很多時候，iOS 設備，特別是iPhone 的“智能”會讓很多用戶感到好奇。比如，在使用iPhone 中的地圖應用時，它可以顯示出我面向的方向。或者，在我旋轉iPhone 時它可以自動將程序界面隨之旋轉以適應當前的持握方式。還有，當我從戶外走入室內後，iPhone 可以自動降低亮度讓屏幕顯得不是那麼刺眼。所有諸如此類的“智能”，其實都是由集成在 iOS 設備內部的一系列傳感器配合系統完成的。這些傳感器，對於iOS 系統本身和在其之上運行的各類App 都用相當重要的作用，也是iOS 系統“智能”的主要來源之一。瞭解這些傳感器以及其作用，能夠讓你更好的認識、利用和保護手中的iOS 設備，這一章節，我將爲各位簡單介紹存在於iOS 中的傳感器。
iOS 設備的不同，所集成的傳感器也有不同，這裏筆者以 iPhone 5 爲例進行介紹，在本章節最後，筆者也會附帶一個列表向你展示不同的iOS 設備中擁有的傳感器類型差異。
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iPhone 5 傳感器列表 |
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運動/加速度傳感器 (Motion/Accelerometer Sensor) |
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環境光傳感器 (Ambient Light Sensor) |
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距離傳感器 (Proximity Sensor) |
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磁力計傳感器 (Magnetometer Sensor) |
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內部溫度傳感器 (Internal Temperature Sensor) |
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溼度傳感器 (Moisture Sensor) |
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陀螺儀 (Gyroscope) |
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全球衛星定位系統 (GPS-Global Positioning System) |
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攝像頭 (Camera) |
1. 運動/加速度傳感器 (MotionSensor/Accelerometer Sensor)
iPhone 上配備的是一款三軸的運動/加速度傳感器，它也是最早出現在 iOS 設備上的傳感器之一。它的讀數以G-force 爲單位。所謂加速度，是指單位時間中速度的變化。所謂三軸，是說明其能夠檢測設備在三個方向上的加速度。將你的設備正面向上平放在一個水平平面上，從左至右爲x 軸，從下至上爲y 軸，與水平面垂直向上的爲z 軸。如圖:
由於地球重力加速度影響，則在此時z 軸爲一個負值，而其它兩軸值爲0。這時如果你在水平面上旋轉設備，你會預知所有三個軸上的數據不會發生變化。而如果你讓設備從平面上立起，則這時，z 軸將不會感受到重力加速度的影響(值爲0)，那麼這時y 軸應該爲一個負值。然後你再將設備向左或向右90度傾倒，讓設備的左或右邊緣與水平面保持平行狀態，則此時y，z 軸則不會收到重力加速度的影響，x 軸則爲一個負值。根據這個傳感器提供的數值，設備本身就可以檢測到你的持握方式發生的改變，從而可以使得iPhone 自動旋轉照片或App 界面以適應你當前的持握方式。所以，在iPhone 4 以前的機型，其用戶界面在Potrait (縱向顯示) 或Landscape (橫向顯示) 模式之間切換是利用了此傳感器。除此以外，我們都知道在iOS 設備中，很多的App 都支持“搖一搖”這個操作，那麼這個動作也是得益於運動/加速度傳感器，當你搖晃設備時，傳感器就會感受到在一個軸向(x,y,z)上的正/反向加速度，當這個正/反向加速度超過一個特定閾值時，通知系統或App 響應“搖一搖”這個操作。很多賽車中都有加速度計這個裝置，用於檢測賽車在高速過彎時的橫向加速度，你也可以通過 iOS 設備中的這個傳感器，自己設計一個程序，用於檢測汽車運行時的各方向的加速度。
2. 環境光傳感器 (Ambient LightSensor)
你應該有這樣的經驗，當你從一個明亮的室外走入相對黑暗的室內後，iOS 設備會自動調低亮度，讓屏幕顯得不再那麼光亮刺眼。這一切就得益於環境光傳感器的作用。其實，環境光傳感器是iOS 設備，甚至Mac 上最爲古老的傳感器成員。它的存在能夠讓你在使用Mac 或iPhone，iPad 時，眼睛更爲舒適。除此之外，當你使用iPhone 拍照時，閃光燈會在一定條件下自動啓動。還有，幾乎所有的筆記本型Mac 都帶有背光鍵盤，當週圍光線減弱到一定條件是會自動開啓鍵盤背光，這都是得益於環境光傳感器的功勞。
3. 距離傳感器 (ProximitySensor)
當你使用iPhone 撥出電話或者接聽電話並將電話放在耳邊的時候，iPhone 會自動關閉屏幕，這樣做的好處，1，是節省電量。2，是防止耳朵或面部錯誤觸發觸摸屏操作。這一切都是iPhone 上的距離傳感器在起作用。除此之外，Siri 還有一個開關叫做 “拿起電話來說話”，當你開啓它後，只要拿起iPhone 放在耳邊，這時Siri 就會自動啓動，傾聽你的訴說，這也同樣是距離傳感器的功勞。說句題外話，iPhone 距離傳感器的存在造成了太多影視劇的穿幫鏡頭，當劇中人物帥氣的拿起iPhone，撥打電話並放到耳邊時，屏幕卻很不爭氣的亮着，每每看到這種鏡頭，筆者只能苦笑導演的粗心。
4. 磁力計傳感器 (MagnetometerSensor)
從iPhone 3GS 開始，iOS 系統內置了一個指南針的應用。簡單說來就是一個電子羅盤。它的出現得益於iPhone 裝備了磁力傳感器。通過磁力傳感器對於地球磁場的感應，獲得方向信息。這也使得iPhone 在位置服務數據提供上更爲精準。對於iPad 來說，磁力計傳感器除了用於電子羅盤和導航，還有就是感應Smart Cover 盒蓋睡眠的操作。
5. 內部溫度傳感器 (Internal TemperatureSensor)
從iPad 一代開始，iOS 設備都加入了一個內部溫度傳感器，用於檢測內部組件溫度，當溫度超過系統設定閾值時，會出現以下提示，提醒你需要將設備靜置一段時間等其冷卻後再使用。這個傳感器的加入，對於提升iOS 設備自身安全性與穩定性有很大的幫助。
6. 溼度傳感器 (MoistureSensor)
相信很多使用iOS，Mac 設備的朋友都有設備進水後拿去維修被拒絕的經歷，原因是設備進水不在保修範圍之內。那麼Apple 的維修人員是如何得知設備進水了呢？這就是溼度傳感器在作怪。溼度傳感器與這裏介紹的其他基於微電子，微機電的傳感器不同，它是一個簡單的物理傳感器，簡單說就是一張遇水變紅的試紙。拿iPhone 來說，在耳機插孔底部和Dock 線連接口內部都有這樣一張試紙。一旦設備遇水，它們就會變成紅色。Apple 維修人員在接到iPhone 設備時，會首先查看試紙顏色，如遇變紅，則就會拒絕你的保修請求。但是這個傳感器的靈敏度有些過分，筆者遇到過很多用戶，設備明明沒有進水，但是試紙也呈現紅色，這往往是因爲設備在高溼度環境中暴露的時間過長導致(比如放在一個帶有淋浴的洗手間內過長時間)。Apple 近期也由於這個問題遭遇用戶的聯合起訴，賠償了很大一筆數目。筆記本型的 Mac 也基本都帶有這個傳感器，多數位於兩側喇叭下。所以很多打翻水杯導致進水的用戶會遭遇拒絕保修服務。
7. 陀螺儀 (Gyroscope)
陀螺儀是隨着iPhone 4 的上市首次出現在iOS 設備上的傳感器，它的加入爲iOS 設備帶來了更爲精準的持握方式變化偵測和新的App (特別是賽車類遊戲) 控制方式。在前面我們介紹過運動/加速度傳感器，從它本身的特點來說，激發它需要一個可被察覺的加速度，從而使得它更有利於偵測設備相對於外界參照物的移動，但是對於檢測設備本身的動作或姿態並不精準。這就是陀螺儀進駐iOS 設備的原因，它能夠讓設備對於自身當前的姿態有更準確的瞭解。iOS 設備中的陀螺儀都是三軸陀螺儀，三軸的方向與定義與運動/加速度傳感器中的三軸定義相同。不同的地方是陀螺儀並不用來偵測設備在三個軸向上的線性加速度，而是用於偵測設備沿三個軸爲中線所旋轉時的角速度。這裏有了三個名詞，分別爲pitch （縱傾）, roll (橫傾) 和yaw (橫擺)。讓我們還是以前面介紹運動/加速度傳感器時的描述開始。
想象你的設備正面向上平放在一個水平平面上，則現在你擡起設備左邊緣或右邊緣，使得設備沿着y 軸爲中心線做旋轉，這就叫做 roll （橫傾）。如果你擡起設備的上邊緣或下邊緣，讓設備沿着x 軸爲中心線做旋轉，則叫做pitch (縱傾)。如果你將設備水平的在平面上沿着垂直於水平面的z 軸旋轉，則叫做yaw (橫擺)。從這裏你可以看到，陀螺儀通過對這三個軸角速度的偵測，可以計算得出設備當前的姿態。這對於很多賽車類遊戲的操控方式有着重要的意義，可以通過旋轉設備檢測到的角速度，來模擬汽車駕駛時方向盤旋轉的動作，使得這類遊戲的操控體驗更爲直觀精確。
8. 全球衛星定位系統 (GPS-GlobalPositioning System)
這是從iPhone 3G 開始，加入到iOS 設備中的傳感器。目前存在於iPhone 3G 以後的所有 iPhone 機型和所有帶有蜂窩數據模塊 (3G/4G-LTE) 的iPad 中。iPhone/iPad 中帶有的GPS 是一種被稱爲A-GPS (aGPS，Assisted GPS 輔助全球衛星定位系統) 的模塊。與普通的GPS 設備不同，A-GPS 在初始時需要使用Wi-Fi無線網絡或蜂窩移動網絡(基站)來輔助初始定位。這對於iPhone和帶有蜂窩數據通訊模塊的iPad來說不是一個問題。而且，普通GPS 在初始定位時，需要一個可視天空的開放環境和至少三顆GPS 衛星的信號才能進行定位，而A-GPS 則可以利用Wi-Fi 無線網絡或蜂窩移動網絡(基站)，輔以連接遠程服務器的方式下載衛星星曆，配合傳統 GPS 衛星接收器，讓定位動作更加快速，也更少受到外部環境影響。最早在iPhone，iPad 中存在的A-GPS 模塊只能使用GPS 衛星信號來進行定位服務，從iPhone 4S 開始，內置的A-GPS 模塊還可以使用俄羅斯GLONASS 定位系統。說到這裏，要首先給予讀者一點解釋。目前世界上一共有四大衛星定位系統，美國的GPS，俄羅斯的GLONASS，歐盟的GALILEO 和中國的 COMPASS (北斗)。而GPS 和GLONASS 是覆蓋面最廣，應用最多的兩個系統。其實一般情況下，使用GPS 定位已經足夠，但是由於美國國防部由於某些因素在定位系統中加入了S/A 干擾碼，使得 GPS 的精度已由以前的15–20米降至目前的100米。在這種情況下，GLONASS 就更具優勢，由於其沒有S/A 干擾，則定位精度可達15米。所以從目前來說，帶有這類 A-GPS 芯片的iOS 設備定位精度要超過普通的GPS 定位設備。爲導航等應用提供了更爲可靠的硬件支持。
9. 攝像頭 (Camera)
iPhone，iPod 和 iPad 中帶有的前置或後置攝像頭其實也是一種傳感器。除了攝 影，攝像功能外。攝像頭還被用來掃描二維碼，條形碼和名片，文檔材料等。很多應用利用 iOS 設備攝像頭，掃描文檔材料，並使用OCR (光字符轉換) 技術快速生成電子文檔。Mac 上也擁有iSight 或Facetime HD 攝像頭，這些攝像頭也被很多的應用程序利用，比如Should I Sleep 這個軟件，可以利用攝像頭進行人臉識別或運動檢測，判斷是否應該允許Mac 進入到睡眠狀態。
以上簡要的介紹了iOS 設備中的傳感器以及其使用場景。其實在系統和App實際運行中，很少單獨的使用某一傳感器的數據，而是結合來自多個傳感器的數據，經由一定計算得出更爲精確的結果。如現在的iOS 設備，顯示內容隨機器姿態變化而進行適配，早期是單獨利用運動/加速度傳感器，而現在則是結合陀螺儀的數據，更加精確、快速的判斷設備姿態並進行相應。而導航應用更是如此，通過結合GPS，運動/加速度傳感器，陀螺儀，磁力計傳感器數據，可以獲得更爲準確的方向，海拔，速度等等信息。另外值得一提的是，很多朋友都對iPod touch，或Wi-Fi 版本的iPad 這些無A-GPS 模塊的設備在某些條件下使用內置地圖應用也能進行有限導航這個特性頗爲不解。其實這也是傳感器的功勞，通過聯合使用運動/加速度傳感器和陀螺儀，實現慣性導航。用這類設備進行導航時，初始需要一個Wi-Fi 網絡獲得一個粗糙的位置數據，然後通過運動/加速度傳感器、陀螺儀的數據和運行時間進行運算，然後對地圖數據進行一系列複雜匹配後能實現有限導航。但是很多朋友發現這中導航準確性相當差，這是由於在真正的慣性導航中，也需要 GPS或外部數據來不斷給定數據對方向進行修正，才能正確完成導航。當然，美國國防部現在也正在研究完全無需GPS 的慣性導航系統，我們只能盼望這項技術早日進入到民用產品中，讓沒有GPS 的設備也能完成導航工作。