IOS ＋传感器的使用(加速计、陀螺仪、计步器等)

一. 简介

iOS设备内置了一些传感器，并提供了相关的API供调用，关于iOS传感器的类型及作用等相关知识，可以查看文章iOS开发之传感器，本篇文章的demo的github地址是：传感器的使用，感兴趣的可以瞄瞄。

传感器	涉及的类	作用
光线传感器(Ambient Light )	UIScreen、AVCaptureSession	自动调节屏幕亮度、手电筒的开启(mobile有)
距离传感器(Proximity)	UIDevice	打电话自动锁屏
计步器(Pedometer)	CMPedometer	运动数据测量
加速计(Accelerometer)	CMMotionManager	计步器、摇一摇
陀螺仪(Gyroscope)	CMMotionManager	游戏控制
磁力计(Magnetometer)	CMMotionManager	磁力感应
湿度传感器(Moisture)		维修时检测设备进水与否
内部温度传感器(Internal Temperature)

SensorDemo

二. 光线强弱测量

苹果有相关的私有api提供光线检测，但不允许上架产品使用，所以间接地使用其它方式检测光线强弱，有兴趣的小伙伴可以去研究下中的GSEventSetBacklightLevel()方法

检测屏幕亮度
1. UIScreenBrightnessDidChangeNotification：光线变化通知
2. [UIScreen mainScreen].brightness：获取屏幕亮度

光线亮度调节
1. 对手机自动亮度调节进行设置，设置-->显示与亮度-->允许自动亮度调节，当手机感受到外界光线亮度变化时，会自动调节屏幕亮度
2. 手动调节屏幕亮度

摄像头检测
"通过对摄像头捕获的视频流的参数进行分析，亮度的参数key是kCGImagePropertyExifBrightnessValue"

// AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate代理方法
// 摄像头输出的视频流
- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection {
    // 获取视频流的相关参数
    CFDictionaryRef metadataDict = CMCopyDictionaryOfAttachments(NULL,sampleBuffer, kCMAttachmentMode_ShouldPropagate);
    NSDictionary *metadata = [[NSMutableDictionary alloc] initWithDictionary:(__bridge NSDictionary*)metadataDict];
    CFRelease(metadataDict);
    
    "exif中有个brightness参数值"
    NSDictionary *exifMetadata = [metadata[(NSString *)kCGImagePropertyExifDictionary] mutableCopy];
    float brightnessValue = [exifMetadata[(NSString *)kCGImagePropertyExifBrightnessValue] floatValue];

    // 在UI上显示
    self.cameraBightnessLbl.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",brightnessValue];
}

顺便将摄像头捕获视频流的方法贴出来
- (AVCaptureSession *)initCaptureSession {
// 创建会话
NSError *error;
AVCaptureSession *captureSession = [AVCaptureSession new];
_captureSession = captureSession;

        // 输入：摄像头
        AVCaptureDevice *cameraDevice = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
        AVCaptureDeviceInput *cameraDeviceInput = [[AVCaptureDeviceInput alloc] initWithDevice:cameraDevice error:&error];
        if ([captureSession canAddInput:cameraDeviceInput]) {
            [captureSession addInput:cameraDeviceInput];
        }
        
        // 输出：视频数据
        "当有视频数据输出时，会调用上面的AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate代理方法"
        AVCaptureVideoDataOutput *output = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc] init];
        [output setSampleBufferDelegate:self queue:dispatch_get_main_queue()];
        if ([captureSession canAddOutput:output]) {
            [captureSession addOutput:output];
        }
        
        // 实时预览：展现给用户
        AVCaptureVideoPreviewLayer *previewLayer = [AVCaptureVideoPreviewLayer layerWithSession:captureSession];
        previewLayer.frame = self.lightVideoV.bounds;
        [self.lightVideoV.layer addSublayer:previewLayer];
    }

三. 距离传感器检测

    1. 距离传感器默认是关闭的，需手动开启
       [UIDevice currentDevice].proximityMonitoringEnabled = YES/NO;

    2. 传感器开启后，通过通知监听是否有物体靠近
        1. 通知名：UIDeviceProximityStateDidChangeNotification；
        2. 返回对象：notification.object会返回UIDevice对象；
        3. 判断：UIDevice对象的proximityState属性指示是否靠近用户，YES(靠近)／NO(离开)

    3. 代码
        - (IBAction)proximitySwitch:(UISwitch *)sender {
            // 传感器的开启与关闭
            [UIDevice currentDevice].proximityMonitoringEnabled = sender.on;    

            // 可用性检测
            if (sender.on && ![UIDevice currentDevice].proximityMonitoringEnabled) {
                sender.on = NO;
                [self showWithTitle:@"距离传感器不可用" message:nil];
                return;
            }

            // 通知监听状态
            if (sender.on) {
                [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(proximityStateChange:) name:UIDeviceProximityStateDidChangeNotification object:nil
                 ];
            } else {
                [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self name:UIDeviceProximityStateDidChangeNotification object:nil];
            }
        }
        
        - (void)proximityStateChange:(NSNotification *)noti {
            UIDevice *device = noti.object;
            if ([device isKindOfClass:[UIDevice class]]) {
                // 是否有物体靠近
                NSLog(@"%@", (device.proximityState? @"物体靠近" : @"物体离开"));
            }
        }

四. 计步器

ios7-ios8的时候使用CMStepCounter，ios8及以后使用CMPedometer，下面介绍的是CMPedometer

计步器能获取的数据
1. startDate：开始时间段
2. endDate：结束时间段
3. numberOfSteps：步数
4. distance：距离
5. floorsAscended：爬楼数
6. floorsDescended：下楼数
7. ios9以后的系统才有
1. currentPace：当前步速 in seconds per meter
2. currentCadence：当前步频 in steps per second
8. ios10的
1. averageActivePace：平均活跃时间段的步速

使用

"运动与健康"权限设置
1. 使用计步器需添加权限NSMotionUsageDescription描述
2. 第一次使用CMPedometer对象的时候系统自动会向用户请求"运动与健康"授权
3. 授权判断：[CMSensorRecorder isAuthorizedForRecording];
4. 没找到授权的方法：不过由于系统会自动授权(第2条)，通过下面的方法也可以达到授权的效果，
该方法在获取到用户的选择之后才会进行回调
[self.pedometer queryPedometerDataFromDate:toDate:withHandler:]

获取数据
1. CMPedometer中的对象方法
// 获取某时间段的历史数据
- (void)queryPedometerDataFromDate:(NSDate *)start toDate:(NSDate *)end withHandler:(CMPedometerHandler)handler;
// 从某时间段开始实时获取数据，停止获取的时候需调用stopPedometerUpdates方法
- (void)startPedometerUpdatesFromDate:(NSDate *)start withHandler:(CMPedometerHandler)handler;
// 获取计步器的状态（暂停／记步），停止获取的时候需调用stopPedometerEventUpdates方法
- (void)startPedometerEventUpdatesWithHandler:(CMPedometerEventHandler)handler NS_AVAILABLE(NA,10_0) __WATCHOS_AVAILABLE(3_0);
// 停止更新数据
- (void)stopPedometerUpdates;
// 停止状态更新
- (void)stopPedometerEventUpdates NS_AVAILABLE(NA,10_0);

 2. 主要的代码实现
     // 1. 初始化计步器self.pedometer
     - (CMPedometer *)pedometer {
            if (!_pedometer) {
                _pedometer = [[CMPedometer alloc] init];
            }
           return _pedometer;
       }

      // 2. 通过一个开关开启／关闭记步功能
     - (IBAction)recordStepCount:(UIButton *)sender {
           BOOL start = !sender.selected;
           // 开始记步
           if(start){

               // 可用性检测
               if(![CMPedometer isStepCountingAvailable]){
                   [self showWithTitle:@"计步器不可用" message:nil];
                  return;
               }

               // 1 授权
               // 1.1 pedometer第一次被使用时，会由系统主动提示用户授权“运动与健康”;但没找到授权的相关方法，通过该方式实现需求
               __weak typeof (self) weakSelf = self;
               [self.pedometer queryPedometerDataFromDate:[NSDate date] toDate:[NSDate date] withHandler:^(CMPedometerData * _Nullable pedometerData, NSError * _Nullable error) {
                   // 1.2 用户选择了授权与否之后，该block才会被调用，不在主线程
                   dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                       // 1.3 授权判断
                       if(![CMSensorRecorder isAuthorizedForRecording]){
                           [weakSelf showWithTitle:@"未授权" message:@"前往设置－>隐私->运动与健康，点击允许访问"];
                           return;
                       }
                       sender.selected = YES;
                   
                       // 2. 获取数据
                       // 2.1 监测计步器状态：暂停、恢复
                       [weakSelf.pedometer startPedometerEventUpdatesWithHandler:^(CMPedometerEvent * _Nullable pedometerEvent, NSError * _Nullable error) {
                           NSLog(@"%@",pedometerEvent.type==CMPedometerEventTypePause? @"暂停":@"继续");
                       }];
                   
                       // 2.2 监测计步器数据
                       [weakSelf.pedometer startPedometerUpdatesFromDate:[NSDate date] withHandler:^(CMPedometerData * _Nullable pedometerData, NSError * _Nullable error) {
                           if (pedometerData) {
                               // 2.3 处理数据：回调不在主线程，所以需要回到主线程处理
                               dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                                   // 数据存储在pedometerData中
                                   ...
                               });
                           }
                       }];
                   });
               }];
           } else {
               // 结束记步
               sender.selected = NO;
               [self.pedometer stopPedometerUpdates];
               [self.pedometer stopPedometerEventUpdates];
           }
       }

四. 加速计／陀螺仪／磁力计

加速计／陀螺仪／磁力计这三种感应器使用也很简单，直接通过CMMotionManager对象处理，获取数据的方法大同小异；

CMMotionManager对象可以检测设备的可用性、获取数据、设置数据的更新频率，有需要的可以直接去头文件看看
通过计步器制作摇一摇、计步器：按我理解呢，如果考虑周全，摇一摇、记步也需要比较复杂的算法，自己做难免不全面；并且这些苹果已经有对应API，直接调用就好
CMMotion的使用可以参考这篇文章详说CMDeviceMotion

由于这三种感应器获取数据方式一致，就只对加速计进行举例说明

成员变量及方法

 // 存储加速计数据
@property(readonly, nullable) CMAccelerometerData *accelerometerData;

// 开始更新加速计数据，不带回调，可以添加定时器定时去获取CMMotionManager对象的accelerometerData数据
- (void)startAccelerometerUpdates;

// 开始更新加速计数据，带回调，由于数据可能更新频率快，不建议使用主队列
- (void)startAccelerometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMAccelerometerHandler)handler;

// 不再需要更新数据的时候需要调用停止更新的方法
- (void)stopAccelerometerUpdates;

使用步骤
// 1. 初始化CMMotionManager对象并设置属性存储，设置数据的更新间隔
- (CMMotionManager *)motionManage {
if (!_motionManage) {
_motionManage = [[CMMotionManager alloc] init];
// 控制传感器的更新间隔
_motionManage.accelerometerUpdateInterval = 0.2;
_motionManage.gyroUpdateInterval = 0.2;
_motionManage.magnetometerUpdateInterval = 0.2;
}
return _motionManage;
}

// 2. 开始/结束更新数据，只举例带回调的方法
- (IBAction)accelerometerTest:(UIButton *)sender {
    BOOL start = !sender.selected;

    // 2.1 根据设置的时间间隔定期更新数据
    if (start) {
        // 可用性检测
        if(![self.motionManage isAccelerometerAvailable]){
            [self showWithTitle:@"加速计不可用" message:nil];
            return;
        }
        sender.selected = YES;
        __weak typeof (self) weakSelf = self;

        // 数据更新有可能比较频繁，不建议使用主队列
        NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue new];
        [self.motionManage startAccelerometerUpdatesToQueue:queue withHandler:^(CMAccelerometerData * _Nullable accelerometerData, NSError * _Nullable error) {
            // 回到主线程
            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                // 数据显示
                weakSelf.accelerationXLbl.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f", accelerometerData.acceleration.x];
                weakSelf.accelerationYLbl.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f", accelerometerData.acceleration.y];
                weakSelf.accelerationZLbl.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f", accelerometerData.acceleration.z];
            });
        }];
    } else {

    // 2.2 停止获取数据
        sender.selected = NO;
        [self.motionManage stopAccelerometerUpdates];
    }
}

自带摇一摇功能
UIResponder类中已经封装好了摇一摇功能，当对象成为第一响应者之后，
系统就会通知对象摇一摇的开始／结束状态，实现以下方法就可以

- (void)motionBegan:(UIEventSubtype)motion withEvent:(nullable UIEvent *)event;
- (void)motionEnded:(UIEventSubtype)motion withEvent:(nullable UIEvent *)event;
- (void)motionCancelled:(UIEventSubtype)motion withEvent:(nullable UIEvent *)event;

IOS ＋ 传感器的使用(加速计、陀螺仪、计步器等)