Android 传感器(Sensor)API教程
摘要: 主要介绍传感器的种类，常用方法，事件等，通过例程进行讲解分析。传感器(Sensor)听起来似乎感觉很难，其实它并不是很难。做起来并很有意思的，我相信，通过我对传感器的介绍你会对它感兴趣的，应为你可以切身体会到 ...
1.1 序言
在这一章我们主要针对Android的传感器(Sensor)进行说明。如果说Java的程序和硬件有些远的感觉，那么可以说传感器距离硬件很近。传感器(Sensor)听起来似乎感觉很难，其实它并不是很难。做起来并很有意思的，我相信，通过我对传感器的介绍你会对它感兴趣的，应为你可以切身体会到它的存在。
1.2 传感器(Sensor)是什么？
传感器是能标识温度，加速度等等物理现象的转换电子信号的机器。Android SDK，在移动设备中提供了各种各样的传感器的API。那么，本章的例程，在模拟器中不能使用，这点请大家注意。需要在实际的手机上测试才能体现。这里我就不进行详细进行说明如何连接手机进行运行程序了，在本网站 【Android蛋蛋网】有对应的介绍，请读者自己参照。
1.3 传感器(Sensor)关联的类(Class)和接口(Interface)
首先，我们对Android SDK提供的传感器关联的类和接口进行介绍。
1.3.1 android.hardware.Sensor类
Sensor类，是管理各种传感器的共同属性（名字，版本等等）的类。
●主要的常量
在Sensor类，能使用的传感器的种类通过常量来定义的(表1-1)。但是根据硬件，传感器搭载是任意的。比如现在市场销售的(Dev Phone,HTC Dream)实际确认有
TYPE_ACCELEROMETER,
TYPE_ORIENTATION,
TYPE_MAGNETIC_FIELD,
TYPE_TEMPERATURE
四种类别。
表1-1 传感器的种类
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常量名
|
说明
|
实际的值
|
|
TYPE_ACCELEROMETER
|
加速度
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1
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TYPE_GYROSCOPE
|
陀螺仪
|
4
|
|
TYPE_LIGHT
|
光照
|
5
|
|
TYPE_MAGNETIC_FIELD
|
磁力计
|
2
|
|
TYPE_ORIENTATION
|
方位传感器
|
3
|
|
TYPE_PRESSURE
|
压力传感器
|
6
|
|
TYPE_PROXIMITY
|
距离传感器
|
8
|
|
TYPE_TEMPERATURE
|
温度传感器
|
7
|
|
TYPE_ALL
|
全部的传感器 |
-1
|
●主要的方法
Sensor类的主要的方法参照下面的表1-2
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方法
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处理内容
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|
public float getMaximumRange()
|
返回传感器的最大值 |
|
public String getName() |
返回传感器的名字
|
|
public float getPower()
|
f返回传感器的功率（mA毫安） |
|
public float getResolution()
|
返回传感器的精度 |
|
public int getType()
|
返回传感器的类型 |
|
public String getVentor()
|
返回Vendor名 |
|
public int getVersion()
|
返回传感器的版本号 |
SensorManager类是对搭载的移动设备的传感器进行访问的类，用这个类的借口能取得事件监听器的登录/删除、传感器的信息。
●主要的常量
在SensorManager有很多个常量被定义，但是这些中最重要的是关于传感器的反应速度的，如（表1-3）。Android，在监听器进行登录的时候通过4个阶段对传感器进行设定的。
表1-3 关于传感器的反映速度的常量
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常量名
|
说明
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实际的值
|
|
SENSOR_DELAY_FASTEST
|
在游戏想特别快的反应速度的时候使用 |
0
|
|
SENSOR_DELAY_GAME
|
游戏用
|
1
|
|
SENSOR_DELAY_UI
|
用户接口用
|
2
|
|
SENSOR_DELAY_NORMAL
|
取得倾斜度的时候使用（缺省）
|
3
|
●主要的方法
SensorManager类的主要方法如表1-4所示
表1-4 SensorManager类的主要方法
|
方法
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处理内容
|
|
public boolean registerListener( SensorEventListener listener, Sensor sensor, int rate) |
登录被指定反应速度的监听器。反应速度的指定，使用前面的（表1-3）的SENSOR_DELAY系列常量 |
|
public void unregisterListener(SensorEventListener listener) |
解除全部的传感器的监听器的登录 |
|
public voidunregisterListener(SensorEventListener listener, Sensor sensor) |
解除在sensor被指定的监听器的登录 |
|
public List getSensorLIst(int type)
|
用list形式取得能使用的传感器的接口
|
1.3.3 SensorManager类的Instance取得例程
SensorManager不能直接生成Instance。SensorManager的Instance是通过Context类定义的getSystemService方法取得的。在图1-1的Activity,SensorManager的Instance取得，传感器的名字取得，具体代码如下。
图1-1 传感器的信息取得例程
AndroidEggSensorActivity.java
package androidegg.stu.sensor;
import java.util.List;
import android.app.Activity;
import android.hardware.Sensor;
import android.hardware.SensorEvent;
import android.hardware.SensorEventListener;
import android.hardware.SensorManager;
import android.os.Bundle;
import android.widget.LinearLayout;
import android.widget.TextView;
public class AndroidEggSensorActivity extends Activity implements SensorEventListener{
/** Called when the activity is first created. */
//SensorManager instance
private SensorManager sensorManager;
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
//get SensorManager instance
sensorManager = (SensorManager)this.getSystemService(SENSOR_SERVICE);
setContentView(R.layout.main);
}
@Override
protected void onResume(){
super.onResume();
List<Sensor> sensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);
LinearLayout layout = new LinearLayout(this);
layout.setOrientation(LinearLayout.VERTICAL);
TextView tv;
for (Sensor s:sensors){
tv = new TextView(this);
tv.setText(s.getName());
layout.addView(tv,new LinearLayout.LayoutParams(
LinearLayout.LayoutParams.FILL_PARENT,
LinearLayout.LayoutParams.WRAP_CONTENT));
}
setContentView(layout);
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
// TODO Auto-generated method stub
}
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
// TODO Auto-generated method stub
}
}
重要点如下所示
1 在onCreate 方法中取得SensorManager的Instance
2 在onResume 方法中取得传感器的名字，并表示
1.3.4 android.hardware.SensorEvent
SensorEvent类是在传感器事件(onAccuracyChanged , onSensorChanged 稍后介绍)为了对能取得的信息进行整理管理的类。被管理的值全部用公用的field定义的。
●主要的字段(field)
SensorEvent类的主要的field如表1-5所示
表1-5 SensorEvent类的主要的field
|
字段(
field
) |
内容
|
|
public int accuracy
|
传感器的精度 |
|
public Sensor sensor |
传感器的instance
|
|
public long timestamp
|
时间（毫微秒） |
|
public final flaot[] values
|
传感器的值 |
1.3.5 android.hardware.SensorEventListener接口
SensorEventListener接口是为了取得传感器的事件的事件监听器。前面所说的 SensorManager类具有登录删除功能。在这个封装的接口中可以取得传感器的值。
●主要的事件
|
方法
|
处理内容
|
|
void onAccuracyChanged(Sensor sensor,int accuracy) |
传感器的精度变化的时候，此方法被调用 |
|
void onSensorChanged(SensorEvent event) |
传感器的值改变的时候，此方法被调用
|
1.3.6 传感器的值取得及例程
传感器值取得需要通过SensorManager#registerListener方法对加载SensorEventListener接口的对象进行登录处理。从登录监听器开始到传感器的值取得的动作处理过程如图1-2那样所示。在程序列表1-2中的传感器的值取得，画面处理结果（图1-3）所示。
|
图1-3 传感器值取得例程运行结果 程序列表1-2 传感器的值取得画面输出例程 package androidegg.stu.sensor; 重要事项如下所示 |
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传感器值取得例程 说明
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文件名称
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AndroidEgg SensorGetValue.zip
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文件大小 |
43.3 KB
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文件格式 |
zip
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下载 |
AndroidEgg SensorGetValue.zip |
1.4 加速度传感器
加速度传感器是为了检测物体的加速度的传感器。物体运动加速度也跟着变化，如果能取到加速度，物体受到什么样的作用力或则物体进行什么样的运动，我们就可以知道。使用加速度，我们就能做模拟计步器、物体运动的应用程序。
1.4.1 通过加速度传感器能取到的值
我们可以通过Android的加速度传感器可以取得x,y,z三个轴的加速度（如图1-4）。
加速度值受地球重力的影响值也不一样。这就涉及到物理知识了，我就不细阐述了。也不是一句两句能说清楚的。在SensorManager类中定义了很多星体的重力加速度值。如表1-7
图 1-4 加速度传感器的轴
表1-7 SensorManager 类被定义的各新星体的重力加速度值
|
常量名
|
说明
|
实际的值
|
|
GRAVITY_DEATH_STAR_1 |
死亡星
|
3.5303614E-7 |
|
GRAVITY_EARTH
|
地球
|
9.80665 |
|
GRAVITY_JUPITER
|
木星 |
23.12 |
|
GRAVITY_MARS
|
火星 |
3.71 |
|
GRAVITY_MERCURY
|
水星 |
3.7 |
|
GRAVITY_MOON
|
月亮 |
1.6 |
|
GRAVITY_NEPTUNE
|
海王星 |
11.0 |
|
GRAVITY_PLUTO
|
冥王星 |
0.6 |
|
GRAVITY_SATURN
|
土星 |
8.96 |
|
GRAVITY_SUN
|
太阳 |
275.0 |
|
GRAVITY_THE_ISLAND
|
岛屿星 |
4.815162 |
|
GRAVITY_URANUS
|
天王星 |
8.69 |
|
GRAVITY_VENUS
|
金星 |
8.87 |
1.4.2 只想保留重力的影响的时候
通常，从加速度传感器取得的值，拿手机手机设备的人的手震动或则放在摇晃的场所的时候，受震动影响设备的值增幅变化是存在的。手的摇动、轻微震动的影响是属于长波形式，去掉这种长波干扰的影响，可以取得高精度的值。去掉这种长波这种过滤机能叫 Low-Pass Filter。
Low-Pass Filter的封装方法如下面所述。
・从抽样数据中取得中间的值的方法
・ 最近取得的加速度的值每个很少变化的方法
●从抽样数据中取得中间的值的方法
从抽样数据取得中间值的抽样代码如下 列表1-3所示。并且，抽样数为30来做的，根据封装的程序的用途和传感器的感度进行调整。
列表1-3 从抽样数据中取得中间值
package androidegg.stu.sensor;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import android.app.Activity;
import android.hardware.Sensor;
import android.hardware.SensorEvent;
import android.hardware.SensorEventListener;
import android.hardware.SensorManager;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;
public class AndroidEggSensorGetValueActivity extends Activity implements SensorEventListener{
/** Called when the activity is first created. */
private SensorManager sensorManager;
private static final int ELEMENT_COUNT = 30;
//Data
private float[] samplingX = new float[ELEMENT_COUNT]; //..................①
private float[] samplingY = new float[ELEMENT_COUNT];
private float[] samplingZ = new float[ELEMENT_COUNT];
private int position;
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
//SensorManagerのインスタンスを取得
sensorManager = (SensorManager)this.getSystemService(SENSOR_SERVICE);
setContentView(R.layout.main);
}
@Override
protected void onResume(){
super.onResume();
List sensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);
//sensor1
for (Sensor s : sensors){
sensorManager.registerListener(this,s,SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
}
}
//
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
// TODO Auto-generated method stub
}
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent e) {
if (position == ELEMENT_COUNT - 1){ //..................②
position =0;
}else{
position++;
}
float x = e.values[sensorManager.DATA_X];
float y = e.values[sensorManager.DATA_Y];
float z = e.values[sensorManager.DATA_Z];
samplingX[position] = x;
samplingY[position] = y;
samplingZ[position] = z;
TextView textX = (TextView)findViewById(R.id.x);
textX.setText("x:" + String.valueOf(getMedian(samplingX)));
TextView textY = (TextView)findViewById(R.id.y);
textY.setText("y:" + String.valueOf(getMedian(samplingY)));
TextView textZ = (TextView)findViewById(R.id.z);
textZ.setText("Z:" + String.valueOf(getMedian(samplingZ)));
}
private float getMedian(float[] values) { //..................③
// TODO Auto-generated method stub
float[] tmp = values.clone();
Arrays.sort(tmp);
int len = tmp.length;
int first = 0;
for (int i =0;i
first =i;
}
return tmp[(len - first)/2 + first];
}
//
@Override
protected void onStop(){
super.onStop();
sensorManager.unregisterListener(this);
}
}
运行结果如图1-5
重要注意点如下所示
①x，y,z 轴的各个保存用的数组定义
②抽样用的数据从数组的0开始的顺序保存，到第29个的时候再从0开始保存
③数组保存的值的中间值取得
最近取得的加速度的值每个很少变化的方法
例程如列表1-4。
并且，在例程中取得的值增加10%，封装的应用程序要根据传感器的感应度进行调整。
列表 1-4 最近取得的加速度的值每个很少变化的方法的例程
package androidegg.stu.sensor;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import android.app.Activity;
import android.hardware.Sensor;
import android.hardware.SensorEvent;
import android.hardware.SensorEventListener;
import android.hardware.SensorManager;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;
public class AndroidEggSensorGetValueActivity extends Activity implements SensorEventListener{
/** Called when the activity is first created. */
private SensorManager sensorManager;
//
private final float FILTERING_VALAUE = 0.1f;
private float lowX,lowY,lowZ; //..................①
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
//SensorManagerのインスタンスを取得
sensorManager = (SensorManager)this.getSystemService(SENSOR_SERVICE);
setContentView(R.layout.main);
}
@Override
protected void onResume(){
super.onResume();
List<Sensor> sensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);
//sensor1
for (Sensor s : sensors){
sensorManager.registerListener(this,s,SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
}
}
//
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
// TODO Auto-generated method stub
}
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent e) {
float x = e.values[sensorManager.DATA_X];
float y = e.values[sensorManager.DATA_Y];
float z = e.values[sensorManager.DATA_Z];
//
lowX = x * FILTERING_VALAUE + lowX * (1.0f - FILTERING_VALAUE); //..................②
lowY = y * FILTERING_VALAUE + lowY * (1.0f - FILTERING_VALAUE);
lowZ = z * FILTERING_VALAUE + lowZ * (1.0f - FILTERING_VALAUE);
TextView textX = (TextView)findViewById(R.id.x);
textX.setText("x:" + String.valueOf(lowX));
TextView textY = (TextView)findViewById(R.id.y);
textY.setText("y:" + String.valueOf(lowY));
TextView textZ = (TextView)findViewById(R.id.z);
textZ.setText("Z:" + String.valueOf(lowZ));
}
//
@Override
protected void onStop(){
super.onStop();
sensorManager.unregisterListener(this);
}
}
运行结果如图1-5-1
重要注意点如下所示
①Low-Pass Filter处理的值保存的变量的定义
②取得的传感器的值的10%加上上回取得的90%
1.4.3 瞬间加速度值的取得
例如类似计步器、作用力测定的应用开发的时候，很想检测出加速度急剧的变化。这个时候，和Low-Pass Filter处理相反，去掉短周波的影响，这样可以取得数据。像这种去掉短周波的影响的过滤器叫做High-pass filter。
High-pass filter的处理方法，如下面的例程列表1-5 代码所示：
列表1-5 瞬间加速度值的取得
package androidegg.stu.sensor;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import android.app.Activity;
import android.hardware.Sensor;
import android.hardware.SensorEvent;
import android.hardware.SensorEventListener;
import android.hardware.SensorManager;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;
public class AndroidEggSensorGetValueActivity extends Activity implements SensorEventListener{
/** Called when the activity is first created. */
private SensorManager sensorManager;
//
private final float FILTERING_VALAUE = 0.1f;
private float lowX,lowY,lowZ;
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
//SensorManager
sensorManager = (SensorManager)this.getSystemService(SENSOR_SERVICE);
setContentView(R.layout.main);
}
@Override
protected void onResume(){
super.onResume();
List<Sensor> sensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);
//sensor1
for (Sensor s : sensors){
sensorManager.registerListener(this,s,SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
}
}
//
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
// TODO Auto-generated method stub
}
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent e) {
float x = e.values[sensorManager.DATA_X];
float y = e.values[sensorManager.DATA_Y];
float z = e.values[sensorManager.DATA_Z];
//Low-Pass Filter
lowX = x * FILTERING_VALAUE + lowX * (1.0f - FILTERING_VALAUE);
lowY = y * FILTERING_VALAUE + lowY * (1.0f - FILTERING_VALAUE);
lowZ = z * FILTERING_VALAUE + lowZ * (1.0f - FILTERING_VALAUE);
//High-pass filter
float highX = x - lowX;
float highY = y - lowY;
float highZ = z - lowZ;
//output
TextView textX = (TextView)findViewById(R.id.x);
textX.setText("x:" + String.valueOf(highX));
TextView textY = (TextView)findViewById(R.id.y);
textY.setText("y:" + String.valueOf(highY));
TextView textZ = (TextView)findViewById(R.id.z);
textZ.setText("Z:" + String.valueOf(highZ));
}
//
@Override
protected void onStop(){
super.onStop();
sensorManager.unregisterListener(this);
}
}
运行结果如图1-5-2
1.4.4 加速度传感器运用实例
在这里，我们对Low-Pass Filter和High-pass filter实例进行说明。在实际的运用中在什么样的场合下如何使用这两个过滤器，通过例程我们进行很好的理解。程序列表1-6，列表1-7是摇晃手机表示图片的应用程序的代码（运行结果如图1-6）。在这个例程中作成ShakeActivity类和管理抽样数据的ValueHolder类。ShakeActivity类和ValueHolder类的关系如图1-7所示。
图1-6 摇动手机并表示图片的例程
列表1-6 摇动手机并表示图片的例程1
package com.mamezou.android.shake;
import java.util.Arrays;
public class ValueHolder { //..................①
private static final float BLANK = -999;
private int size;
private float[] values;
private int position = 0;
public ValueHolder(int size) {
this.size = size;
values = new float[size];
clear();
}
private void clear() {
Arrays.fill(values, BLANK);
}
public boolean add(float value) {
values[position] = value;
if(size -1 == position) {
position = 0;
return true;
}
position ++;
return false;
}
// 取得中间值的方法
public float getMedian() { //..................②
float[] tmp = values.clone();
Arrays.sort(tmp);
int len = tmp.length;
int first = 0;
for (int i = 0; i < len; i++) {
first = i;
if(tmp[i] != BLANK) break;
}
return tmp[(len - first) / 2 + first];
}
}
要点如下所示
①ValueHolder类管理用size指定的抽样数据
②返回保存的抽样数据的中间值。
| 列表1-6 摇动手机并表示图片的例程2 package com.mamezou.android.shake; 要点如下所示 ①对3个轴的High-pass filter的值，画像的阿尔法值进行操作。按照这样做，手机强烈摇动的时候Android画像被表示。High-pass filter处理对只是对手机倾斜，画面不被表示。只对手机进行摇动的时候画像才表示。 全部源码下载
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1.5 倾斜传感器
在加速度传感器的那一节里面Low-Pass Filter的处理和手机的倾斜大致意思我们应该能理解了。但是，到目前为止我们取得的形式不光是这些，作为角度来说，手机的倾斜度能取得到，这样我们处理起来就很方便了。在这种的场合的时候我们就使用倾斜传感器。
1.5.1 倾斜传感器能取到的值
在倾斜传感器中我们可以取到方位角(Azimuth)，倾斜角（Pitch），回转角（Roll）3个角度的值。下面就对这些值进行说明。
首先，方位角我们用文字的方式进行表示，北：0度，东：90度，南：180度，西：270度，如图1-8
图1-8 方位角
次之，作为设备倾斜角水平放置的时候，上下倾斜的角度从-180度开始到180度的范围的值都能取得到。设备若是向上的方向倾斜就减，相反向下方的倾斜就加。
图1-9 倾斜角
最后，作为回转角设备水平放置的时候，左右倾斜的角度从-90度开始到90度的范围的值都能取得到。设备若是向左的方向倾斜就加，相反右的方向倾斜就减。
图1-10 回转角
1.5.2 使用倾斜传感器的例程
列表1-8代码中描述了倾斜角和回转角的变化的处理。并且，在这个例程中生SurfaceView类中的子类然后进行图片的表示和回转处理。
列表1-8 倾斜角和回转角的变化画面对应回转处理的例程。
package com.mamezou.android.yajirobee;
import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.graphics.Canvas;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.hardware.Sensor;
import android.hardware.SensorEvent;
import android.hardware.SensorEventListener;
import android.hardware.SensorManager;
import android.view.SurfaceHolder;
import android.view.SurfaceView;
public class YajirobeeView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback, SensorEventListener {
// SurfaceHolder
private SurfaceHolder holder;
private Bitmap image;
private float positionX, positionY;
// SensorManager
private SensorManager sensorManager;
public YajirobeeView(Context context) {
super(context);
image = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.balance);
//create SurfaceHolder
holder=getHolder();
holder.addCallback(this);
holder.setFixedSize(getWidth(),getHeight());
}
@Override
public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
// Get SensorManager .....①
sensorManager = (SensorManager)getContext()
.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
// registerListene
sensorManager.registerListener(this,
sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ORIENTATION),
SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
//
positionX = (getWidth() - image.getWidth()) * 0.5f;
positionY = getHeight() * 0.5f - image.getHeight() * 1.5f;
}
@Override
public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
sensorManager.unregisterListener(this);
}
@Override
public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int w, int h) {
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
}
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent e) {
float azimuth = e.values[SensorManager.DATA_X];
float pitch = e.values[SensorManager.DATA_Y];
float roll = e.values[SensorManager.DATA_Z];
// lockCanvas
Canvas canvas = holder.lockCanvas();
//
if (canvas != null) {
canvas.drawColor(Color.WHITE);
Paint paint = new Paint();
paint.setStyle(Paint.Style.FILL);
paint.setColor(0xFF000000);
canvas.drawText("Azimuth:" + azimuth, 10, 10, paint);
canvas.drawText("Pitch:" + pitch, 10, 20, paint);
canvas.drawText("Roll:" + roll, 10, 30, paint);
float degree = roll;
if (pitch > 0) { //............................②
degree = 180f - degree;
}
canvas.rotate(degree,
positionX + image.getWidth() * 0.5f,
positionY + image.getHeight()); //.....③
canvas.drawBitmap(image, positionX, positionY, null);
}
// unlockCanvasAndPost
holder.unlockCanvasAndPost(canvas);
}
}