Android坡度计

艺术来源于生活，对我来说，编程也是一门艺术。今天发布这篇技术博客，就是我跟朋友在一次爬山过程中的争论，他跟我说那座山至少45度，我说没有，最多30度。我们彼此争论不休，于是我就想，为啥不写个手机程序来实际测量一下？于是，我的工作就开始了。

硬件基础

因为我暂时没有笔记本，所以就用了我的ZTE-U807N作为编写平台，它虽然配置较低，但有加速度传感器就够了。

编程工具

我选择移动端开发工具，使用AIDE作为集成开发环境（表示它真的很强大）。

算法思想

加速度传感器可以测量三坐标分量，即X, Y, Z坐标。XY平面是手机平面，Z坐标垂直手机平面，手机触屏朝上Z值为正。通过简单的数学推导可以得出坡度的余弦值等于|Z|比上X、Y、Z的矢量和的模。写成公式就是如下：
g = √(X²+Y²+Z²)
cosθ = |z|/g
于是，我就能够通过Z和g得出坡度θ的值。
由于加速度传感器采样速率很快，而且测量值不准，总是会变，所以我采样滑动平均算法，将各测量分量进行积累，然后求取平均值来消除误差，同时也可以消除手机静止时坡度数值跳变的问题。

数据结构

使用队列存储各分量数据，等数据积累完毕以后每来一个数据就出一个老数据。

框架编写

我需要2个界面，一个主界面，就是现地坡度；另一个是关于界面，就是软件说明、作者等等。具体如图所示：

首先在MainActivity放置一个TextView用于显示坡度。然后我给它加上一个SeekBar用于灵敏度调节，代码如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout
	xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
	android:layout_width="fill_parent"
	android:layout_height="fill_parent"
	android:gravity="center"
	android:orientation="vertical"
	android:padding="20dp">
	<TextView
		android:layout_height="wrap_content"
		android:layout_width="wrap_content"
		android:id="@+id/mainTextView1"
		android:textSize="80sp"/>
	<LinearLayout
		android:layout_height="wrap_content"
		android:layout_width="match_parent"
		android:orientation="horizontal">
		<TextView
			android:layout_height="match_parent"
			android:text="灵敏度调节"
			android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceMedium"
			android:layout_width="wrap_content"
			android:paddingRight="5dp"
			android:gravity="center_vertical"/>
		<SeekBar
			android:layout_height="wrap_content"
			android:layout_width="match_parent"
			android:id="@+id/mainSeekBar1"/>
	</LinearLayout>
</LinearLayout>

其次就是关于About界面，就是作者说明、版本啊等等，然后有个按钮，按下能够返回MainActivity界面。代码如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout
	xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
	android:layout_width="fill_parent"
	android:layout_height="fill_parent"
	android:orientation="vertical"
	android:gravity="center">
	<TextView
		android:layout_height="wrap_content"
		android:text="@string/version"
		android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge"
		android:layout_width="wrap_content"/>
	<TextView
		android:layout_height="wrap_content"
		android:text="@string/copy_right"
		android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceMedium"
		android:layout_width="wrap_content"/>
	<TextView
		android:layout_height="wrap_content"
		android:text="@string/description"
		android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceMedium"
		android:layout_width="wrap_content"/>
	<Button
		android:layout_height="wrap_content"
		android:text="确定"
		android:layout_width="wrap_content"
		android:id="@+id/aboutButton1"/>
</LinearLayout>

然后我要有一个设置菜单，在MainActivity类里面加入onCreateOptionsMenu函数，代码如下：

@Override
public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
	menu.add(Menu.FIRST, Menu.FIRST, Menu.FIRST, "关于").setIcon(android.R.drawable.ic_dialog_info);
	menu.add(Menu.FIRST+1, Menu.FIRST+1, Menu.FIRST+1, "退出").setIcon(android.R.drawable.ic_lock_power_off);
	return true;
}

当然要给菜单添加单击处理：

@Override
public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
	if (item.getItemId() == Menu.FIRST) {
		/*关于界面*/
		Intent intent = new Intent();
		intent.setClass(MainActivity.this, About.class);
		startActivity(intent);
	}
	else if(item.getItemId() == Menu.FIRST + 1) {
                /*退出*/
		android.os.Process.killProcess(android.os.Process.myPid());
		finish();
	}
	return super.onOptionsItemSelected(item);
}

还有大多数软件有的连续按两次返回键退出程序：

/*long curent = 0;*/
@Override
public void onBackPressed() {
	if (System.currentTimeMillis() - current > 2000) { //如果两次按键时间大于2秒
		current = System.currentTimeMillis();
		Toast.makeText(this, "再按一次退出", Toast.LENGTH_SHORT).show();
	}
	else {
		android.os.Process.killProcess(android.os.Process.myPid());
		finish();
	}
}

最后就是在关于界面按键能够返回到主界面的功能：

@Override
	public void onClick(View p1) {
		super.onBackPressed(); //实现按键返回上一活动
}

我偷了懒，调用父类的onBackPressed函数，就相当于按下返回键。

核心算法

首先是数据定义与初始化：

private long current;
private TextView tv = null;
private SeekBar sb = null;
private SeekListener seekl = null;  //自定义类
private SensorManager sm = null;
private Sensor as = null;
private SenListener sl = null;

/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);

	current = 0;
	tv = (TextView)findViewById(R.id.mainTextView1);
	sb = (SeekBar)findViewById(R.id.mainSeekBar1);
	sb.setMax(3); //可以控制4个级别
	sb.setOnSeekBarChangeListener(seekl = new SeekListener());
	sm = (SensorManager)getSystemService(Service.SENSOR_SERVICE); //获取传感器管理器
	as = sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER); //获取加速度传感器
	sm.registerListener(sl = new SenListener(), as, SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST); //注册传感器
	Toast.makeText(MainActivity.this, "请使手机平行于地面", Toast.LENGTH_LONG).show();
}

然后是传感器监听器的实现：

/**核心算法以及传感器监听器**/
private class SenListener implements SensorEventListener {
	private int sizeLimit; //缓冲区大小
	private Queue<Float> queX, queY, queZ; //各分量缓冲区
	private float sumX, sumY, sumZ; //和
	private float aveX, aveY, aveZ; //平均
	private float g; //矢量和
	private float gradient; //坡度
	
	SenListener() {
		sizeLimit = 100;
		queX = new LinkedList<>();
		queY = new LinkedList<>();
		queZ = new LinkedList<>();
		sumX = sumY = sumZ = 0;
	}
	
	void setLimit(int grade) {
		sizeLimit = 100 * (grade + 1); //SeekBar选择来控制缓冲区大小，据此可以调节灵敏度
	}
	
	private double grad2Deg (double grad) {
		return grad * 180 / Math.PI;
	}
	
	@Override
	public void onSensorChanged(SensorEvent p1) {
		float x, y, z;
		x = p1.values[0];
		y = p1.values[1];
		z = p1.values[2];
		
		/*滑动平均算法核心部分*/
		sumX += x;
		sumY += y;
		sumZ += z;
		queX.offer(x);
		queY.offer(y);
		queZ.offer(z);
		while (queX.size() > sizeLimit) {
			sumX -= queX.poll();
			sumY -= queY.poll();
			sumZ -= queZ.poll();
		}
		aveX = sumX / queX.size();
		aveY = sumY / queX.size();
		aveZ = sumZ / queX.size();
		g = (float)Math.sqrt(aveX * aveX + aveY * aveY + aveZ * aveZ);
		gradient = (float)Math.acos(Math.abs(aveZ) / g);
		
		tv.setText(Math.round(grad2Deg(gradient)) + "º"); //弧度转为度
	}
	@Override
	public void onAccuracyChanged(Sensor p1, int p2) {
		// TODO: Implement this method
	}

	@Override
	protected void finalize() throws Throwable {
		// TODO: Implement this method
		queX = queY = queZ = null;
		super.finalize();
	}
｝

结语

我最终编写出了坡度计，解决了我跟朋友的问题。我将我所想的与做的分享出来，写的也有些乱，如果有不明白的地方欢迎提问。另外，我将整个工程放到了我的百度网盘里，有兴趣的话欢迎下载，虽然是手机上建的，但它兼容Eclipse。http://pan.baidu.com/share/link?shareid=3657265547&uk=2315273780