Android

平臺支持很多監測設備運動的傳感器。其中有兩個傳感器一定是基于硬件的(加速度計和陀螺儀)，有三個可能基于硬件或軟件(重力計、線性加速計和旋轉向量傳感器)。

比如，某些設備的軟傳感器利用加速度計和磁力計來報送數據，而其它一些設備可能用陀螺儀來報送數據。 大部分 Android

平臺的設備都帶有加速計，有很多現在還帶有陀螺儀。軟傳感器的可用性變數更大一些，因為它們常常依靠一個以上硬件傳感器來報送數據。

運動傳感器對于監測設備的移動非常有用，諸如傾斜、震動、旋轉、搖擺等。

這些動作通常是直觀反映了用戶的輸入(比如用戶在游戲中操縱汽車或者運球)，但也可能反映了設備所處的物理環境變化(比如你在開車，設備也隨著移動)。

在第一種場合中，你監測的運動是以設備或應用為參照系；而在第二種場合，運動是以地球為參照系的。

一般情況下，運動傳感器不是用來監測設備的方位的，但它們可以與其他傳感器合作使用，比如地磁傳感器，用于檢測設備的在地球參照系中的方位(詳見

方位傳感器)

所有的運動傳感器都會在 float 數組的方式在參數中返回。表

1 列出了 Android 平臺支持的所有運動傳感器：

表 1.. Android 平臺支持的運動傳感器。

傳感器

傳感器事件數據

說明

測量單位

SensorEvent.values[0]

沿 x 軸的加速度(包括重力)。

m/s2

SensorEvent.values[1]

沿 y 軸的加速度(包括重力)。

SensorEvent.values[2]

沿 z 軸的加速度(包括重力)。

SensorEvent.values[0]

沿 x 軸的重力加速度。

m/s2

SensorEvent.values[1]

沿 y 軸的重力加速度。

SensorEvent.values[2]

沿 z 軸的重力加速度。

SensorEvent.values[0]

圍繞 x 軸的旋轉角速度。

rad/s

SensorEvent.values[1]

圍繞 y 軸的旋轉角速度。

SensorEvent.values[2]

圍繞 z 軸的旋轉角速度。

SensorEvent.values[0]]

沿 x 軸的加速度(不包括重力)。

m/s2

SensorEvent.values[1]

沿 y 軸的加速度(不包括重力)。

SensorEvent.values[2]

沿 z 軸的加速度(不包括重力)。

SensorEvent.values[0]]

旋轉向量沿 x 軸的部分(x * sin(θ/2))。

無無

SensorEvent.values[1]

旋轉向量沿 y 軸的部分(y * sin(θ/2))。

SensorEvent.values[2]]

旋轉向量沿 z 軸的部分(z * sin(θ/2))。

SensorEvent.values[3]]

旋轉向量的數值部分((cos(θ/2))1。

1 數值部分是可選的。

檢測和監視運動最常用的就是旋轉向量傳感器和重力傳感器。

旋轉向量傳感器尤為強大，在有關運動的任務中用途十分廣泛，諸如檢測手勢、監測角度變化、監測相對方位的變化。

比如，如果你正在開發游戲、增強現實(Augmented

Reality)應用、二維或三維羅盤、相機防抖應用，那么旋轉向量傳感器將十分有用。

在大多數場合，使用這兩個傳感器要比加速度計、磁力傳感器和方向傳感器更加合適。

Android 開源項目傳感器

Android 開源項目(AOSP)提供了三種基于軟件的運動傳感器：重力傳感器、線性加速度傳感器和旋轉向量傳感器。

Android 4.0 中對這三種傳感器進行了升級，目前利用陀螺儀(除了其它傳感器)來增加穩定性和提高性能。

如果你想試試這些傳感器，你可以用 備選傳感器，所以必須用 vendor 和版本號來識別它們。

比如，如果設備制造商已經提供了重力傳感器，則 AOSP 重力傳感器會顯示為備選傳感器。

這三個傳感器都依賴于陀螺儀：如果設備未提供陀螺儀，則它們都不會顯示出來，也無法使用。

加速度傳感器測量設備的加速度，包括重力加速度。以下代碼展示了如何獲取缺省的加速度傳感器的一個實例：

privateSensorManagermSensorManager;privateSensormSensor;...mSensorManager=(SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

從概念上說，加速度傳感器通過測量施于傳感器上的作用力，并按以下關系來檢測設備的加速度(Ad)。

Ad = - ∑Fs / mass

然而，重力總是會按以下關系影響測量的精度。

Ad = -g - ∑F / mass

因此，如果設備是平放在桌子上的(沒有加速度)，加速度計會讀到g = 9.81 m/s2。

同理，設備在自由落體或以 9.81 m/s2 的加速度墜向地面時，加速度計會讀到 g = 0

m/s2。 因此，要測出設備真實的加速度，必須排除加速計數據中的重力干擾。這可以通過高通濾波器來實現。

反之，低通濾波器則可以用于分離出重力加速度值。以下例程展示了它們的用法：

publicvoidonSensorChanged(SensorEventevent){// 在本例中，alpha 由 t / (t + dT)計算得來，// 其中 t 是低通濾波器的時間常數，dT 是事件報送頻率finalfloatalpha=0.8;// 用低通濾波器分離出重力加速度gravity[0]=alpha*gravity[0]+(1-alpha)*event.values[0];gravity[1]=alpha*gravity[1]+(1-alpha)*event.values[1];gravity[2]=alpha*gravity[2]+(1-alpha)*event.values[2];// 用高通濾波器剔除重力干擾linear_acceleration[0]=event.values[0]-gravity[0];linear_acceleration[1]=event.values[1]-gravity[1];linear_acceleration[2]=event.values[2]-gravity[2];}

注意： 你可以使用很多技術來過濾傳感器數據。

以上例程只是使用了過濾器常量(alpha)來創建一個低通濾波器。

這個過濾器常量是由時間常量(t)和傳感器事件報送頻率(dt)推導出來的，t 大致等于過濾器觸發傳感器事件的間隔時間。

為了演示，此例程使用 0.8 作為 alpha 的值。如果你要用這個過濾方法，你可能需選用其它的 alpha 值。

加速計使用了標準的傳感器 坐標系 。這意味著，設備以原始方位平放在桌子上時，會發生以下狀況：

如果你從左側平推設備(它向右移)，則 x 方向加速度為正值。

如果你從下側平推設備(它向前移)，則 y 方向加速度為正值。

如果以 A m/s2的加速度向空中移動設備，則 z 方向加速度等于 A + 9.81，即設備加速度(+A

m/s2)減去重力加速度(-9.81 m/s2)。

靜止設備的加速度值為 +9.81，即設備加速度(0 m/s2)減去重力加速度(-9.81

m/s2)。

一般情況下，加速度計已足夠應付對設備移動情況的監測。幾乎所有 Android

平臺的手持和桌面終端都帶有加速度計，它的能耗比其它運動傳感器要少10倍。

不過它有一個缺點，就是你不得不實現低通和高通濾波器，以消除重力影響并減少噪聲數據。

Android SDK 給出了一個應用示例，展示了加速度傳感器的使用方法( Accelerometer Play )。

重力傳感器能以三維向量的方式提供重力方向和數量值。以下代碼展示了如何獲取缺省的重力傳感器的一個實例：

privateSensorManagermSensorManager;privateSensormSensor;...mSensorManager=(SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GRAVITY);

單位與加速度傳感器的一樣(m/s2)，坐標系也相同。

注意： 當設備靜止時，重力傳感器的輸出應該與加速度計相同。

陀螺儀測量設備圍繞 x、y、z 軸旋轉的速率，單位是 rad/s。以下代碼展示了如何獲取缺省的陀螺儀的一個實例：

privateSensorManagermSensorManager;privateSensormSensor;...mSensorManager=(SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE);

陀螺儀的 坐標系 與加速度傳感器的相同。逆時針方向旋轉用正值表示，也就是說，從 x、y、z

軸的正向位置觀看處于原始方位的設備，如果設備逆時針旋轉，將會收到正值。

這是標準的數學意義上的正向旋轉定義，而與方向傳感器定義的轉動不同。

通常，陀螺儀的輸出反映了轉動時的角度變化速率。例如：

// 創建常量，把納秒轉換為秒。privatestaticfinalfloatNS2S=1.0f/1000000000.0f;privatefinalfloat[]deltaRotationVector=newfloat[4]();privatefloattimestamp;publicvoidonSensorChanged(SensorEventevent){// 根據陀螺儀采樣數據計算出此次時間間隔的偏移量后，它將與當前旋轉向量相乘。if(timestamp!=0){finalfloatdT=(event.timestamp-timestamp)*NS2S;// 未規格化的旋轉向量坐標值，。floataxisX=event.values[0];floataxisY=event.values[1];floataxisZ=event.values[2];// 計算角速度floatomegaMagnitude=sqrt(axisX*axisX+axisY*axisY+axisZ*axisZ);// 如果旋轉向量偏移值足夠大，可以獲得坐標值，則規格化旋轉向量// (也就是說，EPSILON 為計算偏移量的起步值。小于該值的偏移視為誤差，不予計算。)if(omegaMagnitude>EPSILON){axisX/=omegaMagnitude;axisY/=omegaMagnitude;axisZ/=omegaMagnitude;}// 為了得到此次取樣間隔的旋轉偏移量，需要把圍繞坐標軸旋轉的角速度與時間間隔合并表示。// 在轉換為旋轉矩陣之前，我們要把圍繞坐標軸旋轉的角度表示為四元組。floatthetaOverTwo=omegaMagnitude*dT/2.0f;floatsinThetaOverTwo=sin(thetaOverTwo);floatcosThetaOverTwo=cos(thetaOverTwo);deltaRotationVector[0]=sinThetaOverTwo*axisX;deltaRotationVector[1]=sinThetaOverTwo*axisY;deltaRotationVector[2]=sinThetaOverTwo*axisZ;deltaRotationVector[3]=cosThetaOverTwo;}timestamp=event.timestamp;float[]deltaRotationMatrix=newfloat[9];SensorManager.getRotationMatrixFromVector(deltaRotationMatrix,deltaRotationVector);// 為了得到旋轉后的向量，用戶代碼應該把我們計算出來的偏移量與當前向量疊加。// rotationCurrent = rotationCurrent * deltaRotationMatrix;}}

標準的陀螺儀能夠提供未經過濾的原始旋轉數據，或是經過噪聲及漂移修正的數據。

實際生活中，陀螺儀的噪聲和漂移都會引入誤差，這是需要補償的。

通常你要利用其它傳感器來確定漂移和噪聲值，比如重力傳感器或加速計。

線性加速度傳感器能向你提供一個三維向量，表示延著三個坐標軸方向的加速度，但不包括重力加速度。

以下代碼展示了如何獲取缺省的線性加速度傳感器的一個實例：

privateSensorManagermSensorManager;privateSensormSensor;...mSensorManager=(SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION);

理論上說，這個傳感器基于以下公式給出加速度數據：

線性加速度 = 加速度 - 重力加速度

這個傳感器的典型應用是獲取去除了重力干擾的加速度數據。比如，你可以用這個傳感器來獲取汽車加速度。

線性加速度傳感器總是會有些偏差，你需要把這個偏差值抵消掉。最簡單的消除方式就是在你的應用中增加一個校準的環節。

在校準過程中，你可以要求用戶先把設備放在桌子上，再來讀取三個坐標軸的偏差值。

然后你就可以從傳感器的讀數中減去這個偏差值，以獲取真實的線性加速度。

傳感器 坐標系 與加速度傳感器使用的相同，單位也一樣(m/s2)。

旋轉向量代表了設備的方位，由角度和坐標軸信息組成，包含了設備圍繞坐標軸(x、y、z)旋轉的角度θ。

以下代碼展示了如何獲取缺省的旋轉向量傳感器的一個實例：

privateSensorManagermSensorManager;privateSensormSensor;...mSensorManager=(SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR);

旋轉向量的三個元素用以下方式表示：

x*sin(θ/2)

y*sin(θ/2)

z*sin(θ/2)

旋轉向量的大小等于 sin(θ/2)，方向等于旋轉軸的方向。

圖 1. 旋轉向量傳感器的坐標系。

旋轉向量的三個元素等于四元組的后三個部分(cos(θ/2)、x*sin(θ/2)、y*sin(θ/2)、z*sin(θ/2))，沒有單位。

x、y、z 軸的定義與加速度傳感器的相同。坐標參照系定義為直接正交基(參見圖 1)。 這個坐標系具有以下特點：

X 定義為向量積 Y x Z。它是以設備當前位置為切點的地球切線，方向朝東。

Y 是以設備當前位置為切點的地球切線，指向地磁北極。

Z 與地平面垂直，指向天空。

Android SDK 提供了一個示例應用，展示了旋轉向量傳感器的使用方法。 示例應用在 API Demos 中(

OS - RotationVectorDemo )。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的android传感器获取运动方向,Android开发者指南-运动传感器Motion Sensor[原创译文]...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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