Android

平台支持很多监测设备运动的传感器。其中有两个传感器一定是基于硬件的(加速度计和陀螺仪)，有三个可能基于硬件或软件(重力计、线性加速计和旋转向量传感器)。

比如，某些设备的软传感器利用加速度计和磁力计来报送数据，而其它一些设备可能用陀螺仪来报送数据。 大部分 Android

平台的设备都带有加速计，有很多现在还带有陀螺仪。软传感器的可用性变数更大一些，因为它们常常依靠一个以上硬件传感器来报送数据。

运动传感器对于监测设备的移动非常有用，诸如倾斜、震动、旋转、摇摆等。

这些动作通常是直观反映了用户的输入(比如用户在游戏中操纵汽车或者运球)，但也可能反映了设备所处的物理环境变化(比如你在开车，设备也随着移动)。

在第一种场合中，你监测的运动是以设备或应用为参照系；而在第二种场合，运动是以地球为参照系的。

一般情况下，运动传感器不是用来监测设备的方位的，但它们可以与其他传感器合作使用，比如地磁传感器，用于检测设备的在地球参照系中的方位(详见

方位传感器)

所有的运动传感器都会在 float 数组的方式在参数中返回。表

1 列出了 Android 平台支持的所有运动传感器：

表 1.. Android 平台支持的运动传感器。

传感器

传感器事件数据

说明

测量单位

SensorEvent.values[0]

沿 x 轴的加速度(包括重力)。

m/s2

SensorEvent.values[1]

沿 y 轴的加速度(包括重力)。

SensorEvent.values[2]

沿 z 轴的加速度(包括重力)。

SensorEvent.values[0]

沿 x 轴的重力加速度。

m/s2

SensorEvent.values[1]

沿 y 轴的重力加速度。

SensorEvent.values[2]

沿 z 轴的重力加速度。

SensorEvent.values[0]

围绕 x 轴的旋转角速度。

rad/s

SensorEvent.values[1]

围绕 y 轴的旋转角速度。

SensorEvent.values[2]

围绕 z 轴的旋转角速度。

SensorEvent.values[0]]

沿 x 轴的加速度(不包括重力)。

m/s2

SensorEvent.values[1]

沿 y 轴的加速度(不包括重力)。

SensorEvent.values[2]

沿 z 轴的加速度(不包括重力)。

SensorEvent.values[0]]

旋转向量沿 x 轴的部分(x * sin(θ/2))。

无无

SensorEvent.values[1]

旋转向量沿 y 轴的部分(y * sin(θ/2))。

SensorEvent.values[2]]

旋转向量沿 z 轴的部分(z * sin(θ/2))。

SensorEvent.values[3]]

旋转向量的数值部分((cos(θ/2))1。

1 数值部分是可选的。

检测和监视运动最常用的就是旋转向量传感器和重力传感器。

旋转向量传感器尤为强大，在有关运动的任务中用途十分广泛，诸如检测手势、监测角度变化、监测相对方位的变化。

比如，如果你正在开发游戏、增强现实(Augmented

Reality)应用、二维或三维罗盘、相机防抖应用，那么旋转向量传感器将十分有用。

在大多数场合，使用这两个传感器要比加速度计、磁力传感器和方向传感器更加合适。

Android 开源项目传感器

Android 开源项目(AOSP)提供了三种基于软件的运动传感器：重力传感器、线性加速度传感器和旋转向量传感器。

Android 4.0 中对这三种传感器进行了升级，目前利用陀螺仪(除了其它传感器)来增加稳定性和提高性能。

如果你想试试这些传感器，你可以用 备选传感器，所以必须用 vendor 和版本号来识别它们。

比如，如果设备制造商已经提供了重力传感器，则 AOSP 重力传感器会显示为备选传感器。

这三个传感器都依赖于陀螺仪：如果设备未提供陀螺仪，则它们都不会显示出来，也无法使用。

加速度传感器测量设备的加速度，包括重力加速度。以下代码展示了如何获取缺省的加速度传感器的一个实例：

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

从概念上说，加速度传感器通过测量施于传感器上的作用力，并按以下关系来检测设备的加速度(Ad)。

Ad = - ∑Fs / mass

然而，重力总是会按以下关系影响测量的精度。

Ad = -g - ∑F / mass

因此，如果设备是平放在桌子上的(没有加速度)，加速度计会读到g = 9.81 m/s2。

同理，设备在自由落体或以 9.81 m/s2 的加速度坠向地面时，加速度计会读到 g = 0

m/s2。 因此，要测出设备真实的加速度，必须排除加速计数据中的重力干扰。这可以通过高通滤波器来实现。

反之，低通滤波器则可以用于分离出重力加速度值。以下例程展示了它们的用法：

publicvoidonSensorChanged(SensorEventevent){// 在本例中，alpha 由 t / (t + dT)计算得来，// 其中 t 是低通滤波器的时间常数，dT 是事件报送频率finalfloatalpha=0.8;// 用低通滤波器分离出重力加速度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];// 用高通滤波器剔除重力干扰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： 你可以使用很多技术来过滤传感器数据。

以上例程只是使用了过滤器常量(alpha)来创建一个低通滤波器。

这个过滤器常量是由时间常量(t)和传感器事件报送频率(dt)推导出来的，t 大致等于过滤器触发传感器事件的间隔时间。

为了演示，此例程使用 0.8 作为 alpha 的值。如果你要用这个过滤方法，你可能需选用其它的 alpha 值。

加速计使用了标准的传感器 坐标系 。这意味着，设备以原始方位平放在桌子上时，会发生以下状况：

如果你从左侧平推设备(它向右移)，则 x 方向加速度为正值。

如果你从下侧平推设备(它向前移)，则 y 方向加速度为正值。

如果以 A m/s2的加速度向空中移动设备，则 z 方向加速度等于 A + 9.81，即设备加速度(+A

m/s2)减去重力加速度(-9.81 m/s2)。

静止设备的加速度值为 +9.81，即设备加速度(0 m/s2)减去重力加速度(-9.81

m/s2)。

一般情况下，加速度计已足够应付对设备移动情况的监测。几乎所有 Android

平台的手持和桌面终端都带有加速度计，它的能耗比其它运动传感器要少10倍。

不过它有一个缺点，就是你不得不实现低通和高通滤波器，以消除重力影响并减少噪声数据。

Android SDK 给出了一个应用示例，展示了加速度传感器的使用方法( Accelerometer Play )。

重力传感器能以三维向量的方式提供重力方向和数量值。以下代码展示了如何获取缺省的重力传感器的一个实例：

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

单位与加速度传感器的一样(m/s2)，坐标系也相同。

注意： 当设备静止时，重力传感器的输出应该与加速度计相同。

陀螺仪测量设备围绕 x、y、z 轴旋转的速率，单位是 rad/s。以下代码展示了如何获取缺省的陀螺仪的一个实例：

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

陀螺仪的 坐标系 与加速度传感器的相同。逆时针方向旋转用正值表示，也就是说，从 x、y、z

轴的正向位置观看处于原始方位的设备，如果设备逆时针旋转，将会收到正值。

这是标准的数学意义上的正向旋转定义，而与方向传感器定义的转动不同。

通常，陀螺仪的输出反映了转动时的角度变化速率。例如：

// 创建常量，把纳秒转换为秒。privatestaticfinalfloatNS2S=1.0f/1000000000.0f;privatefinalfloat[]deltaRotationVector=newfloat[4]();privatefloattimestamp;publicvoidonSensorChanged(SensorEventevent){// 根据陀螺仪采样数据计算出此次时间间隔的偏移量后，它将与当前旋转向量相乘。if(timestamp!=0){finalfloatdT=(event.timestamp-timestamp)*NS2S;// 未规格化的旋转向量坐标值，。floataxisX=event.values[0];floataxisY=event.values[1];floataxisZ=event.values[2];// 计算角速度floatomegaMagnitude=sqrt(axisX*axisX+axisY*axisY+axisZ*axisZ);// 如果旋转向量偏移值足够大，可以获得坐标值，则规格化旋转向量// (也就是说，EPSILON 为计算偏移量的起步值。小于该值的偏移视为误差，不予计算。)if(omegaMagnitude>EPSILON){axisX/=omegaMagnitude;axisY/=omegaMagnitude;axisZ/=omegaMagnitude;}// 为了得到此次取样间隔的旋转偏移量，需要把围绕坐标轴旋转的角速度与时间间隔合并表示。// 在转换为旋转矩阵之前，我们要把围绕坐标轴旋转的角度表示为四元组。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);// 为了得到旋转后的向量，用户代码应该把我们计算出来的偏移量与当前向量叠加。// rotationCurrent = rotationCurrent * deltaRotationMatrix;}}

标准的陀螺仪能够提供未经过滤的原始旋转数据，或是经过噪声及漂移修正的数据。

实际生活中，陀螺仪的噪声和漂移都会引入误差，这是需要补偿的。

通常你要利用其它传感器来确定漂移和噪声值，比如重力传感器或加速计。

线性加速度传感器能向你提供一个三维向量，表示延着三个坐标轴方向的加速度，但不包括重力加速度。

以下代码展示了如何获取缺省的线性加速度传感器的一个实例：

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

理论上说，这个传感器基于以下公式给出加速度数据：

线性加速度 = 加速度 - 重力加速度

这个传感器的典型应用是获取去除了重力干扰的加速度数据。比如，你可以用这个传感器来获取汽车加速度。

线性加速度传感器总是会有些偏差，你需要把这个偏差值抵消掉。最简单的消除方式就是在你的应用中增加一个校准的环节。

在校准过程中，你可以要求用户先把设备放在桌子上，再来读取三个坐标轴的偏差值。

然后你就可以从传感器的读数中减去这个偏差值，以获取真实的线性加速度。

传感器 坐标系 与加速度传感器使用的相同，单位也一样(m/s2)。

旋转向量代表了设备的方位，由角度和坐标轴信息组成，包含了设备围绕坐标轴(x、y、z)旋转的角度θ。

以下代码展示了如何获取缺省的旋转向量传感器的一个实例：

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

旋转向量的三个元素用以下方式表示：

x*sin(θ/2)

y*sin(θ/2)

z*sin(θ/2)

旋转向量的大小等于 sin(θ/2)，方向等于旋转轴的方向。

图 1. 旋转向量传感器的坐标系。

旋转向量的三个元素等于四元组的后三个部分(cos(θ/2)、x*sin(θ/2)、y*sin(θ/2)、z*sin(θ/2))，没有单位。

x、y、z 轴的定义与加速度传感器的相同。坐标参照系定义为直接正交基(参见图 1)。 这个坐标系具有以下特点：

X 定义为向量积 Y x Z。它是以设备当前位置为切点的地球切线，方向朝东。

Y 是以设备当前位置为切点的地球切线，指向地磁北极。

Z 与地平面垂直，指向天空。

Android SDK 提供了一个示例应用，展示了旋转向量传感器的使用方法。 示例应用在 API Demos 中(

OS - RotationVectorDemo )。