Android Sensor概述

Posted 2022-06-11 Dufre.WC

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Android Sensor概述相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

Sensor分类
Sensor axes
- Mobile device axes
- Automative axes
Motion Sensor
- accelerometers/gravity
- gyroscope
Position Sensor
- magnetometers
- proximity
Environment Sensor

Sensor就是传感器，提供高精度的原始数据，比如操作系统，手势，倾斜等动作就是利用重力传感器的数据来判断；磁力传感器和加速度传感器可以计算出方位。
本篇文章侧重于学习基本的知识，包括sensor的功能，使用场景，工作原理，输出数据含义。

Sensor分类

Motion Sensors：测量三轴的加速度和旋转
- accelerometers
- gravity(g-sensor)
- gyroscopes（陀螺仪）
- ratational vector
Environment Sensors：测量环境参数
- temperature
- pressure
- light
- humidity（湿度）
Position Sensors：测量物理位置
- proximity（距离）
- orientation（方向）
- magnetometers（磁力）

Sensor axes

Mobile device axes

Automative axes

Motion Sensor

Motion Sensor是判断物体姿态和物体移动的传感器，其应用也很广泛：

车辆姿态
无人机
穿戴设备
手机重力感应

accelerometers/gravity

如下图是android对传感器数值的定义，其单位是m/s²。这里要注意accelerometer的值是包含了gravity的值，比如手机水平向上放置，其z轴的数值就是gravity的值（约等于9.81m/s²）

线性加速度可以表示除掉gravity影响的accelerometer。

For example：

public void onSensorChanged(SensorEvent event)
    // In this example, alpha is calculated as t / (t + dT),
    // where t is the low-pass filter's time-constant and
    // dT is the event delivery rate.

    final float alpha = 0.8;

    // Isolate the force of gravity with the low-pass filter.
    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];

    // Remove the gravity contribution with the high-pass filter.
    linear_acceleration[0] = event.values[0] - gravity[0];
    linear_acceleration[1] = event.values[1] - gravity[1];
    linear_acceleration[2] = event.values[2] - gravity[2];

accelerometer和gravity芯片内部的工作原理可以看：MEMS加速度计陀螺仪磁力计的工作原理

如下图所示：

红色的部分是可移动的。
有加速度的时候的，放大如图2，C1和C2两侧的电压会产生微小的变化，电压值可以反应加速度。

加速度计会输出三个轴的加速度，测量的加速度包括物理加速度（速度变化）和重力加速度。所有值均采用国际单位制单位 (m/s^2)，测量结果为设备加速度减去沿 3 个传感器坐标轴的重力加速度。
自由落体时，(x, y, z) 的范数应接近于 0。
当设备平放在桌子上并从其左侧向右推动时，x 轴加速度值为正。
当设备平放在桌子上时，z 轴上的加速度值为 +9.81，相当于设备的加速度 (0 m/s^2) 减去重力加速度 (-9.81 m/s^2)。
当设备平放在桌子上并向上抬起时，加速度值大于 +9.81，相当于设备的加速度 (+A m/s^2) 减去重力加速度 (-9.81 m/s^2)。

重力加速度和加速度计的联系与区别：

坐标系相同
设备水平静止的时候，数值相同
加速度主要测试运动方向上速度的变化，重力传感器主要测试设备和地球水平面的差异

gyroscope

gyroscope的单位是rad/s，绕轴顺时针旋转的方向是正值，逆时针旋转的方向是负值。

For example：下面的代码表示通过陀螺仪的值，计算物体旋转角度。

private static final float NS2S = 1.0f / 1000000000.0f;
private float timestamp;

public void onSensorChanged(SensorEvent event)

    if (timestamp != 0)
    
        // event.timesamp表示当前的时间，单位是纳秒（1百万分之一毫秒）
        final float dT = (event.timestamp - timestamp) * NS2S;
        angle[0] += event.values[0] * dT;
        angle[1] += event.values[1] * dT;
        angle[2] += event.values[2] * dT;
    
    timestamp = event.timestamp;

工作原理是利用了科里奥利力：

假设圆盘不动，从A往B点方向扔一个小球，会落在B点，其轨迹也是一条直线
假设圆盘逆时针旋转，角速度为w，从A往B方向扔一个小球，从A的角度来看，还是落在B（实际是B’），但实际的B点已经偏移，而且A的运动轨迹是一条曲线AB’
从B的角度来看，A是受到了侧向的力，这个力就是科里奥利力。
根据这个力，我们可以得到角速度。rad/s。

芯片内部工作原理：
如左图，没有旋转的时候，谐振器是水平方向高速振动。
如右图，有旋转的时候，垂直方向会检测到科里奥利力加速度。