android 传感器应用

本章讲述Android开发中，传感器应用相关的知识点。

1.功能需求

• 做一个基于传感器的水平尺应用。

2.软件实现

                               图1

                              图2

如截图所示：在手机上运行时，通过翻转手机，可以测试水平尺和罗盘的功能。

3.相关知识点

(1)传感器简介

Android传感器编程的基础知识，包括加速度传感器（accelerometer）、陀螺仪（gyroscope）、环境光照传感器（light）、磁力传感器 （magnetic field）、方向传感器（orientation）、压力传感器（pressure）、距离传感器（proximity）和温度传感器 （temperature）。

• define SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER       1 //加速度
• define SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD      2 //磁力
• define SENSOR_TYPE_ORIENTATION         3 //方向
• define SENSOR_TYPE_GYROSCOPE           4 //陀螺仪
• define SENSOR_TYPE_LIGHT               5 //光线感应
• define SENSOR_TYPE_PRESSURE            6 //压力
• define SENSOR_TYPE_TEMPERATURE         7 //温度
• define SENSOR_TYPE_PROXIMITY           8 //接近
• define SENSOR_TYPE_GRAVITY             9 //重力
• define SENSOR_TYPE_LINEAR_ACCELERATION 10//线性加速度
• define SENSOR_TYPE_ROTATION_VECTOR     11//旋转矢量

1 加速度传感器

加速度传感器又叫G-sensor，返回x、y、z三轴的加速度数值。

该数值包含地心引力的影响，单位是m/s^2。

将手机平放在桌面上，x轴默认为0，y轴默认0，z轴默认9.81。

将手机朝下放在桌面上，z轴为-9.81。

将手机向左倾斜，x轴为正值。

将手机向右倾斜，x轴为负值。

将手机向上倾斜，y轴为负值。

将手机向下倾斜，y轴为正值。

加速度传感器可能是最为成熟的一种mems产品，市场上的加速度传感器种类很多。

手机中常用的加速度传感器有BOSCH（博世）的BMA系列，AMK的897X系列，ST的LIS3X系列等。

这些传感器一般提供±2G至±16G的加速度测量范围，采用I2C或SPI接口和MCU相连，数据精度小于16bit。

2 磁力传感器

磁力传感器简称为M-sensor，返回x、y、z三轴的环境磁场数据。

该数值的单位是微特斯拉（micro-Tesla），用uT表示。

单位也可以是高斯（Gauss），1Tesla=10000Gauss。

硬件上一般没有独立的磁力传感器，磁力数据由电子罗盘传感器提供（E-compass）。

电子罗盘传感器同时提供下文的方向传感器数据。

3 方向传感器

方向传感器简称为O-sensor，返回三轴的角度数据，方向数据的单位是角度。

为了得到精确的角度数据，E-compass需要获取G-sensor的数据，

经过计算生产O-sensor数据，否则只能获取水平方向的角度。

方向传感器提供三个数据，分别为azimuth、pitch和roll。

azimuth：方位，返回水平时磁北极和Y轴的夹角，范围为0°至360°。

0°=北，90°=东，180°=南，270°=西。

pitch：x轴和水平面的夹角，范围为-180°至180°。

当z轴向y轴转动时，角度为正值。

roll：y轴和水平面的夹角，由于历史原因，范围为-90°至90°。

当x轴向z轴移动时，角度为正值。

电子罗盘在获取正确的数据前需要进行校准，通常可用8字校准法。

8字校准法要求用户使用需要校准的设备在空中做8字晃动，

原则上尽量多的让设备法线方向指向空间的所有8个象限。

手机中使用的电子罗盘芯片有AKM公司的897X系列，ST公司的LSM系列以及雅马哈公司等等。

由于需要读取G-sensor数据并计算出M-sensor和O-sensor数据，

因此厂商一般会提供一个后台daemon来完成工作，电子罗盘算法一般是公司私有产权。

4 陀螺仪传感器

陀螺仪传感器叫做Gyro-sensor，返回x、y、z三轴的角加速度数据。

角加速度的单位是radians/second。

根据Nexus S手机实测：

水平逆时针旋转，Z轴为正。

水平逆时针旋转，z轴为负。

向左旋转，y轴为负。

向右旋转，y轴为正。

向上旋转，x轴为负。

向下旋转，x轴为正。

ST的L3G系列的陀螺仪传感器比较流行，iphone4和google的nexus s中使用该种传感器。

5 光线感应传感器

光线感应传感器检测实时的光线强度，光强单位是lux，其物理意义是照射到单位面积上的光通量。

光线感应传感器主要用于Android系统的LCD自动亮度功能。

可以根据采样到的光强数值实时调整LCD的亮度。

6 压力传感器

压力传感器返回当前的压强，单位是百帕斯卡hectopascal（hPa）。

7 温度传感器

温度传感器返回当前的温度。

8 接近传感器

接近传感器检测物体与手机的距离，单位是厘米。

一些接近传感器只能返回远和近两个状态，

因此，接近传感器将最大距离返回远状态，小于最大距离返回近状态。

接近传感器可用于接听电话时自动关闭LCD屏幕以节省电量。

一些芯片集成了接近传感器和光线传感器两者功能。

下面三个传感器是Android2新提出的传感器类型，目前还不太清楚有哪些应用程序使用。

9 重力传感器

重力传感器简称GV-sensor，输出重力数据。

在地球上，重力数值为9.8，单位是m/s^2。

坐标系统与加速度传感器相同。

当设备复位时，重力传感器的输出与加速度传感器相同。

10 线性加速度传感器

线性加速度传感器简称LA-sensor。

线性加速度传感器是加速度传感器减去重力影响获取的数据。

单位是m/s^2，坐标系统与加速度传感器相同。

加速度传感器、重力传感器和线性加速度传感器的计算公式如下：

加速度 = 重力 + 线性加速度

11 旋转矢量传感器

旋转矢量传感器简称RV-sensor。

旋转矢量代表设备的方向，是一个将坐标轴和角度混合计算得到的数据。

RV-sensor输出三个数据：

x*sin(theta/2)

y*sin(theta/2)

z*sin(theta/2)

sin(theta/2)是RV的数量级。

RV的方向与轴旋转的方向相同。

RV的三个数值，与cos(theta/2)组成一个四元组。

RV的数据没有单位，使用的坐标系与加速度相同。

举例：

sensors_event_t.data[0] = x*sin(theta/2)

sensors_event_t.data[1] = y*sin(theta/2)

sensors_event_t.data[2] = z*sin(theta/2)

sensors_event_t.data[3] =   cos(theta/2)

GV、LA和RV的数值没有物理传感器可以直接给出，

需要G-sensor、O-sensor和Gyro-sensor经过算法计算后得出。

(2)传感器操作

// 得到一个SensorManager对象

SensorManager mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

// 得到传感器列表

List<Sensor> sensors = mSensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ORIENTATION);

// 注册传感器

boolean result = mSensorManager.registerListener(this, sensors, SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST);

SersorManager提供的注册传感器的方法为registerListener(SensorListener listener, Sensor sensor, int rate)该方法中三个参数说明如下：

listener:监听传感器事件的监听器

sensor：传感器对象

rate：指定获取传感器数据的频率

rate可以获取传感器数据的频率，支持如下几个频率值：

SENSOR_DELAY_FASTEST：最快，延迟最小。

SENSOR_DELAY_GAME：适合游戏的频率。

SENSOR_DELAY_NORMAL：正常频率

SENSOR_DELAY_UI：适合普通用户界面的频率。

// 卸载传感器

mSensorManager.unregisterListener(this);

// SensorEventListener有两个接口方法

// 在传感器值更改时调用

onSensorChanged(SensorEvent event);

// SensorEvent 对象包括一组浮点数

float x = event.values[SensorManager.DATA_X];

float y = event.values[SensorManager.DATA_Y];

float z = event.values[SensorManager.DATA_Z];

// 在传感器的精准度发生改变时调用

// 参数accuracy表示传感器新的准确值

onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy)

(3)传感器应用注意事项

1 注销传感器侦听器

当不再使用传感器或相关activity暂停时，确保及时注销传感器侦听器。 如果传感器侦听器已注册而相关activity被暂停，传感器仍会继续测量数据并消耗电池资源，除非你注销了传感器。 以下代码展示了如何利用 onPause()方法来注销侦听器：

private SensorManager mSensorManager;
  ...
@Override
protected void onPause() {
  super.onPause();
  mSensorManager.unregisterListener(this);

}

2 不要在模拟器上测试你的代码

目前无法在模拟器上测试传感器相关的代码，因为模拟器不能模拟传感器。你必须在物理设备上测试传感器相关代码。 不过，你可以利用传感器的模拟器来模拟传感器的输出。

3 不要阻塞 onSensorChanged() 方法

传感器数据以很高的频率在发生变化，这意味着系统可能会非常频繁地调用 onSensorChanged(SensorEvent) 方法。最佳实现方案是，在 onSensorChanged(SensorEvent) 方法中你应该尽可能少干些事情，以防止阻塞。如果你的应用需要对传感器数据进行过滤或剔除操作，则应该在 onSensorChanged(SensorEvent) 方法之外进行。

4 避免使用过时的方法或传感器类型

有几个方法和常量已经过时了。特别是 TYPE_ORIENTATION 传感器类型已经过时。要获取方位数据，你应该换用getOrientation() 方法。同样， TYPE_TEMPERATURE 传感器类型也已过时。在 Android 4.0 的设备上，你应该用TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE 传感器类型来代替。

5 在使用前先验证传感器

在试图读取数据前，请确保先验证一下传感器是否存在。不要因为传感器很常用，就简单地假定它会存在。制造商并不需要在他们的设备上提供任何传感器。

在运行时检测传感器并酌情启用或禁用应用程序的相应功能

mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

  if (mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PRESSURE) != null){

  // Success! There's a pressure sensor.

  }

  else {

  // 失败！传感器不存在。

  }

 

使用Android Market过滤器来限定目标设备必须带有特定传感器

如果要在 Android Market 上发布应用，可以用 manifest 文件中的 <uses-feature> 元素把不提供所需传感器的设备过滤掉。

manifest 文件中的<uses-feature>元素有很多硬件描述符，利用它们可以根据传感器存在与否来对应用进行过滤。 可列出的传感器包括：加速计、气压计、罗盘（地磁）、陀螺仪、光线和邻近距离。 以下是滤除无加速计的 manifest 样例：

<uses-feature android:name="android.hardware.sensor.accelerometer" android:required="true" />

如果你把这个元素和描述符加入你的 manifest 中，则只有设备上带有加速计的用户才能在 Android Market 上看到你的应用。
6 谨慎选择传感器延时

当利用 registerListener() 方法注册传感器时，请确保为你的应用或使用场景选择了合适的发送频率。传感器能够以很高的频率发送数据。请保证系统有能力发送其它数据，不要无谓浪费系统资源和消耗电池电量。