Android 传感器介绍

在 Android2.3 gingerbread 系统中,google 提供了 11 种传感器供应用层使用。

#define SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER       1 //加速度
#define SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD      2 //磁力
#define SENSOR_TYPE_ORIENTATION         3 //方向
#define SENSOR_TYPE_GYROSCOPE           4 //陀螺仪
#define SENSOR_TYPE_LIGHT               5 //光线感应
#define SENSOR_TYPE_PRESSURE            6 //压力
#define SENSOR_TYPE_TEMPERATURE         7 //温度 
#define SENSOR_TYPE_PROXIMITY           8 //接近
#define SENSOR_TYPE_GRAVITY             9 //重力
#define SENSOR_TYPE_LINEAR_ACCELERATION 10//线性加速度
#define SENSOR_TYPE_ROTATION_VECTOR     11//旋转矢量

我们依次看看这十一种传感器

 

1 加速度传感器

加速度传感器又叫 G-sensor,返回 x、y、z 三轴的加速度数值。

该数值包含地心引力的影响,单位是 m/s^2。

将手机平放在桌面上,x 轴默认为 0,y 轴默认 0,z 轴默认 9.81。

将手机朝下放在桌面上,z 轴为 – 9.81。

将手机向左倾斜,x 轴为正值。

将手机向右倾斜,x 轴为负值。

将手机向上倾斜,y 轴为负值。

将手机向下倾斜,y 轴为正值。

 

加速度传感器可能是最为成熟的一种 mems 产品,市场上的加速度传感器种类很多。

手机中常用的加速度传感器有 BOSCH(博世)的 BMA 系列,AMK 的 897X 系列,ST 的 LIS3X 系列等。

这些传感器一般提供 ±2G 至 ±16G 的加速度测量范围,采用 I2C 或 SPI 接口和 MCU 相连,数据精度小于 16bit。

 

2 磁力传感器

磁力传感器简称为 M-sensor,返回 x、y、z 三轴的环境磁场数据。

该数值的单位是微特斯拉(micro-Tesla),用 uT 表示。

单位也可以是高斯(Gauss),1Tesla=10000Gauss。

硬件上一般没有独立的磁力传感器,磁力数据由电子罗盘传感器提供(E-compass)。

电子罗盘传感器同时提供下文的方向传感器数据。

 

3 方向传感器

方向传感器简称为 O-sensor,返回三轴的角度数据,方向数据的单位是角度。

为了得到精确的角度数据,E-compass 需要获取 G-sensor 的数据,

经过计算生产 O-sensor 数据,否则只能获取水平方向的角度。

方向传感器提供三个数据,分别为 azimuth、pitch 和 roll。

azimuth:方位,返回水平时磁北极和 Y 轴的夹角,范围为 0° 至 360°。

0°= 北,90°= 东,180°= 南,270°= 西。

pitch:x 轴和水平面的夹角,范围为 – 180° 至 180°。

当 z 轴向 y 轴转动时,角度为正值。

roll:y 轴和水平面的夹角,由于历史原因,范围为 – 90° 至 90°。

当 x 轴向 z 轴移动时,角度为正值。

 

电子罗盘在获取正确的数据前需要进行校准,通常可用 8 字校准法。

8 字校准法要求用户使用需要校准的设备在空中做 8 字晃动,

原则上尽量多的让设备法线方向指向空间的所有 8 个象限。

 

手机中使用的电子罗盘芯片有 AKM 公司的 897X 系列,ST 公司的 LSM 系列以及雅马哈公司等等。

由于需要读取 G-sensor 数据并计算出 M-sensor 和 O-sensor 数据,

因此厂商一般会提供一个后台 daemon 来完成工作,电子罗盘算法一般是公司私有产权。

 

4 陀螺仪传感器

陀螺仪传感器叫做 Gyro-sensor,返回 x、y、z 三轴的角加速度数据。

角加速度的单位是 radians/second。

根据 Nexus S 手机实测:

水平逆时针旋转,Z 轴为正。

水平逆时针旋转,z 轴为负。

向左旋转,y 轴为负。

向右旋转,y 轴为正。

向上旋转,x 轴为负。

向下旋转,x 轴为正。

 

ST 的 L3G 系列的陀螺仪传感器比较流行,iphone4 和 google 的 nexus s 中使用该种传感器。

 

5 光线感应传感器

光线感应传感器检测实时的光线强度,光强单位是 lux,其物理意义是照射到单位面积上的光通量。

光线感应传感器主要用于 Android 系统的 LCD 自动亮度功能。

可以根据采样到的光强数值实时调整 LCD 的亮度。

 

6 压力传感器

压力传感器返回当前的压强,单位是百帕斯卡 hectopascal(hPa)。

 

7 温度传感器

温度传感器返回当前的温度。

 

8 接近传感器

接近传感器检测物体与手机的距离,单位是厘米。

一些接近传感器只能返回远和近两个状态,

因此,接近传感器将最大距离返回远状态,小于最大距离返回近状态。

接近传感器可用于接听电话时自动关闭 LCD 屏幕以节省电量。

一些芯片集成了接近传感器和光线传感器两者功能。

 

下面三个传感器是 Android2 新提出的传感器类型,目前还不太清楚有哪些应用程序使用。

9 重力传感器

重力传感器简称 GV-sensor,输出重力数据。

在地球上,重力数值为 9.8,单位是 m/s^2。

坐标系统与加速度传感器相同。

当设备复位时,重力传感器的输出与加速度传感器相同。

 

10 线性加速度传感器

线性加速度传感器简称 LA-sensor。

线性加速度传感器是加速度传感器减去重力影响获取的数据。

单位是 m/s^2,坐标系统与加速度传感器相同。

加速度传感器、重力传感器和线性加速度传感器的计算公式如下:

加速度 = 重力 + 线性加速度

 

11 旋转矢量传感器

旋转矢量传感器简称 RV-sensor。

旋转矢量代表设备的方向,是一个将坐标轴和角度混合计算得到的数据。

RV-sensor 输出三个数据:

x*sin(theta/2)

y*sin(theta/2)

z*sin(theta/2)

sin(theta/2) 是 RV 的数量级。

RV 的方向与轴旋转的方向相同。

RV 的三个数值,与 cos(theta/2) 组成一个四元组。

RV 的数据没有单位,使用的坐标系与加速度相同。

举例:

sensors_event_t.data[0] = x*sin(theta/2)
sensors_event_t.data[1] = y*sin(theta/2)
sensors_event_t.data[2] = z*sin(theta/2)
sensors_event_t.data[3] =   cos(theta/2)

GV、LA 和 RV 的数值没有物理传感器可以直接给出,

需要 G-sensor、O-sensor 和 Gyro-sensor 经过算法计算后得出。

算法一般是传感器公司的私有产权。

 

参考文献:

android source code hardware\libhardware\include\hardwaresensor.h

http://www.dzsc.com/data/html/2010-11-29/87454.html

发布者

胡中元

《中原驿站》站长

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注