которые вы можете вносить в разрешения сайта, действительны только для выбранного вами веб-ресурса. Вы можете использовать параметры для отмены глобальных разрешений, например, разрешить функцию на сайте, или заблокировать ее.
Возможность заблокировать доступ к API-интерфейсу датчика в Chrome Canary 75 и Google Chrome 73, пока еще не доступна, а также точно неизвестно, когда эта функция появится в стабильной версии веб-браузера. Chrome 75-й версии может быть той отправной точкой, с которой данная возможность будет реализована, выпуск браузера должен состояться примерно через 2-3 месяца.