iOS CoreMotion框架（传感器）
我们知道iOS的应用真的太多了，很多应用让我们惊叹不已！！！很多意想不到的应用！
比如：
1.电子罗盘指南针之类的应用-让我们知道方向。
2.运动类型软件-让我们知道我们跑步多少公里。
3.社交软件中的摇一摇功能。
4.游戏中扮演角色类中根据设备的晃动等进行操作。
等等。。而且还有很多应用正在层出不穷的展现再我们面前。
其实，他们多半是使用了iOS中的一个框架-核心运动框架-CoreMotion.framework
CoreMotion.framework框架是做什么的
我们可以使用iOS提供给我们的CoreMotion 框架来访问加速度器和陀螺仪的相关数据！
它不仅仅提供给你获得实时的加速度值和旋转速度值，更重要的是，苹果在其中集成了很多算法，可以直接给你输出把重力加速度分量剥离的加速度，省去你的高通滤波操作，以及提供给你一个专门的设备的三维attitude信息！
我刚接触的时候，也是一头雾水啊。那就普及一下相关的知识。
我们知道，智能手机已经普及到我们日常生活中了，尤其iPhone等iOS设备，也已经相当的普遍（俗称：街机）。在它的硬件设备中，其实安装了很多的传感器。其中的加速度器和陀螺仪就是其中的两种传感器！
智能机中常见的传感器
1. 接近传感器
接近传感器，顾名思义，就是用来检测非常接近的目标物体的。这类传感器通常利用电磁场或者静电场的改变，或者测量发射的电磁波的反射波的改变，来进行判断。因为手段不一样，所以接近传感器的目标物体种类也不一样，有的针对金属物体，有的针对塑料物体。具体到手机上来说，现在的手机都是使用了新一代的反射光学接近传感器，可以针对较多种表面类型来检测。过程很简单，它们会发出人眼看不到的红外光，一旦手机来电话了，你肯定会接听，接听会导致脸部皮肤离传感器很近，这样只需要用光学探测器检测从皮肤反射回来的光的总量的变化，接近传感器就检测到了这个接近。这个传感结果有什么用呢？一个明显的例子，就是可以改进手机的节电功能，比如判断什么时候自动打开或关闭显示屏，键盘背光或者触摸功能，甚至于什么时候自动关机/待机，取决于设备的主人是正在通话，正在打字，还是就直接把设备扔到口袋中了。这些任务，就由接近传感器一肩挑了。
2. 加速度传感器
我个人估计，大家最熟悉的，就是加速度传感器。由于其带来了更多的直觉游戏体验，基本姿态识别和环境感知功能，这类传感器从08年开始井喷，因iPhone、iPod的带动而红火，因Wii的集成而大规模部署，并由此带动了价格的下降。现在如果还有哪款手机或者音乐播放器不配备这个传感器阿，出厂去商店都不好意思和摆在一起的别的设备打招呼。加速度计的原理很简单，现在手机里面基本配备的都是3维线传感器，也就是说，用来测量x，y，z三个轴上的加速力。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。
我为什么说大家应该都熟悉加速度传感器呢，如果用IBM笔记本的朋友就知道，前IBM，现联想，的Thinkpad系列笔记本，一直都有硬盘保护功能，这个功能利用的就是通过加速度传感器动态监测出笔记本的震动，并根据这个震动选择关闭硬盘还是继续运行。这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。类似的一个非常普及的用处就是目前用的数码相机和摄像机里，用加速度传感器，来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。现在，我们手头都有iPhone，Android军团，Nokia N900等手机，我们至少都知道，加速度传感器可以帮助你打游戏。典型的例子比如Labyrinth2，中文名叫做迷宫滚球。但更广义地说，加速度传感器在检测人的即时背景环境信息上更有用处。比如说，通过三个轴上加速度的变化值的分析处理，手机可以知道你现在是在走路还是骑车还是坐车，是上坡还是下坡，等等。
从理论上讲，有了三个轴的加速度立体信息，我们可以推断出加速方向的信息，比如，你加速骑车的方向，或者你乘坐的电梯正在朝上还是朝下。根据初中数学的知识，这些方向和角度都是可以通过矢量的加减运算算出来的。可惜的是，我们没法仅仅依靠加速度传感器来检测加速方向的角度，也无法得知手机本身的朝向。这是为什么呢？要解释这个，就牵涉到一个困扰加速度仪的大问题，就是重力加速度分量的干扰。
当你的移动设备处于静止状态时，加速度计能告诉你它相对于地平面的朝向，这是没有问题的; 然而，当设备动起来的时候，分析朝向就相当复杂了。这种情况下，要分四种类型讨论
- 设备处于水平完全静止或者匀速运动，这时的它会在垂直方向的轴上输出一个值，那就是重力加速度，接近9.8 。
- 设备自由落体的时候，会三个轴都输出0呢。
- 设备静止或者匀速运动状态时，但没有处于绝对水平。此时任何轴都可能有输出值，但都是重力加速度的分量。一旦处于这种状态，我们可以通过求分量于三个轴的角度来得知手机旋转的角度。
- 设备沿着任意方向加速。这时，问题就变复杂了，因为你没办法知道设备目前的方向角度信息，所以你根本就不知道重力加速度的分量到底是怎么分解的，于是……你也就不清楚某个轴所报告的数值，哪些是重力加速度部分，哪些是真正的线性加速度部分
除此之外，另一个加速度传感器无能为力的地方，就是纯水平旋转，或者匀速水平变向。
这类运动，加速度传感器也只会输出一个值：g。因为无论是x，y，还是z轴，都没有真正意义上的加速运动。这会带来什么问题呢？好比你带着一个手机在街上走，沿着一条大街走了一段路，这段路的加速度自然是能被采到的。然后你转弯，在另一条路上走一段，这一段的加速度也是能被采到的。你回到家，拿出手机看数据，没错阿，两端加速度都有，手机知道我走了两段路，很智能阿，缺少了什么东西？你转弯的动作和角度！这个加速度计是采不到的，而这个信息，在很多增强现实的智能应用中，却是非常有用的。为了解决这个问题，人们开始引入其他种类的传感器，比如接下来要介绍的这个陀螺仪。
关于加速度器的坐标：
3. 陀螺仪
陀螺仪代表着另一个重要的，但可能还需要等待一两年才能腾飞的传感器领域，主要是因为导航级MEMS陀螺仪目前对于手机来说仍然过于昂贵，普通陀螺仪一般厂商都很少看上眼。当然，在iPhone4的带动下，可以预见的手机军备竞赛，迟早会让陀螺仪逐渐普及开来。陀螺仪的主要作用，是基于角动量守恒的理论，沿着某个特定的坐标轴测量旋转速率。在使用中，陀螺仪的转子在高速旋转时，始终指向一个固定的方向，当运动物体的运动方向偏离预定方向时，陀螺仪就可以感受出来。在现代航空装备中，飞机驾驶的时候，就是通过多达十多个的陀螺仪来测量机体是否翻滚，以及如何翻滚的。
4. 电子罗盘
电子罗盘，也称磁力计，或者电子指南针，是继加速度计之后，从09年开始井喷的一种传感器。如果我没记错的话，最早集成这个传感器的主流智能手机就是Google的G1，从这个意义上讲，G1对于磁性传感器市场的带动作用，可能堪比iPhone对于加速度传感器的意义。这玩意啥用处？顾名思义，就是告诉你南北极方向的。以前古老的那种指南针，或者叫平面罗盘，可以在你放平罗盘后告诉你南极北极在哪，这样，你就知道了目前你的正前方在地球这个大平面坐标轴上的角度了。当然，出于技术的限制，平面罗盘要求你保持水平，如果有倾斜就不准确了。后来出现的电子罗盘，很多是两轴的，也就是说，等同于电子平面罗盘。在我记忆中，几年前的openmoko手机就是集成的这种，所以有同样的限制。现在高端智能手机里面集成的都是三维电子罗盘，由于加入了倾角传感器，可以对罗盘进行倾斜补偿，这样就克服了这个缺陷，可以输出三维方向上的角度信息。
电子罗盘的原理也很简单，就是我们物理都学过的霍尔效应。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个横向的洛伦兹力，电荷因此产生偏转，偏转的方向垂直于电流方向和磁场方向，而且正电荷和负电荷偏转的方向相反，从而在导体的两端产生电压差。 这个电压差也叫霍尔电压，和两个因素成比例：电流大小和磁场强度。当然这里有一个要注意的问题，如果磁场的方向是和导体非垂直的话，实际作用的磁场实际上是原来磁场的一个矢量分量。如何知道这个磁场分量的角度呢？我们可以用两个或者多个霍尔效应传感器，相互垂直，这样的话，磁场的方向就可以通过不同传感器上霍尔电压的比例值来求出，这个计算过程只需要知道基本的线性代数运算即可。当然，具体的计算中肯定有一些tricky的地方，不过不是关键点，所以这里就暂时不介绍了。所以和陀螺仪不一样的是，电子罗盘输出的是角方向值，而陀螺仪输出的是角方向的加速度。
所以大家应该都明白了，在电子罗盘的应用中，上述的磁场就是地球磁场，电子罗盘测量地球磁场的矢量值，然后再转换并表示在系统坐标中。在理想情况下，这样测出来的方向值也是比较准确的，一旦我知道移动设备刚开始的方向值，就能通过之后电子罗盘的输出，求出该设备接下来的一系列方向改变信息。
不幸的是，这个世界上的理想情况不存在。在我们经常使用移动设备的环境中，有时候会存在除了地球以外的别的，未被有效屏蔽的磁场，这个外加磁场会有很大可能干扰电子罗盘的读书，而让结果不可信。而且，如果移动设备周围有金属，一旦金属被磁化，电子罗盘也会受很大的影响。
self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
// 加速度器的检测
if ([self.motionManager isAccelerometerAvailable]){
NSLog(@"Accelerometer is available.");
} else{
NSLog(@"Accelerometer is not available.");
}
if ([self.motionManager isAccelerometerActive]){
NSLog(@"Accelerometer is active.");
} else {
NSLog(@"Accelerometer is not active.");
}
// 陀螺仪的检测
if([self.motionManager isGyroAvailable]){
NSLog(@"Gryro is available.");
} else {
NSLog(@"Gyro is not available.");
}
if ([self.motionManager isGyroActive]){
NSLog(@"Gryo is active.");
} else {
NSLog(@"Gryo is not active.");
}
说明：
1.对加速度器和陀螺仪相关的访问，都被封装在CoreMotion.framework框架下的CMMotionManager类中。我们通过使用类的方法，来得到我们想要的加速度数据和陀螺仪数据。
2. isAccelerometerAvailable方法用来查看加速度器是否可用。
3. isAccelerometerAvailable方法用来查看加速度器的状态：是否Active（启动）。
4.同理isGyroAvailable方法和isGyroActive方法用来检测陀螺仪。
用来CMMotionManager获取加速度的数据
说到获取加速度器的数据。主要有两种方式。
1.push方式
这种方式，是实时获取到Accelerometer的数据，并且用相应的队列来显示。即主动。
// 加速度器的检测
if ([self.motionManager isAccelerometerAvailable]){
NSLog(@"Accelerometer is available.");
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[self.motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue: queue
withHandler:^(CMAccelerometerData*accelerometerData, NSError *error) {
NSLog(@"X = %.04f, Y = %.04f, Z = %.04f",accelerometerData.acceleration.x, accelerometerData.acceleration.y, accelerometerData.acceleration.z);
}];
}
2.pull方式
就是获取数据，如果要显示，就要向Accelerometer来索要数据。即：被动的方式。
self.motionManager.accelerometerUpdateInterval = 0.01; // 告诉manager，更新频率是100Hz
[self.motionManager startAccelerometerUpdates]; // 开始更新，后台线程开始运行。
用来CMMotionManager获取陀螺仪的数据
跟加速度器获取数据类似，我们来获取关于陀螺仪的数据
// 陀螺仪的检测
if([self.motionManager isGyroAvailable]){
NSLog(@"Gryro is available.");
if ([self.motionManager isGyroActive] == NO){
[self.motionManager setGyroUpdateInterval:1.0f / 1.0f];
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[self.motionManager startGyroUpdatesToQueue:queue
withHandler:^(CMGyroData *gyroData,NSError *error) {
NSLog(@"Gyro Rotation x = %.04f", gyroData.rotationRate.x);
NSLog(@"Gyro Rotation y = %.04f", gyroData.rotationRate.y);
NSLog(@"Gyro Rotation z = %.04f", gyroData.rotationRate.z);
}];
}
}else {
NSLog(@"Gyro is not available.");
}
第1类数据：CMAccelerometerData应该是设备总的加速度数据
第2类数据：CMGyroData 设备的三轴角速度数据
第3类数据：CMMagnetometerData设备的三轴磁力数据
第4类数据：CMDeviceMotion 比较特殊：1，重复提供了角速度数据（旋转速率，即陀螺仪的输出）；2，把设备总的加速度数据进行了分离（即原始加速度是后面两个的叠加），分离出单纯的重力加速度数据（即重力加速度矢量在当前设备的参考坐标系中的表达，开发中不再需要通过滤波来提取这个信息）和用户加速度数据（不再需要滤波，但根据程序需求而加的滤波算法可以保留）；3，提供了设备姿势数据，用于判断手机在当前空间的位置和姿势。
