Pro Android学习笔记（一五五）：传感器（5）： 磁场传感器和方位（上）

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磁场传感器（Magnetic Field Sensors）

磁场传感器可以用来检测磁场大小，和加速度传感器一样，有x、y、z轴三个方向，单位为uT（microteslas）。磁场传感器也称为compass（指南针），在uses-feature中使用android.hardware.sensor.compass作为其名字。说实在的，单看磁场数值也看不出所以然。

说个故事，单位部门调整，一拨同事到10楼，这是上下移动实验室的夹层，下面是移动网络（有4G小基站）实验室。一听要挪过去，各个忧心忡忡，这辐射如何办？按秘书的说法，怎么办，凉拌。正好玩磁场传感器，虽然magnetic不是electromagnetic，电场、磁场相互作用，在具体的都还给老师了。手头上也没有什么能够进行测试的，就用磁场传感器测一测。这种事情多半都是自己吓自己，智能手机将成为摸金校尉的必备工具。

下面是小例子代码片段：

public class MagneticFieldSensorActivity extends Activity implements SensorEventListener{
    ......
   @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        ......
        sensorManager = (SensorManager)getSystemService(SENSOR_SERVICE);
        sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);       
    }

    ...... //注册和注销磁场传感器监听器

    private int count = 1;
    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        if( count++ == 20){ //磁场传感器很敏感，每20个变化，显示一次数值
            double value = Math.sqrt(event.values[0]*event.values[0] + event.values[1]*event.values[1]
                    +event.values[2]*event.values[2]);
            String str = String.format("X:%8.4f , Y:%8.4f , Z:%8.4f \n总值为：%8.4f",
                    event.values[0],event.values[1],event.values[2],value);             
            count = 1;
            tv.setText(str);
        }           
    }

    @Override
    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // Nothing here   
    }    
}

方位传感器（Orientation Sensors）

磁场传感器和加速度传感器结合可或者设备摆放角度，两者结合可以获取方位。这些计算由Android代劳了，SensorManager提供getRotationMatrix()，获得转动的矩阵，并进一步通过getOrientation()获得方位矩阵。Android还有方位传感器（orientation Sensors），不是物理实体，而是通过acceleration传感器和磁场感应器来获取方位，而在Android2.2开始方位传感器就被deprecated了。

设备摆放情况通过azimuth、pitch和roll来表示。

azimuth即方位角，就是手机方向和正北的夹角，百度百科这样描述方位角：是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。pitch和roll可能是引用了航天的术语。azimuth，pitch和roll分别是z轴、X轴和Y轴的旋转角度。

老方法采用orientation传感器，azimuth从0~360。pitch是在x轴方向的转动角度，其实就是Y轴和水平面的仰角，范围为-180~180，正的为朝下（手机头低于水平面），负的为朝上，pitch的方向逆时针为正。roll是Y轴防线的转动角度，实际就是X轴和水平面的角度，范围在-90~90，同样逆时针为正，右轴高于左轴时为正，右轴高于左轴时为负。

新的方法，azimuth的范围是-180~180，当然我们可以进行适当的处理，如果小于零，则加360，这样就可以和orientation的得到的值一样。需要注意的是pitch的范围是-90~90，机头上翘为负；roll的范围是-180~180，和老方法相反，右轴高时为负。

这两种方式的数值可能会使人有些迷糊，我们在使用之前先查文档弄清楚就是了。我曾经有个疑惑为何有两个数值的范围是360度，其中一个数值只有180度。想想球面就知道了，以地球仪为例，经度范围是360°，维度范围是180°，就可以确定球面上的任何一点，以球心到该点假设是手机中轴线，还有一个围绕Y轴360°转的角度的第三维，这就可以确定所有的排放方式。

小例子

下面小例子我们将同时展现新旧两种方式。

public class VirtualJax extends Activity implements SensorEventListener{
    ... ... //注册和注销传感器监听器，本例涉及三个传感器（加速度传感器、地磁传感器和方位传感器），可以用sensorManager.unregister(this)注销监听器所涉及的全部传感器。
  
    private Sensor accelSensor = null, compassSensor = null, orientSensor = null;
    private float[] accelValues = new float[3], compassValues = new float[3],orientValues = new float[3];
    private boolean ready = false; //检查传感器是否正常工作，即是否同时具有加速传感器和磁场传感器。 
    private float[] inR = new float[9];
    private float[] inclineMatrix = new float[9];
    private float[] prefValues = new float[3];
    private double mInclination;
    private int count = 1;
   
    @SuppressWarnings("deprecation") //因为orientaion已经不再使用，为了不要显示warning，加上此标识
    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        //【1】将相关传感器的数值分别读入accelValues，compassValues（磁力感应器的数值）和orientValues数组中
        switch(event.sensor.getType()){
        case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER:
            for(int i = 0 ; i < 3 ; i ++){
                accelValues[i] = event.values[i];
            }
            if(compassValues[0] != 0) //如果accelerator和magnetic传感器都有数值，设置为真 
                ready = true;
            break;
           
        case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
            for(int i = 0 ; i < 3 ; i ++){
                compassValues[i] = event.values[i];
            }
            if(accelValues[2] != 0) //检查accelerator和magnetic传感器都有数值，只是换一个轴向检查
                ready = true;
            break;
           
        case Sensor.TYPE_ORIENTATION:
            for(int i = 0 ; i < 3 ; i ++){
                orientValues[i] = event.values[i];
            }
            break;
        }
       
        if(!ready)
            return;
   
      //【2】根据加速传感器的数值accelValues[3]和磁力感应器的数值compassValues[3]，进行矩阵计算，获得方位
        //【2.1】计算rotation matrix R(inR)和inclination matrix I(inclineMatrix) 
        if(SensorManager.getRotationMatrix(inR, inclineMatrix, accelValues, compassValues)){
            /* 【2.2】根据rotation matrix计算设备的方位。，范围数组：
            values[0]: azimuth, rotation around the Z axis.
            values[1]: pitch, rotation around the X axis.
            values[2]: roll, rotation around the Y axis.*/
           SensorManager.getOrientation(inR, prefValues);
           //【2.2】根据inclination matrix计算磁仰角，地球表面任一点的地磁场总强度的矢量方向与水平面的夹角。
             mInclination = SensorManager.getInclination(inclineMatrix);
           
           //【3】显示测量值
            if(count++ % 100 == 0){
                doUpdate(null);
                count = 1;
            }
           
        }else{
            Toast.makeText(this, "无法获得矩阵（SensorManager.getRotationMatrix）", Toast.LENGTH_LONG);
            finish();
        }
       
    }

   //【3】显示测量值
    public void doUpdate(View v){
        if(!ready)
            return;
        //preValues[0]是方位角，单位是弧度，范围是-pi到pi，通过Math.toDegrees()转换为角度
        float mAzimuth = (float)Math.toDegrees(prefValues[0]); 
        /*//纠正为orientation的数值。
         * if(mAzimuth < 0)
            mAzimuth += 360.0;*/
       
        String msg = String.format("推荐方式：\n方位角：%7.3f\npitch: %7.3f\nroll: %7.3f\n地磁仰角：%7.3f\n",
                mAzimuth,Math.toDegrees(prefValues[1]),Math.toDegrees(prefValues[2]),
                Math.toDegrees(mInclination));
        nowOne.setText(msg);
       
        msg = String.format("老方式：\n方位角：%7.3f\npitch: %7.3f\nroll: %7.3f",
                orientValues[0],orientValues[1],orientValues[2]);
        oldOne.setText(msg);         
    }   
   
}

运行结果如下：

相关小例子代码： Pro Android学习：传感器小例子

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