Chapter 14 感測器作者 : 林致孙手機和感測器的結合, 讓手機產生更多的應用, 除了應用於遊戲軟體, 感測器也讓手機上實作擴增實境變得更容易本章將介紹應用程式如何讀取手機上的感測器, 同時也會提供範例, 讓讀者瞭解方位感測器 (Orientation Sensor) 與加速度感測器

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仇慰葛
5 years ago
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1 Chapter 14 感測器作者 : 林致孙手機和感測器的結合, 讓手機產生更多的應用, 除了應用於遊戲軟體, 感測器也讓手機上實作擴增實境變得更容易本章將介紹應用程式如何讀取手機上的感測器, 同時也會提供範例, 讓讀者瞭解方位感測器 (Orientation Sensor) 與加速度感測器 (Accelerometer Sensor) 的應用 14.1 讀取感測資料首先我們先學習感測器相關類別的使用方法, 請讀者引進光碟中 \ 範例程式 \Chapter14\SensorList 這個專案, 這個專案有兩個 Activity: SensorList: 繼承了 ListActivity, 會列出手機上所的感測器, 點選個別的感測器後, 會跳至 SensorReader 讀取所選取的感測器的讀值 SensorReader: 讀取特定感測器的數值讓我們先來看 SensorList 這個 Activity, 其內容如下所示 : 1 public class SensorList extends ListActivity { 2 3 private SensorManager smgr; 4 List<Sensor> slist; 5 7 public void oncreate(bundle savedinstancestate) { 8 super.oncreate(savedinstancestate); 9 setcontentview(r.layout.main); smgr = (SensorManager)getSystemService( 12 Context.SENSOR_SERVICE); 13 slist = smgr.getsensorlist(sensor.type_all); 14 ArrayList<String> snlist = new ArrayList<String>(); for (int i = 0; i < slist.size(); i++) 17 snlist.add(slist.get(i).getname()); ListAdapter adapter = new ArrayAdapter<String>(this, 20 R.layout.list_item, snlist);

21 setlistadapter(adapter); 22 } 23 24 @Override 25 protected void onlistitemclick(listview l, View v, 26 int position, long id) { 27 super.

2 21 setlistadapter(adapter); 22 } protected void onlistitemclick(listview l, View v, 26 int position, long id) { 27 super.onlistitemclick(l, v, position, id); Intent intent = new Intent(this, SensorReader.class); 30 intent.putextra("key_type", slist.get(position).gettype()); 31 startactivity(intent); 32 } 33 } 首先為了存取手機上的感測器資訊, 程式於第 11 行先呼叫 getsystemservice 取得一個 SensorManager 物件 [1], 第 13 行呼叫 SensorManager 物件的 getsensorlist 方法取得 Sensor 物件 [2], 參數 Sensor. TYPE_ALL 代表所有種類的感測器都要取得, 如果是 Sensor. TYPE_ACCELEROMETER 代表只取得加速度感測器的 Sensor 物件 ( 一個手機有可能擁有兩個以上的同種類測器 ) 第 17 行呼叫 Sensor 物件的 getname 方法取得感測器的名稱, 這名稱即要呈現於列表介面元件 (ListView) 的資料而當使用者點選某個感測器後, 會將感測器的型別 ( 可想成種類 ) 夾帶在 Intent 裡傳送給 SensorReader 下圖是筆者截取實機所得到的執行畫面: 接著討論 SensorReader 這個 Activity, 其內容如下所示 : 1 public class SensorReader extends Activity {

3 2 3 private SensorManager smgr; 4 private TextView tv; 5 private Sensor sensor; 6 8 public void oncreate(bundle savedinstancestate) { 9 super.oncreate(savedinstancestate); 10 setcontentview(r.layout.reader); tv = (TextView)findViewById(R.id.tv_sresult); smgr = (SensorManager)getSystemService( 15 Context.SENSOR_SERVICE); 16 Intent intent = getintent(); 17 int stype = intent.getintextra("key_type", -1); sensor = smgr.getdefaultsensor(stype); 20 } protected void onresume() { 24 smgr.registerlistener(slistener, sensor, 25 SensorManager.SENSOR_DELAY_UI); 26 super.onresume(); 27 } protected void onpause() { 31 smgr.unregisterlistener(slistener, sensor); 32 super.onpause(); 33 } private final SensorEventListener slistener = 36 new SensorEventListener() { 37 public void onsensorchanged (SensorEvent event) { 38 if (event.sensor!= sensor) return; 39

4 40 String str = ""; switch (sensor.gettype()) { 43 case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER: 44 str = "Accelerometer Sensor\n"; 45 break; 46 case Sensor.TYPE_GYROSCOPE: 47 str = "Gyroscope Sensor\n"; 48 break; 49 case Sensor.TYPE_LIGHT: 50 str = "Light Sensor\n"; 51 break; 52 case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD: 53 str = "Magnetic Field Sensor\n"; 54 break; 55 case Sensor.TYPE_ORIENTATION: 56 str = "Orientation Sensor\n"; 57 break; 58 case Sensor.TYPE_PRESSURE: 59 str = "Pressure Sensor\n"; 60 break; 61 case Sensor.TYPE_PROXIMITY: 62 str = "Proximity Sensor\n"; 63 break; 64 case Sensor.TYPE_TEMPERATURE: 65 str = "Temperature Sensor\n"; 66 break; 67 } for (int i = 0; i < event.values.length; i++) 70 str = str + "values[" + i + "]: " + 71 event.values[i] + "\n"; str = str + "Accuracy: " + event.accuracy; tv.settext(str); 76 } 77 }

5 78 public void onaccuracychanged (Sensor sensor, int accuracy) { 79 } 80 }; 81 } 首先在第 14 行, 同樣使用 getsystemservice 方法取得 SensorManger 物件, 接著利用 getdefaultsensor 取得該種類的 Sensor 物件, 若同種類的感測器數目有兩個以上,Intent 需另外攜帶感測器的名稱, 同時應該使用 getsensorlist 取代 getdefaultsensor 為了讀取該感測器的資料, 我們必須設計一個傾聽者給感測器, 傾聽者類別需實作 SensorEventListener 介面 [3], 程式碼是位於 35~80 行, 一樣使用了匿名類別的技巧, 有兩個抽象方法需要實作 : onaccuracychanged: 當量測值的精準度改變時, 這個方法會被呼叫 onsensorchanged: 當量測值改變時, 這個方法會被呼叫我們把焦點放在 onsensorchanged 方法,onSensorchanged 會傳入一個 SensorEvent 物件 [4], 感測的值可從這個 SensorEvent 物件中抓取, 首先在 38 行, 先判斷發生事件的感測器是否是我們所要量測的感測器, 接著 42~67 行, 我們將感測器的種類抓出來, 並設定之後要用來顯示於 TextView 上的字串, 字串是告訴使用者讀取到的感測器是哪一種感測器讀取感測器值的程式是寫在 69~71 行, 感測值會儲存在一個浮點數陣列 (float [] values), 這個浮點數陣列是 SensorEvent 類別的成員變數, 不同種類的感測器有不同的意義 [4], 以方位感測器 (Orientation Sensor) 為例, 當手機是正著直著拿在手上時, 如下圖所示,values[0] 的值意義為 :0 代表北方 90 代表東方 180 代表南方 270 代表西方,values[1] 是縱向旋轉角, 現在一樣正著直著拿著手機, 向外旋轉, 垂直向上時值為 90 面朝上平置時值為 0 垂直向下時值為 90 面朝下平置時值為 180,values[2] 是橫向旋轉角, 現在一樣正著直著拿著手機, 左或向右旋轉, 朝前時值為 0 往右橫放是-90 往左橫放是 90, 詳細的定義可參閱說明文件 [4], 若對說明文件 [4] 不是十分瞭解, 筆者建議讀者可利用本程式自行做一些測詴, 便能體會出值是如何變化的

而以加速度感測器為例的話,values[0] 代表手機的 X 軸所承受的加速度減去重力於 X 軸所帶來的加速度, 以上圖為例, 手機的 X 軸是指比較窄的那一個邊所型成的軸, 往右較大,values[1] 代表手機的 Y 軸所承受的加速度減去重力於 Y 軸所帶來的加速度, 以上圖為例, 手機的 Y 軸是指比較長的那一個邊所型成的軸, 往上較大,values[2] 代表手機的 Z

6 而以加速度感測器為例的話,values[0] 代表手機的 X 軸所承受的加速度減去重力於 X 軸所帶來的加速度, 以上圖為例, 手機的 X 軸是指比較窄的那一個邊所型成的軸, 往右較大,values[1] 代表手機的 Y 軸所承受的加速度減去重力於 Y 軸所帶來的加速度, 以上圖為例, 手機的 Y 軸是指比較長的那一個邊所型成的軸, 往上較大,values[2] 代表手機的 Z 軸所承受的加速度減去重力於 Z 軸所帶來的加速度, 手機的 Z 軸代表著向外或向內, 往外較大當正著直著拿著手機時, 可發現,values[0] 與 values[2] 會接近於 0, 而 Y 軸受到了向下的重力加速度 (-9.81 公尺 / 秒平方 ), 因為手機穩穩的拿在手上, 因此 Y 軸事實上並沒有任何加速度 (0 公尺 / 秒平方 ), 因此 0-(-9.81)=9.81, 讀者可發現 values[1] 的值會接近 9.81 其它感測器的讀值就請讀者自行閱讀說明文件 SensorEvent 物件還有一個成員變數為 accuracy(73 行 ), SENSOR_STATUS_ACCURACY_HIGH( 值為 3) 代表這個回報的值是很精準的, SENSOR_STATUS_UNRELIABLE( 值為 0) 則代表回報的值的精準度是最低的, 請讀者參考說明文件 [1] 此外, 若在精準度發生變化時, 做些處理動做的話, 就要去確實實作 78 行的 onaccuracychanged 方法現在傾聽者已經設計完成, 我們要幫感測器跟其傾聽者連結在一起, 當感測器註冊了傾聽者後, 程式就會一直去讀取感測器的資料, 因此我們希望只有當程式在前景執行時才讀取感測器的資料, 因此於 onresume 方法 ( 第 24 行 ) 呼叫 SensorManager 類別的 registerlistener 方法去做註冊,registerListener 方法需要三

7 個參數, 第一個參數傾聽者物件, 第二個參數是感測器物件, 第三個參數是設定回報速率, 亦即多久回報一次, 共有四種速率可選擇 : SENSOR_DELAY_FASTEST SENSOR_DELAY_GAME SENSOR_DELAY_UI 與 SENSOR_DELAY_NORMAL 程式於 onpause 方法 ( 第 31 行 ) 呼叫 unregisterlistener 方法取消註冊, 如此當程式進入背景或結束時就不會讀取感測器了下圖是筆者於實機讀取方位感測器的一個執行畫面 : 14.2 方位感測器的應用在這一節筆者將示範一個方位感測器的應用, 這個應用程式的功能相當簡單, 就是出現一個箭頭指向亞洲大學行政大樓請讀者引進光碟中 \ 範例程式 \Chapter14\OrientationApp 這個專案, 裡面有兩個 Java 原始碼檔案 : OrientationApp.java: 這是一個 Activity, 會讀取 GPS 以及方位感測器的資料, 藉以判斷箭頭應該呈現的方向 ArrowView.java: 其繼承了 View 類別, 是一個客製化的 View, 主要是用來顯示箭頭先來討論 OrientationApp.java, 其內容如下 : 1 public class OrientationApp extends Activity { 2 3 private ArrowView av; 4 private MyLocationListener mll; 5 private MySensorListener msl;

8 6 private LocationManager lmgr; 7 private SensorManager smgr; 8 private List<Sensor> slist; 9 private float orientation, target; public void oncreate(bundle savedinstancestate) { 13 super.oncreate(savedinstancestate); setrequestedorientation( 16 ActivityInfo.SCREEN_ORIENTATION_PORTRAIT); av = new ArrowView(this); 19 setcontentview(av); lmgr = (LocationManager)getSystemService(LOCATION_SERVICE); 22 mll = new MyLocationListener(); smgr = (SensorManager)getSystemService( 25 Context.SENSOR_SERVICE); 26 msl = new MySensorListener(); slist = smgr.getsensorlist(sensor.type_orientation); 29 if (slist.size() == 0) { 30 Toast.makeText(this, "No orientation sensor", 31 Toast.LENGTH_SHORT).show(); 32 finish(); 33 } 34 orientation = (float)0.0; 35 target = (float)0.0; 36 } protected void onresume() { 40 super.onresume(); 41 lmgr.requestlocationupdates( 42 LocationManager.GPS_PROVIDER, 0, 0, mll); 43 smgr.registerlistener(msl, slist.get(0),

9 44 SensorManager.SENSOR_DELAY_UI); 45 } protected void onpause() { 49 super.onpause(); 50 lmgr.removeupdates(mll); 51 smgr.unregisterlistener(msl, slist.get(0)); 52 } private void adjustarrow() { 55 float degree = target-orientation; 56 if (degree < 0) degree = degree f; 57 av.setdegree(degree); 58 setcontentview(av); 59 } class MySensorListener implements SensorEventListener { 62 public void onsensorchanged (SensorEvent event) { 63 if (event.sensor == slist.get(0)) { 64 orientation = event.values[0]; 65 adjustarrow(); 66 } 67 } 68 public void onaccuracychanged (Sensor sensor, int accuracy) { 69 } 70 } class MyLocationListener implements LocationListener { 74 public void onlocationchanged(location location) { 75 if (location == null) 76 return; Location dest = new Location(location); 79 dest.setlatitude( ); 80 dest.setlongitude( ); 81 target = location.bearingto(dest);

10 82 adjustarrow(); 83 } 85 public void onproviderdisabled(string provider) { 86 } 88 public void onproviderenabled(string provider) { 89 } 91 public void onstatuschanged(string provider, int status, 92 Bundle extras) { 93 } 94 } 95 } 這個程式使用到的大部份類別與方法都學過了, 因此筆者只告訴讀者這個程式做了哪幾件事, 讓讀者自行去閱讀細節即可, 這個程式主要做了幾件事 : 設計感測器的傾聽者 (61~70 行 ): 當發現感測值發生變化後, 程式會設定變數 orientation 的值 (values[0]), 藉此來判斷使用者面對的方位, 並呼叫我們自行定義的 adjustarrow 方法來設定箭頭的方向設計 GPS 的傾聽者 (72~94 行 ): 當發現使用者所在位置改變時, 程式會去計算目標物 ( 亞洲大學行政大樓 ) 是在使用者的哪個方位, 要知道目標物是在使用者的哪個方位可利用 Location 類別 bearingto 方法 [5], 如果目標物在使用者的正北方, 變數 target 的值為 0, 如果目標物在使用者的正東方, 變數 target 的值為 90, 以此類推接著一樣呼叫自行定義的 adjustarrow 方法來設定箭頭的方向此處要提醒一下, 及是亞洲大學行政大樓的經緯度值, 讀者可換成在自己附近的目標物, 以方便程式的測詴設定箭頭方向 : 寫於 adjustarrow 方法 (54~59 行 ), 我們假設手機正上方為 0 度, 右側為 90 度, 則箭頭應該偏轉的角度只要將 target 減去 orientation 即可算出算出偏轉角度後呼叫 ArrowView 類別 ( 程式自行定義的, 稍後會解說 ) 的 setdegree 方法將角度傳送給 ArrowView 物件, 並將 ArrowView 顯示於畫面上於 onresume 方法啟動定位與感測服務 (39~45 行 ) 於 onpause 方法停止定位與感測服務 (48~52 行 ) 在這個 OrientationApp.java 的程式中, 我們沒學過的應該就只有第 15 行 Activity 類別的 setrequestedorientation 方法, 其可用來設定畫面的呈現方式, 是要直著看 (SCREEN_ORIENTATION_PORTRAIT) 或是橫著看

11 (SCREEN_ORIENTATION_LANDSCAPE), 如下圖所示, 其它的呈現方式可參考 ActivityInfo 類別的說明 [6] 接下來可以開始來討論 ArrowView.java 了, 其內容如下 : 1 public class ArrowView extends View { 2 3 private final float alength = (float)100.0; 4 private final float arrowd = (float)10.0; 5 private final float arroww = (float)5.0; 6 7 float startx, starty, stopx, stopy, degree; 8 9 public ArrowView(Context context) { 10 super(context); 11 startx = (float)160.0; 12 starty = (float)240.0; 13 degree = (float)0.0; 14 } protected void setdegree(float degree) { 17 this.degree = degree; 18 } protected void ondraw(canvas canvas) {

12 22 23 Paint paint = new Paint(); float radian = (float)(degree*math.pi/180.0); 26 stopx = startx + (float)(alength*math.sin(radian)); 27 stopy = starty - (float)(alength*math.cos(radian)); 28 canvas.drawcolor(color.white); 29 canvas.drawline(startx, starty, stopx, stopy, paint); float v3x, v3y, diffx, diffy, leftax, leftay, rightax, rightay; v3x = stopx + ((startx-stopx)*arrowd)/alength; 34 v3y = stopy + ((starty-stopy)*arrowd)/alength; diffx = (float)math.abs((arroww*(stopy-starty))/alength); 37 diffy = (float)math.abs((arroww*(stopx-startx))/alength); if ((startx-stopx) < 0.0) { 40 leftay = v3y - diffy; 41 rightay = v3y + diffy; 42 } else { 43 leftay = v3y + diffy; 44 rightay = v3y - diffy; 45 } if ((starty-stopy) < 0.0) { 48 leftax = v3x + diffx; 49 rightax = v3x - diffx; 50 } else { 51 leftax = v3x - diffx; 52 rightax = v3x + diffx; 53 } 54 canvas.drawline(leftax, leftay, stopx, stopy, paint); 55 canvas.drawline(rightax, rightay, stopx, stopy, paint); 56 } 57 } ArrowView 繼承了 View 類別, 是一個客製化的 View, 我們只要覆寫 ondraw 方

13 法, 便可呈現我們所設計的 View,onDraw 會傳進一個畫布 (Canvas) 物件, 我們只要在畫布上畫出想要呈現的線條圖形等即可設計出自己的 View, 這部份請讀者自行閱讀相關類別的說明文件 [7][8], 這裡不做太多的說明, 然而筆者還是附上一張圖, 讓讀者能夠更容易瞭解箭頭是如何畫出來的最後一件要提醒讀者的事是, 別忘了於 AndroidManifest.xml 中聲明這個程式需要得到精確位置資訊, 亦即要讀取 GPS 資訊下面是執行畫面, 然而要測詴這個程式是否正確, 還是要走出戶外 : 14.3 加速度感測器的應用在這一節筆者將示範一個加速度感測器的應用, 這個應用程式的功能用來偵測手機是否有劇烈晃動請讀者引進光碟中 \ 範例程式 \Chapter14\AccelerometerApp 這個專案, 裡面只有 AccelerometerApp 這個 Activity, 其內容如下 : 1 public class AccelerometerApp extends Activity { 2 3 float max;

14 4 TextView tv; 5 private SensorManager smgr; 6 private List<Sensor> slist; 7 boolean isstarted; 8 10 public void oncreate(bundle savedinstancestate) { 11 super.oncreate(savedinstancestate); setrequestedorientation( 14 ActivityInfo.SCREEN_ORIENTATION_PORTRAIT); setcontentview(r.layout.main); 17 tv = (TextView)findViewById(R.id.tv_max); 18 Button btn_start = (Button)findViewById(R.id.btn_start); 19 btn_start.setonclicklistener(start_l); 20 Button btn_stop = (Button)findViewById(R.id.btn_stop); 21 btn_stop.setonclicklistener(stop_l); smgr = (SensorManager)getSystemService( 24 Context.SENSOR_SERVICE); slist = smgr.getsensorlist(sensor.type_accelerometer); 27 if (slist.size() == 0) { 28 Toast.makeText(this, "No accelerometer sensor", 29 Toast.LENGTH_SHORT).show(); 30 finish(); 31 } 32 isstarted = false; 33 } private final SensorEventListener mlistener = new 36 SensorEventListener() { 37 public void onsensorchanged (SensorEvent event) { 38 if (event.sensor == slist.get(0)) { 39 if (isstarted == false) return; float totalforce = (float)0.0;

15 42 43 totalforce += (float)math.pow( 44 event.values[0]/sensormanager.gravity_earth, 2.0); 45 totalforce += (float)math.pow( 46 event.values[1]/sensormanager.gravity_earth, 2.0); 47 totalforce += (float)math.pow( 48 event.values[2]/sensormanager.gravity_earth, 2.0); totalforce = (float)math.sqrt(totalforce); if (totalforce > max) 53 max = totalforce; 54 } 55 } 56 public void onaccuracychanged (Sensor sensor, int accuracy) { 57 } 58 }; OnClickListener start_l = new OnClickListener() { 61 public void onclick(view v) { 62 if (isstarted == true) return; 63 isstarted = true; 64 max = (float)0.0; 65 smgr.registerlistener(mlistener, slist.get(0), 66 SensorManager.SENSOR_DELAY_UI); 67 tv.settext(""); 68 } 69 }; OnClickListener stop_l = new OnClickListener() { 72 public void onclick(view v) { 73 if (isstarted == false) return; 74 isstarted = false; 75 smgr.unregisterlistener(mlistener, slist.get(0)); 76 if (max < 2.5) { 77 tv.settext("fail! Try again!"); 78 } else { 79 tv.settext("max: " + max);

16 80 } 81 } 82 }; 83 } 這個程式有兩個按鈕 : Start 按鈕: 其傾聽者是實作於 60~69 行, 其主要功能是啟動感測器的讀取, 並將最大值 (max) 的值做初始化 Stop 按鈕: 其傾聽者是實作於 71~82 行, 其主要功能是停止讀取感測器, 並檢查所測得的最大值 (max) 是否有大於 2.5, 若小於 2.5, 會告訴使用者其沒有盡全力晃動手機, 若大於 2.5, 則將測得的最大值告訴使用者晃動值的計算是寫於感測器的傾聽者內 (35~58 行 ), 其主要是運用畢氏定理算出總值 ( a 2 + b 2 + c 2 ), 這裡順便跟讀者點出一件事, 當手機歪斜著拿著不動時, 若把三軸的加速度值利用畢氏定理算出會得出接近 9.81( 重力加速度 ) 的數才對讀者按下 Start 按鈕就可開始進行測詴, 而按下 Stop 按鈕就可觀看結果, 唯一要注意的是不要不小心把手機甩出去, 甚至砸到電視下面分別是晃動成功與失敗的執行結果畫面 : 14.4 摘要本章將介紹了感測器的相關應用, 首先我們學會了如何獲得手機上的感測器清單, 並瞭解如何讀取感測器的感測值接著我們分別學習了一個方位感測器 (Orientation Sensor) 與一個加速度感測器 (Accelerometer Sensor) 的應用手機和感測器的結合, 讓手機產生更多的應用, 除了應用於遊戲軟體, 感測器也讓手機上

17 實作擴增實境變得更容易 14.5 作業 1. 寫一個程式來判斷手機的放置方式 : 平放水平立放或垂直立放, 分別如下圖所示請使用加速度感測器 2. 寫一個程式來判斷手機的放置方式 : 平放水平立放或垂直立放這次請改用方位感測器 3. 改寫 14.2 的程式, 選定兩個不同的目標物, 程式會出現兩個箭頭分別指向兩個目標物 14.6 參考資料 [1] SensorManager Android Developers, [2] Sensor Android Developers, [3] SensorEventListener Android Developers, [4] SensorEvent Android Developers, [5] Location Android Developers, [6] ActivityInfo Android Developers,

18 [7] Canvas Android Developers, [8] Paint Android Developers,

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Microsoft PowerPoint - Lab 2-2 Android Sensors.pptx Nt Network Optimization i Lab Department of Computer Science National Chiao Tung University 前言 Android phone 和 sensor 的結合, 讓 Android phone 產生了更多的應用, 讓手機程式開發者可以朝向更多方面的發展, 不管是遊戲方面的應用, 抑或是行為偵測程式的開發, 都可藉由