HarmonyOS之设备传感器的功能和使用

Posted 2021-08-03 Forever_wj

一、基本概念

• HarmonyOS 传感器是应用访问底层硬件传感器的一种设备抽象概念。开发者根据传感器提供的 Sensor API，可以查询设备上的传感器，订阅传感器的数据，并根据传感器数据定制相应的算法，开发各类应用，比如指南针、运动健康、游戏等。
• 根据传感器的用途，可以将传感器分为六大类：运动类传感器、环境类传感器、方向类传感器、光线类传感器、健康类传感器、其他类传感器（如霍尔传感器），每一大类传感器包含不同类型的传感器，某种类型的传感器可能是单一的物理传感器，也可能是由多个物理传感器复合而成。
• 传感器如下表所示：

分类	API类名	传感器类型	中文描述	说明	主要用途
运动类	ohos.sensor.agent. CategoryMotionAgent	SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER	加速度传感器	测量三个物理轴（x、y 和 z）上，施加在设备上的加速度（包括重力加速度），单位 : m/s2	检测运动状态
		SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER_UNCALIBRATED	未校准加速度传感器	测量三个物理轴（x、y 和 z）上，施加在设备上的未校准的加速度（包括重力加速度），单位 : m/s2	检测加速度偏差估值
		SENSOR_TYPE_LINEAR_ACCELERATION	线性加速度传感器	测量三个物理轴（x、y 和 z）上，施加在设备上的线性加速度（不包括重力加速度），单位 : m/s2	检测每个单轴方向上的线性加速度
		SENSOR_TYPE_GRAVITY	重力传感器	测量三个物理轴（x、y 和 z）上，施加在设备上的重力加速度，单位 : m/s2	测量重力大小
		SENSOR_TYPE_GYROSCOPE	陀螺仪传感器	测量三个物理轴（x、y 和 z）上，设备的旋转角速度，单位 : rad/s	测量旋转的角速度
		SENSOR_TYPE_GYROSCOPE_UNCALIBRATED	未校准陀螺仪传感器	测量三个物理轴（x、y 和 z）上，设备的未校准旋转角速度，单位 : rad/s	测量旋转的角速度及偏差估值
		SENSOR_TYPE_SIGNIFICANT_MOTION	大幅度动作传感器	测量三个物理轴（x、y 和 z）上，设备是否存在大幅度运动；如果取值为1则代表存在大幅度运动，取值为0则代表没有大幅度运动	用于检测设备是否存在大幅度运动
		SENSOR_TYPE_DROP_DETECTION	跌落检测传感器	检测设备的跌落状态；如果取值为1则代表发生跌落，取值为0则代表没有发生跌落	用于检测设备是否发生了跌落
		SENSOR_TYPE_PEDOMETER_DETECTION	计步器检测传感器	检测用户的计步动作；如果取值为1则代表用户产生了计步行走的动作；取值为0则代表用户没有发生运动	用于检测用户是否有计步的动作
		SENSOR_TYPE_PEDOMETER	计步器传感器	统计用户的行走步数	用于提供用户行走的步数数据
环境类	ohos.sensor.agent. CategoryEnvironmentAgent	SENSOR_TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE	环境温度传感器	测量环境温度，单位 : 摄氏度 (°C)	测量环境温度
		SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD	磁场传感器	测量三个物理轴向（x、y、z）上，环境地磁场，单位 : μT	创建指南针
		SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED	未校准磁场传感器	测量三个物理轴向（x、y、z）上，未校准环境地磁场，单位 : μT	测量地磁偏差估值
		SENSOR_TYPE_HUMIDITY	湿度传感器	测量环境的相对湿度，以百分比 (%) 表示	监测露点、绝对湿度和相对湿度
		SENSOR_TYPE_BAROMETER	气压计传感器	测量环境气压，单位 : hPa 或 mbar	测量环境气压
		SENSOR_TYPE_SAR	比吸收率传感器	测量比吸收率，单位：W/kg	测量设备的电磁波能量吸收比值
方向类	ohos.sensor.agent. CategoryOrientationAgent	SENSOR_TYPE_6DOF	6自由度传感器	测量上下、前后、左右方向上的位移，单位：m或mm；测量俯仰、偏摆、翻滚的角度，单位：rad	检测设备的三个平移自由度以及旋转自由度，用于目标定位追踪，如：VR
		SENSOR_TYPE_SCREEN_ROTATION	屏幕旋转传感器	检测设备屏幕的旋转状态	用于检测设备屏幕是否发生了旋转
		SENSOR_TYPE_DEVICE_ORIENTATION	设备方向传感器	测量设备的旋转方向，单位：rad	用于检测设备旋转方向的角度值
		SENSOR_TYPE_ORIENTATION	方向传感器	测量设备围绕所有三个物理轴（x、y、z）旋转的角度值，单位：rad	用于提供屏幕旋转的3个角度值
		SENSOR_TYPE_ROTATION_VECTOR	旋转矢量传感器	测量设备旋转矢量，复合传感器：由加速度传感器、磁场传感器、陀螺仪传感器合成	检测设备相对于东北天坐标系的方向
		SENSOR_TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR	游戏旋转矢量传感器	测量设备游戏旋转矢量，复合传感器：由加速度传感器、陀螺仪传感器合成	应用于游戏场景
		SENSOR_TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR	地磁旋转矢量传感器	测量设备地磁旋转矢量，复合传感器：由加速度传感器、磁场传感器合成	用于测量地磁旋转矢量
光线类	ohos.sensor.agent. CategoryLightAgent	SENSOR_TYPE_PROXIMITY	接近光传感器	测量可见物体相对于设备显示屏的接近或远离状态	通话中设备相对人的位置
		SENSOR_TYPE_TOF	ToF传感器	测量光在介质中行进一段距离所需的时间	人脸识别
		SENSOR_TYPE_AMBIENT_LIGHT	环境光传感器	测量设备周围光线强度，单位：lux	自动调节屏幕亮度，检测屏幕上方是否有遮挡
		SENSOR_TYPE_COLOR_TEMPERATURE	色温传感器	测量环境中的色温	应用于设备的影像处理
		SENSOR_TYPE_COLOR_RGB	RGB颜色传感器	测量环境中的RGB颜色值	通过三原色的反射比率实现颜色检测
		SENSOR_TYPE_COLOR_XYZ	XYZ颜色传感器	测量环境中的XYZ颜色值	用于辨识真色色点，还原色彩更真实
健康类	ohos.sensor.agent. CategoryBodyAgent	SENSOR_TYPE_HEART_RATE	心率传感器	测量用户的心率数值	用于提供用户的心率健康数据
		SENSOR_TYPE_WEAR_DETECTION	佩戴检测传感器	检测用户是否佩戴	用于检测用户是否佩戴智能穿戴
其他类	ohos.sensor.agent. CategoryOtherAgent	SENSOR_TYPE_HALL	霍尔传感器	测量设备周围是否存在磁力吸引	设备的皮套模式
		SENSOR_TYPE_GRIP_DETECTOR	手握检测传感器	检测设备是否有抓力施加	用于检查设备侧边是否被手握住
		SENSOR_TYPE_MAGNET_BRACKET	磁铁支架传感器	检测设备是否被磁吸	检测设备是否位于车内或者室内
		SENSOR_TYPE_PRESSURE_DETECTOR	按压检测传感器	检测设备是否有压力施加	用于检测设备的正上方是否存在按压

二、运作机制和权限

① 运作机制

• HarmonyOS 传感器包含如下四个模块：Sensor API、Sensor Framework、Sensor Service、HD_IDL 层。
• HarmonyOS 传感器运作机制如下所示：

• Sensor API：提供传感器的基础 API，主要包含查询传感器的列表、订阅/取消传感器的数据、执行控制命令等，简化应用开发。
• Sensor Framework：主要实现传感器的订阅管理，数据通道的创建、销毁、订阅与取消订阅，实现与 SensorService 的通信。
• Sensor Service：主要实现 HD_IDL 层数据接收、解析、分发，前后台的策略管控，对该设备 Sensor 的管理，Sensor 权限管控等。
• HD_IDL 层：对不同的 FIFO、频率进行策略选择，以及对不同设备的适配。

② 权限

• 针对某些传感器，开发者需要请求相应的权限，才能获取到相应传感器的数据。
• 传感器权限如下表所示：

传感器	权限名	敏感级别	权限描述
加速度传感器、加速度未校准传感器、线性加速度传感器	ohos.permission.ACCELEROMETER	system_grant	允许订阅Motion组对应的加速度传感器的数据
陀螺仪传感器、陀螺仪未校准传感器	ohos.permission.GYROSCOPE	system_grant	允许订阅Motion组对应的陀螺仪传感器的数据
计步器	ohos.permission.ACTIVITY_MOTION	user_grant	允许订阅运动状态
心率	ohos.permission.READ_HEALTH_DATA	user_grant	允许读取健康数据

• 传感器数据订阅和取消订阅接口成对调用，当不再需要订阅传感器数据时，开发者需要调用取消订阅接口进行资源释放。

三、应用场景

• 通过方向传感器数据，可以感知用户设备当前的朝向，从而达到为用户指明方位的目的。
• 通过重力和陀螺仪传感器数据，能感知设备倾斜和旋转量，提高用户在游戏场景中的体验。
• 通过接近光传感器数据，感知距离遮挡物的距离，使设备能够自动亮灭屏，达到防误触目的。
• 通过气压计传感器数据，可以准确的判断设备当前所处的海拔。
• 通过环境光传感器数据，设备能够实现背光自动调节。
• 通过霍尔传感器数据，设备可以实现皮套功能等。

四、传感器的 API

• HarmonyOS 传感器提供的功能有：查询传感器的列表、订阅/取消订阅传感器数据、查询传感器的最小采样时间间隔、执行控制命令。
• CategoryOrientationAgent 接口如下：

接口名	描述
getAllSensors()	获取属于方向类别的传感器列表
getAllSensors(int)	获取属于方向类别中特定类型的传感器列表
getSingleSensor(int)	查询方向类别中特定类型的默认sensor（如果存在多个则返回第一个）
setSensorDataCallback(ICategoryOrientationDataCallback, CategoryOrientation, long)	以设定的采样间隔订阅给定传感器的数据
setSensorDataCallback(ICategoryOrientationDataCallback, CategoryOrientation, long, long)	以设定的采样间隔和时延订阅给定传感器的数据
releaseSensorDataCallback(ICategoryOrientationDataCallback, CategoryOrientation)	取消订阅指定传感器的数据
releaseSensorDataCallback(ICategoryOrientationDataCallback)	取消订阅的所有传感器数据

• SensorAgent 的主要接口如下：

接口名	描述
getSensorMinSampleInterval(int)	查询给定传感器的最小采样间隔
runCommand(int, int, int)	针对某个传感器执行命令，刷新传感器的数据

• CategoryEnvironmentData 的主要接口如下：

接口名	描述
getDeviceAltitude(float, float )	根据气压值获取设备所在位置的海拔高度

• CategoryOrientationData 的主要接口如下：

接口名	描述
getDeviceRotationMatrix(float[], float[])	根据旋转矢量获取旋转矩阵
getDeviceOrientation(float[], float[])	根据旋转矩阵获取设备的方向

五、传感器的使用流程

① 权限配置

• 如果设备上使用了上文中“传感器权限列表”中的传感器，需要请求相应的权限，开发者才能获取到传感器数据。
• 不同敏感级别的传感器举例：

敏感级别	传感器	权限名	权限描述
system_grant	加速度传感器、加速度未校准传感器、线性加速度传感器	ohos.permission.ACCELEROMETER	允许订阅Motion组对应的加速度传感器的数据
user_grant	计步器	ohos.permission.ACTIVITY_MOTION	允许订阅运动状态

• 需要在 config.json 里面配置权限：
• • 如果需要获取加速度的数据，需要进行如下权限配置：

	"reqPermissions": [
	    {
	        "name": "ohos.permission.ACCELEROMETER",
	        "reason": "",
	        "usedScene": {
	            "ability": [
	                ".MainAbility"
	            ],
	            "when": "inuse"
	        }
	    }
	]

• • 对于需要用户授权的权限，如计步器传感器，需要进行如下权限配置：

	"reqPermissions": [
	    {
	        "name": "ohos.permission.ACTIVITY_MOTION",
	        "reason": "",
	        "usedScene": {
	            "ability": [
	                ".MainAbility"
	            ],
	            "when": "inuse"
	        }
	    }
	]

• 由于敏感权限需要用户授权，因此在应用启动时或者调用订阅数据接口前，需要调用权限检查和请求权限接口:

	@Override
	public void onStart(Intent intent) {
	    super.onStart(intent);
	    if (verifySelfPermission("ohos.permission.ACTIVITY_MOTION") != 0) {
	        if (canRequestPermission("ohos.permission.ACTIVITY_MOTION")) {
	            requestPermissionsFromUser(new String[] {"ohos.permission.ACTIVITY_MOTION"}, 1);
	        }
	    }
	    // ...
	}
	
	@Override
	public void onRequestPermissionsFromUserResult(int requestCode, String[] permissions,
	        int[] grantResults) {
	    // 匹配requestPermissionsFromUser的requestCode
	    if (requestCode == 1) {
	        if (grantResults.length > 0 && grantResults[0] == 0) {
	            // 权限被授予
	        } else {
	            // 权限被拒绝
	        }
	    }
	}

② 使用传感器

• 以使用方向类别的传感器为例，运动类、环境类、健康类等类别的传感器使用方法类似：
• • 获取待订阅数据的传感器。
• • 创建传感器回调。
• • 订阅传感器数据。
• • 接收并处理传感器数据。
• • 取消订阅传感器数据。

	private static final long INTERVAL = 100000000L;
	
	private Button btnSubscribe;
	
	private Button btnUnsubscribe;
	
	private CategoryOrientationAgent categoryOrientationAgent = new CategoryOrientationAgent();
	
	private ICategoryOrientationDataCallback orientationDataCallback;
	
	private CategoryOrientation orientationSensor;
	
	private int matrix_length = 9;
	
	private int rotationVectorLength = 9;
	
	@Override
	public void onStart(Intent intent) {
	    super.onStart(intent);
	    super.setUIContent(ResourceTable.Layout_sensor_layout);
	    findComponent(rootComponent);
	
	    // 创建传感器回调对象。
	    orientationDataCallback = new ICategoryOrientationDataCallback() {
	        @Override
	        public void onSensorDataModified(CategoryOrientationData categoryOrientationData) {
	            // 对接收的categoryOrientationData传感器数据对象解析和使用
	            int dim = categoryOrientationData.getSensorDataDim(); // 获取传感器的维度信息
	            float degree = categoryOrientationData.getValues()[0]; // 获取方向类传感器的第一维数据
	            float[] rotationMatrix = new float[matrix_length];
	            CategoryOrientationData.getDeviceRotationMatrix(rotationMatrix, categoryOrientationData.values); // 根据旋转矢量传感器的数据获得旋转矩阵
	            float[] rotationAngle = new float[rotationVectorLength];
	            rotationAngle = CategoryOrientationData.getDeviceOrientation(rotationMatrix, rotationAngle); // 根据计算出来的旋转矩阵获取设备的方向
	        }
	
	        @Override
	        public void onAccuracyDataModified(CategoryOrientation categoryOrientation, int index) {
	            // 使用变化的精度
	        }
	
	        @Override
	        public void onCommandCompleted(CategoryOrientation categoryOrientation) {
	            // 传感器执行命令回调
	        }
	    };
	
	    btnSubscribe.setClickedListener(v -> {
	        // 获取传感器对象，并订阅传感器数据
	        orientationSensor = categoryOrientationAgent.getSingleSensor(
	                CategoryOrientation.SENSOR_TYPE_ORIENTATION);
	        if (orientationSensor != null) {
	            categoryOrientationAgent.setSensorDataCallback(
	                    orientationDataCallback, orientationSensor, INTERVAL);
	        }
	    });
	    // 取消订阅传感器数据
	    btnUnsubscribe.setClickedListener(v -> {
	        if (orientationSensor != null) {
	            categoryOrientationAgent.releaseSensorDataCallback(
	                    orientationDataCallback, orientationSensor);
	        }
	    });
	}
	
	private void findComponent(Component component) {
	    btnSubscribe = (Button) component.findComponentById(ResourceTable.Id_btnSubscribe);
	    btnUnsubscribe = (Button) component.findComponentById(ResourceTable.Id_btnUnsubscribe);
	}