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位置传感器

Android 平台提供以下两种传感器,以帮助您确定设备的位置:地磁场传感器和加速度计。Android 平台还提供一种传感器,可帮助您确定设备表面与物体的邻近程度(名为近程传感器)。地磁场传感器和近程传感器均基于硬件。大部分手机和平板电脑制造商都在其设备中内置地磁场传感器。同样,手机制造商通常还会在其设备中内置近程传感器,以确定手机与用户脸部的靠近程度(例如,在手机通话期间)。您可以使用设备加速度计和地磁场传感器的读数,确定设备的屏幕方向。

注意:Android 2.2(API 级别 8)已弃用方向传感器,Android 4.4W(API 级别 20)已弃用方向传感器类型。

位置传感器对于确定设备在世界参照系中的物理位置很有用。例如,您可以结合使用地磁场传感器和加速度计来确定设备相对于磁北极点的位置。您还可以使用这两种传感器,在应用的参照系中确定设备的屏幕方向。位置传感器通常不会用于监测设备的移动或运动情况,例如晃动、倾斜,或冲击(详情请参阅运动传感器)。

地磁场传感器和加速度计会为每个 SensorEvent 返回传感器值的多维数组。例如,地磁场传感器提供单个传感器事件中所有三个坐标轴的地磁场强度值。同样,加速度计传感器测量传感器事件中施加到设备的加速度。如需了解有关传感器所用坐标系的详细信息,请参阅传感器坐标系。近程传感器会为每个传感器事件提供一个值。表 1 总结了 Android 平台支持的位置传感器。

表 1. Android 平台支持的位置传感器。

传感器 传感器事件数据 说明 度量单位
TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的旋转矢量分量 (x * sin(θ/2))。 无单位
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的旋转矢量分量 (y * sin(θ/2))。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的旋转矢量分量 (z * sin(θ/2))。
TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的旋转矢量分量 (x * sin(θ/2))。 无单位
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的旋转矢量分量 (y * sin(θ/2))。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的旋转矢量分量 (z * sin(θ/2))。
TYPE_MAGNETIC_FIELD SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的地磁场强度。 微特斯拉
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的地磁场强度。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的地磁场强度。
TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的地磁场强度(无硬铁校准功能)。 微特斯拉
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的地磁场强度(无硬铁校准功能)。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的地磁场强度(无硬铁校准功能)。
SensorEvent.values[3] 沿 x 轴的铁偏差估算。
SensorEvent.values[4] 沿 y 轴的铁偏差估算。
SensorEvent.values[5] 沿 z 轴的铁偏差估算。
TYPE_ORIENTATION1 SensorEvent.values[0] 方位角(绕 z 轴的角度)。
SensorEvent.values[1] 俯仰角(绕 x 轴的角度)。
SensorEvent.values[2] 倾侧角(绕 y 轴的角度)。
TYPE_PROXIMITY SensorEvent.values[0] 与物体的距离。2 厘米

1Android 2.2(API 级别 8)已弃用此传感器,Android 4.4W(API 级别 20)已弃用此传感器类型。传感器框架提供用于获取设备屏幕方向的备用方法,计算设备的屏幕方向对此有所阐述。

2 某些近程传感器只提供二进制值来表示远和近。

使用游戏旋转矢量传感器

除了不使用地磁场,游戏旋转矢量传感器与旋转矢量传感器完全相同。因此,Y 轴不会指向北方,而会指向其他参照。当陀螺仪绕 Z 轴漂移时,该参照可以漂移相同的数量级。

游戏旋转矢量传感器不使用磁场,因此相对旋转更准确,且不受磁场变化的影响。如果您不在意北方在哪里,并且由于依赖磁场,正常旋转矢量不符合您的需求,则请在游戏中使用此传感器。

以下代码展示如何获取默认游戏旋转矢量传感器的实例:

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR);

使用地磁旋转矢量传感器

地磁旋转矢量传感器与旋转矢量传感器类似,但前者使用磁力计而非陀螺仪。此传感器的精度比普通旋转矢量传感器低,但能耗也有所降低。如果您希望在不消耗过多电量的情况下收集后台中的某些旋转信息,则可以仅使用此传感器。与批处理结合使用时,此传感器最为有用。

以下代码展示如何获取默认地磁旋转矢量传感器的实例:

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR);

计算设备的屏幕方向

通过计算设备的屏幕方向,您可以监测设备相对于地球参照系(具体为磁北极)的位置。以下代码展示如何计算设备的屏幕方向:

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
...
// Rotation matrix based on current readings from accelerometer and magnetometer.
val rotationMatrix = FloatArray(9)
SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null, accelerometerReading, magnetometerReading)

// Express the updated rotation matrix as three orientation angles.
val orientationAngles = FloatArray(3)
SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles)

Java

private SensorManager sensorManager;
...
// Rotation matrix based on current readings from accelerometer and magnetometer.
final float[] rotationMatrix = new float[9];
SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null,
    accelerometerReading, magnetometerReading);

// Express the updated rotation matrix as three orientation angles.
final float[] orientationAngles = new float[3];
SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles);

系统使用设备的地磁场传感器和加速度计来计算屏幕方向的角度。通过使用这两个硬件传感器,系统可提供以下三个屏幕方向角度的数据:

  • 方位角(绕 z 轴旋转的角度)。此为设备当前指南针方向与磁北向之间的角度。如果设备的上边缘面朝磁北向,则方位角为 0 度;如果上边缘朝南,则方位角为 180 度。与之类似,如果上边缘朝东,则方位角为 90 度;如果上边缘朝西,则方位角为 270 度。
  • 俯仰角(绕 x 轴旋转的角度)。此为平行于设备屏幕的平面与平行于地面的平面之间的角度。如果将设备与地面平行放置,且其下边缘最靠近您,同时将设备上边缘向地面倾斜,则俯仰角将变为正值。沿相反方向倾斜(将设备上边缘向远离地面的方向移动)将使俯仰角变为负值。值的范围为 -180 度到 180 度。
  • 倾侧角(绕 y 轴旋转的角度)。此为垂直于设备屏幕的平面与垂直于地面的平面之间的角度。如果将设备与地面平行放置,且其下边缘最靠近您,同时将设备左边缘向地面倾斜,则侧倾角将变为正值。沿相反方向倾斜(将设备右边缘移向地面)将使侧倾角变为负值。值的范围为 -90 度到 90 度。

注意:传感器的侧倾角定义已更改,目的是反映地理传感器生态系统中的绝大部分实现。

请注意,这些角度使用的坐标系与航空领域所用的坐标系(针对偏航、俯仰和侧倾)不同。在航空系统中,x 轴沿飞机的长边,从机尾到机头。

屏幕方向传感器通过处理来自加速度计和地磁场传感器的原始传感器数据来获取其数据。由于涉及繁重处理,屏幕方向传感器的准确度和精度会降低。具体而言,此传感器仅在侧倾角为 0 时才可靠。因此,Android 2.2(API 级别 8)已弃用屏幕方向传感器,Android 4.4W(API 级别 20)已弃用屏幕方向传感器类型。我们建议不要使用来自屏幕方向传感器的原始数据,而是结合使用 getRotationMatrix() 方法和 getOrientation() 方法来计算屏幕方向值,如以下代码示例中所示。在这一过程中,您可以使用 remapCoordinateSystem() 方法,将屏幕方向值转换为应用的参照系。

Kotlin

class SensorActivity : Activity(), SensorEventListener {

    private lateinit var sensorManager: SensorManager
    private val accelerometerReading = FloatArray(3)
    private val magnetometerReading = FloatArray(3)

    private val rotationMatrix = FloatArray(9)
    private val orientationAngles = FloatArray(3)

    public override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.main)
        sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
        // You must implement this callback in your code.
    }

    override fun onResume() {
        super.onResume()

        // Get updates from the accelerometer and magnetometer at a constant rate.
        // To make batch operations more efficient and reduce power consumption,
        // provide support for delaying updates to the application.
        //
        // In this example, the sensor reporting delay is small enough such that
        // the application receives an update before the system checks the sensor
        // readings again.
        sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)?.also { accelerometer ->
            sensorManager.registerListener(
                    this,
                    accelerometer,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
            )
        }
        sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)?.also { magneticField ->
            sensorManager.registerListener(
                    this,
                    magneticField,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
            )
        }
    }

    override fun onPause() {
        super.onPause()

        // Don't receive any more updates from either sensor.
        sensorManager.unregisterListener(this)
    }

    // Get readings from accelerometer and magnetometer. To simplify calculations,
    // consider storing these readings as unit vectors.
    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        if (event.sensor.type == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
            System.arraycopy(event.values, 0, accelerometerReading, 0, accelerometerReading.size)
        } else if (event.sensor.type == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
            System.arraycopy(event.values, 0, magnetometerReading, 0, magnetometerReading.size)
        }
    }

    // Compute the three orientation angles based on the most recent readings from
    // the device's accelerometer and magnetometer.
    fun updateOrientationAngles() {
        // Update rotation matrix, which is needed to update orientation angles.
        SensorManager.getRotationMatrix(
                rotationMatrix,
                null,
                accelerometerReading,
                magnetometerReading
        )

        // "mRotationMatrix" now has up-to-date information.

        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, mOrientationAngles)

        // "mOrientationAngles" now has up-to-date information.
    }
}

Java

public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {

    private SensorManager sensorManager;
    private final float[] accelerometerReading = new float[3];
    private final float[] magnetometerReading = new float[3];

    private final float[] rotationMatrix = new float[9];
    private final float[] orientationAngles = new float[3];

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
    }

    @Override
    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
        // You must implement this callback in your code.
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();

        // Get updates from the accelerometer and magnetometer at a constant rate.
        // To make batch operations more efficient and reduce power consumption,
        // provide support for delaying updates to the application.
        //
        // In this example, the sensor reporting delay is small enough such that
        // the application receives an update before the system checks the sensor
        // readings again.
        Sensor accelerometer = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
        if (accelerometer != null) {
            sensorManager.registerListener(this, accelerometer,
                SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
        }
        Sensor magneticField = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
        if (magneticField != null) {
            sensorManager.registerListener(this, magneticField,
                SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
        }
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();

        // Don't receive any more updates from either sensor.
        sensorManager.unregisterListener(this);
    }

    // Get readings from accelerometer and magnetometer. To simplify calculations,
    // consider storing these readings as unit vectors.
    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
          System.arraycopy(event.values, 0, accelerometerReading,
              0, accelerometerReading.length);
        } else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
            System.arraycopy(event.values, 0, magnetometerReading,
                0, magnetometerReading.length);
        }
    }

    // Compute the three orientation angles based on the most recent readings from
    // the device's accelerometer and magnetometer.
    public void updateOrientationAngles() {
        // Update rotation matrix, which is needed to update orientation angles.
        SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null,
            accelerometerReading, mMagnetometerReading);

        // "mRotationMatrix" now has up-to-date information.

        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, mOrientationAngles);

        // "mOrientationAngles" now has up-to-date information.
    }
}

除了将传感器的坐标系转换为应用的参照系以外,您通常无需处理任何数据,也无需过滤设备的原始屏幕方向角度。

使用地磁场传感器

借助地磁场传感器,您可以监测地球磁场的变化。以下代码展示如何获取默认地磁场传感器的实例:

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);

此传感器提供三个坐标轴中每个坐标轴的原始场强数据(以微特斯拉为单位)。通常,您无需直接使用此传感器。您可以改用旋转矢量传感器来确定原始旋转运动,或者将加速度计和地磁场传感器与 getRotationMatrix() 方法结合使用,以获得旋转矩阵和倾角矩阵。然后,您可以将这些矩阵与 getOrientation()getInclination() 方法一起使用,以获取方位角和地磁倾斜度数据。

注意:在测试您的应用时,您可以通过按数字 8 的图案挥动设备来提高传感器的准确性。

使用未经校准的磁力计

未经校准的磁力计与地磁场传感器类似,不同之处在于未对磁场应用硬铁校准。出厂校准和温度补偿仍应用于磁场。未经校准的磁力计可用于处理不良的硬铁估算。通常,geomagneticsensor_event.values[0] 将接近 uncalibrated_magnetometer_event.values[0] - uncalibrated_magnetometer_event.values[3]。即,

calibrated_x ~= uncalibrated_x - bias_estimate_x

注意:未经校准的传感器可提供更多的原始结果,并且可能会包含一定偏差,但其测量值包含的从应用的校正到校准的跳跃次数更少。某些应用可能更喜欢这些未经校准的结果,因为它们更平滑、更可靠。例如,如果应用尝试进​​行自己的传感器融合,则引入校准实际上可能会扭曲结果。

除磁场外,未经校准的磁力计还提供每个轴上的估算硬铁偏差。以下代码展示如何获取默认未经校准的磁力计的实例:

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED);

使用近程传感器

近程传感器可让您确定物体与设备的距离。以下代码展示如何获取默认近程传感器的实例:

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);

近程传感器通常用于确定人的头部距手持设备表面的距离(例如,当用户拨打或接听电话时)。大多数近程传感器返回以厘米为单位的绝对距离,但有些仅返回近距离和远距离值。以下代码展示如何使用近程传感器:

Kotlin

class SensorActivity : Activity(), SensorEventListener {

    private lateinit var sensorManager: SensorManager
    private var mProximity: Sensor? = null

    public override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.main)

        // Get an instance of the sensor service, and use that to get an instance of
        // a particular sensor.
        sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
        mProximity = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
    }

    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        val distance = event.values[0]
        // Do something with this sensor data.
    }

    override fun onResume() {
        // Register a listener for the sensor.
        super.onResume()

        mProximity?.also { proximity ->
            sensorManager.registerListener(this, proximity, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL)
        }
    }

    override fun onPause() {
        // Be sure to unregister the sensor when the activity pauses.
        super.onPause()
        sensorManager.unregisterListener(this)
    }
}

Java

public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {
    private SensorManager sensorManager;
    private Sensor proximity;

    @Override
    public final void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);

        // Get an instance of the sensor service, and use that to get an instance of
        // a particular sensor.
        sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
        proximity = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);
    }

    @Override
    public final void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
    }

    @Override
    public final void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        float distance = event.values[0];
        // Do something with this sensor data.
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        // Register a listener for the sensor.
        super.onResume();
        sensorManager.registerListener(this, proximity, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
      }

    @Override
    protected void onPause() {
        // Be sure to unregister the sensor when the activity pauses.
        super.onPause();
        sensorManager.unregisterListener(this);
    }
}

注意:某些传感器返回二进制值来表示“近”或“远”。在这种情况下,传感器通常会在远距离状态下报告其最大范围值,而在近距离状态下报告较小的值。通常,远距离值是一个大于 5 cm 的值,但这可能因传感器而异。您可以使用 getMaximumRange() 方法确定传感器的最大范围。

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