浅析Android中的传感器开发(黄汉煜 1501210915)
浅析Android中的传感器开发
作者：黄汉煜 学号：1501210915
摘要：安卓中基于传感器的开发是安卓系统特有的开发形式，本文简要介绍了传感器开发的模式，列举了常用的传感器类型，并利用光照传感器、加速度传感器、地磁传感器实现了一个简易的指南针。
关键词：安卓、传感器、指南针、摇一摇
正文
说起移动开发中的特色开发技术，许多人的第一反应便是基于gps的位置服务，实际上，基于传感器的编程也是当前移动开发中极具特色的一环。所谓传感器，指的是，手机中的一种微型硬件设备，例如：光照传感器、加速度传感器、地磁传感器、压力传感器、温度传感器等。不同的传感器往往具有不同的规格与功能，但是，通过android系统提供的抽象接口，我们可以轻松的读取传感器提供的信息，在许多手机游戏中使用的重力感应技术、微信中的摇一摇等诸多有趣的应用都是基于传感器完成的。
一、 传感器编程的基本用法
Android中的传感器开发时用法大同小异，基本框架是相同的，可以分为以下几步： 首先，获取SensorManager的实例，这是所有传感器的管理器，有了它之后，我们就可以访问传感器类型：
SensorManager sensorManager=(SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
然后，在该实例上通过调用getDefaultSensor()来获得任意的传感器类型，其参数为具体的传感器类型，我们一光照传感器为例：
Sensor sensor=sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_LIGHT);
接下来，对传感器的输出信号进行监听，借助接口SensorEventListener实现，该接口含两种方法，onSensorChanged()和 onAccuracyChanged()。当传感器的监测数值变化时，调用前者，前者的方法中含SensorEvent参数，该参数含一个values数组，记录了了输出的具体信息，其内容与监听的传感器类型有关。而当传感器精度发生变化时，我们调用后者。
SensorEventListener listener=new SensorEventListener() {
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
}
};
此后，我们需要调用SensorManager的 registerListener()方法来注册 SensorEventListener， registerListener()方法接收三个参数，第一个参数就是 SensorEventListener的实例，第二个参数是Sensor的实例，第三个参数是用于表示传感器输出信息的更新速率， 共有SENSOR_DELAY_UI、 SENSOR_DELAY_NORMAL、SENSOR_DELAY_GAME 和 SENSOR_DELAY_FASTEST 这四种值可选， 它们的更新速率是依次递增的。
sensorManager.registerListener
(listener,sensor,SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL)；
最后，当传感器使用完毕时，调用unregisterListener ()方法将使用的资源释放掉：
sensorManager.unregisterListener(listener);
二、 获取传感器类型
自android1.5开始，安卓便内置了八种传感器的支持，到了android4.4中，更是有多达20种的内置传感器，但是，并非所有的手机都支持如此多得独特硬件，我们列举常见的8种传感器，并通过一个简单的小程序来遍历当前手机中的传感器。
首先，我们在布局文件中加入textview以显示本机的情况：
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent" android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin" tools:context=".MainActivity">
<TextView android:id="@+id/textview01" android:layout_width="wrap_content"
android:layout_height="wrap_content" />
</RelativeLayout>
然后，我们在mainActivi中键入如下代码：
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
final TextView textView=(TextView) findViewById(R.id.textview01);
SensorManager sensorManager=(SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
List<Sensor> allSensors=sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);
textView.setText("经检测该手机有" + allSensors.size() + "个传感器，他们分别是：\n");
for(Sensor s:allSensors)
{
String tempString = "\n" + " 设备名称：" + s.getName() + "\n" + " 设备版本：" + s.getVersion() + "\n" + " 供应商："
+s.getVendor()+"\n";
switch (s.getType())
{
case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER:
textView.setText(textView.getText().toString()+s.getType()+" 加速度传感器accelerometer" + tempString);
break;
case Sensor.TYPE_GYROSCOPE:
textView.setText(textView.getText().toString()+s.getType()+" 陀螺仪传感器gyroscope" + tempString);
break;
case Sensor.TYPE_LIGHT:
textView.setText(textView.getText().toString()+s.getType()+" 环境光线传感器light" + tempString);
break;
case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
textView.setText(textView.getText().toString()+s.getType()+" 电磁场传感器magnetic field" + tempString);
break;
case Sensor.TYPE_PRESSURE:
textView.setText(textView.getText().toString()+s.getType()+" 压力传感器pressure" + tempString);
break;
case Sensor.TYPE_PROXIMITY:
textView.setText(textView.getText().toString()+s.getType()+" 距离传感器proximity" + tempString);
break;
default:
textView.setText(textView.getText().toString() + s.getType() + " 未知传感器" + tempString);
break;
}
}
}
在虚拟机上运行效果如下，在具体手机上运行的结果不同，例如在笔者的实体机上运行时，结果就明显不同：
三、 具体传感器实例
在前两个部分中，我们大致介绍了安卓传感器开发上的一些注意事项，现在我们决定着手开发一个简单的指南针，并在其中加入“摇一摇”的功能，以显示当前的光照强度，其中共需使用“方向传感器”、加速度传感器与光照传感器三种常见的传感器。
首先，光照传感器部分最为简单，只需注意光照改变时SensorEvent中values数组内仅含一个当前光照强度的数值，我们用一个变量存储该值，当环境变化时，修改之即可。
其次，加速度传感器稍微复杂一点，其values数组含三个值，分别代表手机在 X轴、 Y轴和 Z 轴方向上的加速度信息。X轴、Y轴、Z轴在空间坐标系上的含义如图所示。特别需要注意的是由于地心引力的作用，手机静止时某个轴必然受到9.8的加速度，我们为触发摇一摇，只需假定某个轴上出现超过预设值的加速度即可，不妨设预设值为15，若需调节敏感度，可自行设定：
最后，方向传感器有两种解决方案。可以沿用前两种传感器的模式，调用Sensor.TYPE_ORIENTATION 这种传感器类型，其values数组会记录手机在所有方向上的旋转角度，看似简单，并且实际上有效，但是，android现在已废弃Sensor.TYPE_ORIENTATION。因此，我们推荐使用加速度传感器和地磁传感器共同计算得出方向。由于方向传感器的精确度要求通常都比较高， 这里我们把传感器输出信息的更新速率提高了一些，使用的是 SENSOR_DELAY_GAME。
sensorManager=(SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
Sensor magneticSensor=sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
Sensor accelerometerSensor=sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
sensorManager.registerListener(listener,magneticSensor,SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
sensorManager.registerListener(listener,accelerometerSensor,SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
接下来在 onSensorChanged()方法中可以获取到 SensorEvent的 values数组，分别记录着加 速 度 传 感 器 和 地 磁 传 感 器 输 出 的 值 。 然 后 将 这 两 个 值 传 入 到 SensorManager 的getRotationMatrix()方法中就可以得到一个包含旋转矩阵的 R数组。
SensorManager.getRotationMatrix(R, null, accelerometerValues, magneticValues);
其中第一个参数 R 是一个长度为 9 的 float 数组，getRotationMatrix()方法计算出的旋转数据就会赋值到这个数组当中。 第二个参数是一个用于将地磁向量转换成重力坐标的旋转矩阵，通常指定为 null即可。第三和第四个参数则分别就是加速度传感器和地磁传感器输出的values值。 然后，调用SensorManager 的 getOrientation()方法来计算手机的旋转数据，values是一个长度为 3的 float数组， 手机在各个方向上的旋转数据都会被存放到这个数组当中。其中 values[0]记录着手机围绕着Z 轴的旋转弧度，values[1]记录着手机围绕 X轴的旋转弧度，values[2]记录着手机围绕 Y轴的旋转弧度。
SensorManager.getOrientation(R, values);
最后，注意这里计算出的数据都是以弧度为单位的， 因此如果你想将它们转换成角度还需要调用如下方法：
(float) Math.toDegrees(values[0])
四、 编程实践
首先，我们先实现获取角度（即“方向传感器”）的功能，键入如下代码：
private SensorManager sensorManager;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
sensorManager=(SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
Sensor magneticSensor=sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
Sensor accelerometerSensor=sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
sensorManager.registerListener(listener,magneticSensor,SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
sensorManager.registerListener(listener,accelerometerSensor,SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
}
@Override
protected void onDestroy()
{
super.onDestroy();
if(sensorManager!=null)
{
sensorManager.unregisterListener(listener);
}
}
private SensorEventListener listener=new SensorEventListener() {
float[] accelerometerValues=new float[3];
float[] magneticValues=new float[3];
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
if(event.sensor.getType()==Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)
{
accelerometerValues=event.values.clone();
}
else if (event.sensor.getType()==Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)
{
magneticValues=event.values.clone();
}
float[] R = new float[9];
float[] values = new float[3];
SensorManager.getRotationMatrix(R, null, accelerometerValues,
magneticValues);
SensorManager.getOrientation(R, values);
Log.d("MainActivity", "value[0] is " + Math.toDegrees(values[0]));
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
}
};
旋转手机，可以得到旋转的角度：
然后，我们实现指南针的gui部分，先准备两张图片，分别表示罗盘与指针：
在activity_main中插入：
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent" android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin" tools:context=".MainActivity">
<ImageView
android:id="@+id/compass_img"
android:layout_width="250dp"
android:layout_height="250dp"
android:layout_centerInParent="true"
android:src="@drawable/compass" />
<ImageView
android:id="@+id/arrow_img"
android:layout_width="60dp"
android:layout_height="110dp"
android:layout_centerInParent="true"
android:src="@drawable/arrow" />
</RelativeLayout>
再修改MainActivity中的代码,通过旋转罗盘，实现指南针的功能。
private ImageView compassImg;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
compassImg=(ImageView)findViewById(R.id.compass_img);
……
}
……
private SensorEventListener listener=new SensorEventListener() {
float[] accelerometerValues=new float[3];
float[] magneticValues=new float[3];
float lastRotateDegree;
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
accelerometerValues = event.values.clone();
} else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
magneticValues = event.values.clone();
}
float[] R = new float[9];
float[] values = new float[3];
SensorManager.getRotationMatrix(R, null, accelerometerValues,
magneticValues);
SensorManager.getOrientation(R, values);
Log.d("MainActivity", "value[0] is " + Math.toDegrees(values[0]));
float rotateDegree = -(float) Math.toDegrees(values[0]);
if (Math.abs(rotateDegree - lastRotateDegree) > 1) {
RotateAnimation animation = new RotateAnimation
(lastRotateDegree, rotateDegree, Animation.RELATIVE_TO_SELF, 0.5f, Animation.
RELATIVE_TO_SELF, 0.5f);
animation.setFillAfter(true);
compassImg.startAnimation(animation);
lastRotateDegree = rotateDegree;
}
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
}
};
当前结果如下：
下面，我们再加入摇一摇的功能：
private float lightLevel;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
……
Sensor lightSensor=sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_LIGHT);
sensorManager.registerListener(listener,accelerometerSensor,SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
…….
}
private SensorEventListener listener=new SensorEventListener() {
float[] accelerometerValues=new float[3];
float[] magneticValues=new float[3];
float lastRotateDegree;
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
…….
else if(event.sensor.getType()==Sensor.TYPE_LIGHT)
{
lightLevel=event.values[0];
}
if(accelerometerValues[0]>15 ||accelerometerValues[1]>15||accelerometerValues[2]>15)
{
Toast.makeText(MainActivity.this,"当前光照强度为"+lightLevel,Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
至此，我们完成了一次基本的传感器开发案例。
参考文献：
[1] 郭霖. 第一行代码——Android. 人民邮电出版社，2014
[2]汪永松.Android平台开发之旅[M].北京：机械工业出版社，2010.7