Android重力感应开发

发表于 Android 分类,标签:

转自 http://blog.csdn.net/mad1989/article/details/20848181

一、手机中常用的传感器

在Android2.3 gingerbread系统中,google提供了11种传感器供应用层使用,具体如下:(Sensor类)

#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

1-1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。

1-2 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。

1-3 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。

1-4 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。

1-5 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。

1-6 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)。

1-7 温度传感器

温度传感器返回当前的温度。

1-8 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。

1-9 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。

1-10 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

1-11 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。
算法一般是传感器公司的私有产权。


二、Android感应检测管理---SensorManager

1、取得SensorManager


使用感应检测Sensor首要先获取感应设备的检测信号,你可以调用Context.getSysteService(SENSER_SERVICE)方法来取得感应检测的服务

2、实现取得感应检测Sensor状态的监听功能


实现以下两个SensorEventListener方法来监听,并取得感应检测Sensor状态:

//在感应检测到Sensor的精密度有变化时被调用到。   
public void onAccuracyChanged(Senso sensor,int accuracy);  
//在感应检测到Sensor的值有变化时会被调用到。   
public void onSensorChanged(SensorEvent event);  


3、实现取得感应检测Sensor目标各类的值

实现下列getSensorList()方法来取得感应检测Sensor的值;
        List<Sensor> sensors = sm.getSensorList(Sensor.TYPE_TEMPERATURE);  


4、注册SensorListener

sm.regesterListener(SensorEventListener listener, Sensor sensor, int rate);  

        第一个参数:监听Sensor事件,第二个参数是Sensor目标种类的值,第三个参数是延迟时间的精度密度。延迟时间的精密度参数如下:


参数

延迟时间

SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST

0ms

SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME

20ms

SensorManager.SENSOR_DELAY_UI

60ms

SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL

200ms



因为感应检测Sensor的服务是否频繁和快慢都与电池参量的消耗有关,同时也会影响处理的效率,所以兼顾到消耗电池和处理效率的平衡,设置感应检测Sensor的延迟时间是一门重要的学问,需要根据应用系统的需求来做适当的设置。
感应检测Sensor的硬件检测组件受不同的厂商提供。你可以采用Sensor的getVendor(),Sensor()的getName()和Sensor的getVeesrion()方法来取得 厂商的名称、产品和版本。

5、取消注册

sm.unregisterListener(SensorEventListener listener)  


6、感应检测

加速度感应检测——Accelerometer

Accelerometer Sensor测量的是所有施加在设备上的力所产生的加速度的负值(包括重力加速度)。加速度所使用的单位是m/sec^2,数值是加速度的负值。

SensorEvent.values[0]:加速度在X轴的负值
SensorEvent.values[1]:加速度在Y轴的负值
SensorEvent.values[2]:加速度在Z轴的负值

例如:

当手机Z轴朝上平放在桌面上,并且从左到右推动手机,此时X轴上的加速度是正数。

当手机Z轴朝上静止放在桌面上,此时Z轴的加速度是+9.81m/sec^2。

当手机从空中自由落体,此时加速度是0

当手机向上以Am/sec^2的加速度向空中抛出,此时加速度是A+9.81m/sec^2

重力加速度感应检测——Gravity

重力加速度,其单位是m/sec^2,其坐标系与Accelerometer使用的一致。当手机静止时,gravity的值和Accelerometer的值是一致的。

线性加速度感应检测——Linear-Acceleration

Accelerometer、Gravity和Linear-Acceleration三者的关系如下公式:

accelerometer = gravity + linear-acceleration

地磁场感应检测——Magnetic-field

地磁场的单位是micro-Tesla(uT),检测的是X、Y、Z轴上的绝对地磁场。

陀螺仪感应检测——Gyroscope

陀螺仪的单位是弧度/秒,测量的是物体分别围绕X,Y,Z轴旋转的角速度。它的坐标系与加速度传感器的坐标系相同。逆时针方向旋转的角度正的。也就是说,如果设备逆时针旋转,观察者向X,Y,Z轴的正方向看去,就报告设备是正转的。请注意,这是标准的正旋转的数学定义。

光线感应检测——Light

values[0]:表示环境光照的水平,单位是SI lux。

位置逼近感应检测——Proximity

values[0]:逼近的距离,单位是厘米(cm)。有一些传感器只能支持近和远两种状态,这种情况下,传感器必须报告它在远状态下的maximum_range值和在近状态下的小值。

旋转矢量感应检测——Rotation Vector

旋转向量是用来表示设备的方向,它是由角度和轴组成,就是设备围绕x,y,z轴之一旋转θ角度。旋转向量的三个要素是,这样旋转向量的大小等于sin(θ/2),旋转向量的方向等于旋转轴的方向。

values[0]: x*sin(θ/2) 
values[1]: y*sin(θ/2) 
values[2]: z*sin(θ/2) 
values[3]: cos(θ/2) (optional: only if value.length = 4)

方向感应检测——Orientation

其单位是角度

values[0]: Azimuth(方位),地磁北方向与y轴的角度,围绕z轴旋转(0到359)。0=North, 90=East, 180=South, 270=West 
values[1]: Pitch(俯仰),围绕X轴旋转(-180 to 180), 当Z轴向Y轴运动时是正值
values[2]: Roll(滚),围绕Y轴旋转(-90 to 90),当X轴向Z轴运动时是正值 




三、举例之-Gsensor

1,图示三轴方向


android重力感应系统的坐标系以屏幕的左下方为原点(【注意】2d编程的时候,是以屏幕左上方为原点的),箭头指向的方向为正。从-10到10,以浮点数为等级单位,想象一下以下情形:

  手机屏幕向上(z轴朝天)水平放置的时侯,(x,y,z)的值分别为(0,0,10);
  手机屏幕向下(z轴朝地)水平放置的时侯,(x,y,z)的值分别为(0,0,-10);
  手机屏幕向左侧放(x轴朝天)的时候,(x,y,z)的值分别为(10,0,0);
  手机竖直(y轴朝天)向上的时候,(x,y,z)的值分别为(0,10,0);
  其他的如此类推,规律就是:朝天的就是正数,朝地的就是负数。利用x,y,z三个值求三角函数,就可以精确检测手机的运动状态了。


2,通过监测Gsensor判断手机处于静止/移动状态

  1. public class MainActivity extends Activity implements SensorEventListener {  

  2.   

  3.     private static final String TAG = MainActivity.class.getSimpleName();  

  4.     private SensorManager mSensorManager;  

  5.     private Sensor mSensor;  

  6.     private TextView textviewX;  

  7.     private TextView textviewY;  

  8.     private TextView textviewZ;  

  9.     private TextView textviewF;  

  10.   

  11.     private int mX, mY, mZ;  

  12.     private long lasttimestamp = 0;  

  13.     Calendar mCalendar;  

  14.   

  15.     @Override  

  16.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  

  17.         super.onCreate(savedInstanceState);  

  18.         setContentView(R.layout.activity_main);  

  19.         textviewX = (TextView) findViewById(R.id.textView1);  

  20.         textviewY = (TextView) findViewById(R.id.textView3);  

  21.         textviewZ = (TextView) findViewById(R.id.textView4);  

  22.         textviewF = (TextView) findViewById(R.id.textView2);  

  23.   

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

  25.         mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);// TYPE_GRAVITY  

  26.         if (null == mSensorManager) {  

  27.             Log.d(TAG, "deveice not support SensorManager");  

  28.         }  

  29.         // 参数三,检测的精准度  

  30.         mSensorManager.registerListener(this, mSensor,  

  31.                 SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);// SENSOR_DELAY_GAME  

  32.   

  33.     }  

  34.   

  35.     @Override  

  36.     public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {  

  37.   

  38.     }  

  39.   

  40.     @Override  

  41.     public void onSensorChanged(SensorEvent event) {  

  42.         if (event.sensor == null) {  

  43.             return;  

  44.         }  

  45.   

  46.         if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {  

  47.             int x = (int) event.values[0];  

  48.             int y = (int) event.values[1];  

  49.             int z = (int) event.values[2];  

  50.             mCalendar = Calendar.getInstance();  

  51.             long stamp = mCalendar.getTimeInMillis() / 1000l;// 1393844912  

  52.   

  53.             textviewX.setText(String.valueOf(x));  

  54.             textviewY.setText(String.valueOf(y));  

  55.             textviewZ.setText(String.valueOf(z));  

  56.   

  57.             int second = mCalendar.get(Calendar.SECOND);// 53  

  58.   

  59.             int px = Math.abs(mX - x);  

  60.             int py = Math.abs(mY - y);  

  61.             int pz = Math.abs(mZ - z);  

  62.             Log.d(TAG, "pX:" + px + "  pY:" + py + "  pZ:" + pz + "    stamp:"  

  63.                     + stamp + "  second:" + second);  

  64.             int maxvalue = getMaxValue(px, py, pz);  

  65.             if (maxvalue > 2 && (stamp - lasttimestamp) > 30) {  

  66.                 lasttimestamp = stamp;  

  67.                 Log.d(TAG, " sensor isMoveorchanged....");  

  68.                 textviewF.setText("检测手机在移动..");  

  69.             }  

  70.   

  71.             mX = x;  

  72.             mY = y;  

  73.             mZ = z;  

  74.   

  75.         }  

  76.     }  

  77.   

  78.     /** 

  79.      * 获取一个最大值 

  80.      *  

  81.      * @param px 

  82.      * @param py 

  83.      * @param pz 

  84.      * @return 

  85.      */  

  86.     public int getMaxValue(int px, int py, int pz) {  

  87.         int max = 0;  

  88.         if (px > py && px > pz) {  

  89.             max = px;  

  90.         } else if (py > px && py > pz) {  

  91.             max = py;  

  92.         } else if (pz > px && pz > py) {  

  93.             max = pz;  

  94.         }  

  95.   

  96.         return max;  

  97.     }  

  98. }  



原理就 是通过每次得到的x,y,z三轴的值,和下一次的值作比较,它们每个差值中绝对值最大的如果超过某一个阀值(自己定义),并且这种状态持续了x秒,我们就 视为手机处于(颠簸)移动状态,当然这种判断肯定是不科学的,有时候也会产生误判,比较理想的场景就是:携带手机坐在公交上或是开车。



其它可供参考资料:

http://blog.csdn.net/zhandoushi1982/article/details/8591878 

http://blog.csdn.net/ZhengZhiRen/article/details/5930451

http://blog.csdn.net/a345017062/article/details/6459643


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