Pro Android学习笔记（一五四）：传感器（4）：陀螺仪、加速传感器

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陀螺仪

陀螺仪（Gyroscope sensor）测量设备转动的角速度。最早的陀螺仪发明在中国，科学应用则在西方，陀螺仪是为士大夫坐轿子看书是免收烛光摇曳发明的，这在很久之前一部西方拍的科教片看到，具体名字忘了。Pro Android 4.0中说陀螺仪的误差会慢慢积累，因此通与加速传感器一致使用，通过Kalman
filter进行修正。我们只简单地进行陀螺仪数据的读取。小例子和之前的很相似，我们只提供不同部分的代码片段。

public class GyroscopeSensorActivity extends Activity implements SensorEventListener{ 

    ……      

    @Override 

    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  

        …… 

        sensorManager = (SensorManager)getSystemService(SENSOR_SERVICE); 

        sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE); 

    } 

    

    …… //注册和注销传感器的监听器

   @Override 

    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {  …  }

    @Override  /* 对于陀螺仪，测量的是x、y、z三个轴向的角速度，分别从values[0]、values[1]、values[2]中读取，单位为弧度/秒。*/
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) { 

        if(event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_GYROSCOPE)

            showInfo("事件：" + " x:" + event.values[0] + " y:" + event.values[1]  + " z:" + event.values[2]);

    } 

    

    //在华为P6的机器上，陀螺仪非常敏感，平放在桌面，由于电脑照成的轻微震动在不断地刷屏，为了避免写UI造成的性能问题，只写Log。

    private void showInfo(String info){ 

        //tv.append("\n" + info); 

        Log.d("陀螺仪",info); 

    } 

}

加速度传感器（acceleration）

加速度测量传感器有x、y、z三轴，注意和2D屏幕的坐标，以左上角作为原点的，而且Y向下。注意区分这两个不同的坐标系。

加速传感器的单位是加速度m/s²。如果手机平放好，x，y在位置为0，而z轴方向加速度=当前z方向加速度-g。由于g（重力加速度）垂直向下，则g=-9.81m/s²，即z轴 a=0-(-9.81)=9.81m/s²。也就是自由落体是为0。x、y、z的测量的加速度分别位于value[0]、value[1]、value[2]。

相关的代码和前面大同小异，我们就不再重复，传感器类型为Sensor.TYPE_ACCELEROMETER。减去重力这很重要，当设备静止或者匀速运动时，可以获得设备的角度。

我记得至少两年前，单位请一互联网专家讲课，提到了AR（增强现实），问靠什么传感器，其答案为陀螺仪，这是不对的，陀螺仪可以测量运动过程中的角速度，但要测量手机本身的角度，这靠的是加速仪器，因为有重力方向作为校准。

Android也提供了检测手机旋转角度的API，用于UI绘制，实际靠的就是加速传感器。

WindowManager window = (WindowManager)getSystemService(WINDOW_SERVICE); 
//返回值为Surface.ROTATION_0（0）、Surface.ROTATION_90（1）、Surface.ROTATION_180（2）和Surface.ROTATION_270（3），可以用来确定屏幕UI的旋转方向。注意：需要开启“自动旋转”才能有效检查，否则均为Surface.ROTATION_0（手机以竖屏为主，一般都会0，但不保证都如此）。不是所以的手机都能检测到这4个值，例如我的P6，没有Surface.ROTATION_180，即UI不支持倒过来，如果有某个数值不支持，通过getRotation()获取的数值可能并不准确，仍以P6为例，如果我们顺时针转90°，得到Surface.ROTATION_90，继续顺时针转至180°，无检测新数值，仍未Surface.ROTATION_90，再继续顺时针转90°（至270°），仍显示为Surface.ROTATION_90，而非Surface.ROTATION_270。

int rotation = window.getDefaultDisplay().getRotation(); //在Android2.2之前，为Display.getOrientation()，如果出现API和SDK 的API level相关，可通过Build.VERSION.SDK_INT获得。

我们将手机平放在桌子上，通过加速度测量仪的x、y、z轴的数值，x、y为0，z为g，可以进行判断，但是我们并不知道具体的朝向，平放是朝南还是向北，这需要地磁感应器，将在后面介绍。

下面的小例子，我们将对加速度测量仪的x，y，z数值进行修正处理，减去重力加速度，得到我们这个惯性系的加速度，并根据设备的Y轴与垂直地面方向（重力反方向）的夹角。相关的代码片段如下：

……

private float[] gravity = new float[3];   //重力在设备x、y、z轴上的分量

private float[] motion = new float[3];  //过滤掉重力后，加速度在x、y、z上的分量
private double ratioY; 

private double angle; 

private int counter = 1; 

@Override 

public void onSensorChanged(SensorEvent event) {  

    for(int i = 0 ; i < 3; i ++){ 

        /* accelermeter是很敏感的，看之前小例子的log就知道。因为重力是恒力，我们移动设备，它的变化不会太快，不象摇晃手机这样的外力那样突然。因此通过low-pass filter对重力进行过滤。这个低通滤波器的权重，我们使用了0.1和0.9，当然也可以设置为0.2和0.8。 */

        gravity[i] = (float) (0.1 * event.values[i] + 0.9 * gravity[i]); 

        motion[i] = event.values[i] - gravity[i]; 

    } 

    

    //计算重力在Y轴方向的量，即G*cos(α) 

    ratioY = gravity[1]/SensorManager.GRAVITY_EARTH; 

    if(ratioY > 1.0) 

        ratioY = 1.0; 

    if(ratioY < -1.0) 

        ratioY = -1.0; 

    //获得α的值，根据z轴的方向修正其正负值。 
    angle = Math.toDegrees(Math.acos(ratioY)); 

    if(gravity[2] < 0) 

        angle = - angle; 

    

    //避免频繁扫屏，每10次变化显示一次值 

    if(counter ++ % 10 == 0){ 

        tv.setText("Raw Values : \n" 

                +  "   x,y,z = "+ event.values[0] + "," + event.values[1] + "," + event.values[2] + "\n"

                +  "Gravity values : \n" 

                +  "   x,y,z = "+ gravity[0] + "," + gravity[1] + "," + gravity[2] + "\n"

                +  "Motion values : \n" 

                +  "   x,y,z = "+ motion[0] + "," + motion[1] + "," + motion[2] + "\n"

                +  "Y轴角度 :" + angle    ); 

        tv.invalidate(); 

        counter = 1; 

    }     

} 

……

motion[3]是过滤重力后的数值，如果各值如果非常接近0，表示设备没有被移动。