安卓传感器开发实验的准备¶

传感器是物联网感知层的核心组成部分，通过调用传感器，我们可以从环境中感知各种类型的信息。为了使读者更直观地理解传感器的功能与特点，设计了基于安卓手机的传感器调用实验使同学们能够有直观的感受，也为未来的开发打下基础。

总体上这部分的参考资料很多，建议大家多找不同的参考资料，其中最好的参考资料是Android提供的官方文档，内容都很详细。

基于传感器进行追踪，我们专门写了一个综述的论文，对现在的工作进行了总结，大家可以作为参考。论文如下：

Zhipeng Song,Zhichao Cao,Zhenjiang Li,Jiliang Wang,Yunhao Liu. Inertial Motion Tracking on Mobile and Wearable Devices: Recent Advancements and Challenges. Tsinghua Science and Technology, 2021, 26(5): 692-705.

1. 手机传感器¶

现代智能手机为了实现多样化的功能，往往配备了大量的传感器，本节先向大家简要介绍智能手机中常用的几种传感器

图. 智能手机中常见的传感器

1.1. 光线感应器（Ambient Light Sensor）¶

光线传感器根据环境入射光线调整手机屏幕的亮度。在明亮的户外，屏幕会自动调到最亮的状态；而当在黑暗环境里，屏幕亮度会相应降低。

1.2. 距离感应器（Proximity Sensor）¶

距离传感器由一个红外LED灯和一个红外辐射探测器组成。距离传感器位于手机听筒的附近，其工作原理是：红外LED灯发送红外光，经物体反射后，被红外辐射探测器接收，根据收发延时计算传感器到物体的距离。

1.3. 重力传感器¶

重力传感器，通过压电效应来实现。重力传感器内部包含一块重物和一块压电片。当传感器受到来自某一方向的压力，与压力方向正交的另外两个方向将产生一定电压。根据电压大小，即可计受力方向的压力大小。

1.4. 加速度传感器¶

加速度传感器的原理与重力传感器类似，当物体由加速度发生速度变化时，传感器由于惯性产生沿运动方向的压力，根据压力可以反推出加速度的大小。加速度传感器是多个维度测算的，主要测算一些瞬时加速或减速的动作。

1.5. 指纹传感器¶

指纹传感器的主要功能是实现指纹自动采集，市场上的指纹传感器主要分为两类：光学指纹传感器和半导体指纹传感器。前者利用光的折射和反射原理，根据反射光线的明暗还原手指表面凹凸不平的纹路；后者使用电容或电感元件，根据凹接触点和凸接触点电容/电感数值的不同，还原手指表面纹理。

1.6. 陀螺仪传感器（Gyroscope）¶

目前手机中常用的陀螺仪传感器是三轴陀螺仪，可追踪6个方向的位移变化。

1.7. 磁场传感器（MagneTIsm Sensor）¶

磁场传感器是利用磁阻来测量平面磁场，从而检测出磁场强度以及方向位置。一般用在常见的指南针或是地图导航中，帮助手机用户实现准确定位。

1.8. GPS位置传感器¶

GPS模块主要作用是通过天线来接收到卫星的坐标信息帮用户定位。

1.9. 气压传感器¶

当气压发生变化时，电阻或电容的测算数值都发生改变，根据这一特性，可以通过测算电阻或电容监测气压变化。根据感应元件不同，气压传感器可以分为变容式气压传感器和变阻式气压传感器。

1.10. 温度传感器¶

手机中常用的温度传感器是用于检测手机电池的温度变化，根据电池温度对手机工作模式进行调整。同时，利用手机的温度传感器也可以看出手机的发热程度。

1.11. 霍尔传感器¶

霍尔传感器与磁场传感器类似，霍尔传感器可以将变化的磁场转化为输出电压，从而在导体两端产生电势差。霍尔传感器常用于实现手机保护套功能，当合上保护套时手机会自动锁屏，打开保护套之后设备又会自动解锁。

2. 安卓传感器开发¶

Android系统提供了对传感器的支持，只要手机配备了相应的传感器硬件，我们就可以通过代码读取传感器的数值，从而获取手机外部的状态，例如手机的摆放状态、外界的磁场、温度和压力等等。

针对市场上常见的大部分传感器，Android系统都提供了相应的调用接口，因此对开发者来说，传感器开发十分简单：只需要注册监听器，接收回调的数据即可。下面以手机自带的加速度传感器为例，详细介绍传感器的开发步骤。

2.1 加速度传感器的开发与使用¶

第一步：获取传感器管理对象SensorManager 实例，SensorManager 是系统所有传感器的管理器，安卓中所有对传感的调用都要通过SensorManager 完成。

private final SensorManager mSensorManager;
// 在onCreate()中获取SensorManager实例
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    ...
    mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
    ...
}

利用SensorManager还可以搜索当前手机上安装的全部传感器列表：

List<Sensor> deviceSensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);

第二步：从SensorManager中获取传感器目标传感器实例(本例中为TYPE_ACCELEROMETER:加速度传感器)

private final Sensor mAccelerometer;
// 在onCreate()中获取SensorManager实例
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    ...
    mAccelerometer = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
    ...
}

除了可以加速度传感器之外，我们还可以用相同的方法获取其他类型的传感器，如：

Sensor.TYPE_ORIENTATION：方向传感器 Sensor.TYPE_GYROSCOPE：陀螺仪传感器 Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD：磁场传感器 Sensor.TYPE_GRAVITY：重力传感器 Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION：线性加速度传感器 Sensor.TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE：温度传感器 Sensor.TYPE_LIGHT：光传感器 Sensor.TYPE_PRESSURE：压力传感器

第三步: 为传感器注册监听器，监听传感器传回的数据。注意此处应该在onResume()函数中注册监听，因为onResume()函数调用后对应的Activity才会被切换到前台。过早注册监听器将使传感器过早的处于工作状态，既浪费电池电量，又可能造成传感器的竞争使用。

private final TestSensorListener mSensorListener;
// 在onCreate()中初始化监听器，监听器在第四步中重写
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    ...
    mSensorListener = new TestSensorListener();
    ...
}

// 在onResume()中注册监听器
@Override
protected void onResume() {
    super.onResume();
    mSensorManager.registerListener(mSensorListener, mAccelerometer, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
}

附上registerListener(SensorEventListener listener, Sensor sensor,int samplingPeriodUs)函数的三个参数说明：

listener：监听传感器时间的监听器，该监听器需要实现SensorEventListener接口

sensor：传感器对象

samplingPeriodUs：指定获取传感器频率，一共有如下几种：

SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST：最快，延迟最小，同时也最消耗资源，一般只有特别依赖传感器的应用使用该频率，否则不推荐。 SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME：适合游戏的频率，一般有实时性要求的应用适合使用这种频率。 SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL：正常频率，一般对实时性要求不高的应用适合使用这种频率。 SensorManager.SENSOR_DELAY_UI：适合普通应用的频率，这种模式比较省电，而且系统开销小，但延迟大，因此只适合普通小程序使用。

此外还需要注意，当Activity被停止或被切到后台时（即当onPause()被调用时），需要销毁之前注册的监听器，释放传感器资源。

@Override
protected void onPause() {
    super.onPause();
    // 注销监听函数
    mSensorManager.unregisterListener(mSensorListener);
}

第四步: 重写监听器，自定义回调函数，当传感器读数发生变化时将变化后的读数显示出来。传感器底层驱动所做的工作是读传感器芯片上的寄存器，因此onSensorChanged()函数的触发条件是传感器芯片寄存器中的数据发生变化。

class TestSensorListener implements SensorEventListener {
    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        // 读取加速度传感器数值，values数组0,1,2分别对应x,y,z轴的加速度
        Log.i(TAG, "onSensorChanged: " + event.values[0] + ", " + event.values[1] + ", " + event.values[2]);
    }

    @Override
    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        Log.i(TAG, "onAccuracyChanged");
    }

}

加速度传感器实验程序的运行结果如下图所示，可以发现沿垂直地心方向总是存在一个重力加速度。

图. 加速度传感器实验效果