浅谈加速度传感器及其在计步器中的应用

手机传感器中的加速度传感器

期末做的是计步器APP，所以对加速度传感做了些研究哈哈，下面我就讲讲我学习的一下东西。

1、什么是加速度传感器？

首先传感器，顾名思义，就是将对象的变化感受传达给设备的一种工具，在Android中使用加速度传感器可以帮助我们识别手机的姿态及运动状态。经常听到的有方向传感器，重力感应器，加速度传感器，心率传感器等等。不同版本系统安卓机支持的传感器会不同，所以开发时要选择支持加速度传感器的安卓系统版本。

2、 加速度的求取

由于手机会固定受到地球重力加速度,因此传感器的读数是受此影响后的数值。
假如我们的手机是垂直摆放,机头朝上。那么x,z轴均无加速度,y轴上会固定受到地球重力加速度的影响。
此时,由于y轴向上为正方向,因此重力加速度为负值,y轴的加速度就为:
ay=a−(−g)=a+9.81
因此竖直静止时,三轴的加速度近似于:
(ax,ay,az)=(0,9.81,0)
反之在垂直摆放,机头朝下(倒立摆放)时。y轴方向是向下的,因此这时地球加速度为+9.81。这种情况下y轴的加速度:
ay=a−g=a−9.81
静止时有近似值:
(ax,ay,az)=(0,−9.81,0)

3、使用加速度传感器与其他传感器的方法大致相同,通过调用系统API就可以实现。分为以下几步:

1.获取SensorManager
2.使用SensorManager获取加速度传感器
3.创建自定义的传感器监听函数,并注册
4.相对应的,在合适位置实现注销监听器的调用

4、献上我的学习代码

public class MainActivity extends Activity{
private static final String TAG = “SensorTest”;
private Sensor mAccelerometer;
private TestSensorListener mSensorListener;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
initViews();

// 初始化传感器

mSensorListener = new TestSensorListener();
mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
mAccelerometer = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
{
super.onResume();

// 注册传感器监听函数

mAccelerometer, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI); }

@Override
protected void onPause()
{
super.onPause();
{
mSensorInfoA = (TextView) findViewById(R.id.sensor_info_a);
}

class TestSensorListener implements SensorEventListener {
@Overridepublic void onSensorChanged(SensorEvent event)
{

// 读取加速度传感器数值,values数组0,1,2分别对应x,y,z轴的加速度

Log.i(TAG, “onSensorChanged: ” + event.values[0] + “, ” + event.values[1] + “, ” + event.values[2]);
}

@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy)

{
Log.i(TAG, “onAccuracyChanged”);
}
}
}

5计步器

计步器需要手机硬件加速度传感器的支持，而计步器的开发可以用手机自己的传感器也可以用Google内置
计步器开发。这里我选择自己的手机传感器。

6、传感器运行后计步器的工作原理

使用这个传感器时会检测传感器的变化，得到传感器三轴的值（x,y,z）然后计算他们的平均值，这样做的目的是为了平衡在某一个方向数值过大造成的数据误差，然后将该值与上一时间点的值进行比较，判断是否为波峰或波谷，如果是就相应的保存下来。

如果检测到了波峰，并且符合时间差以及阈值的条件，则判定位1步，如果符合时间差条件，波峰波谷差值大于initialValue，则将该差值纳入阈值的计算中。同时为防止微小震动对计步的影响，我们将计步分为3个状态——准备计时、计时中、计步中。注意：这里要设计的更加符合实际的运动情况，让软件会分辨有效和无效的步数！！！

所谓“计时中”是在3.5秒内每隔0.7秒对步数进行一次判断，看步数是否仍然在增长，如果不在增长说明之前是无效的震动并没有走路，得到的步数不计入总步数中；反之则将这3.5秒内的步数加入总步数中。

之后进入“计步中”状态进行持续计步，并且每隔2秒去判断一次当前步数和2秒前的步数是否相同，如果相同则说明步数不在增长，计步结束。

为了更直观的理解，附上一张图（原谅我的盗图）

7、实现代码MainActivity.java

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener,ensorEventListener {

private SensorManager sManager;
private Sensor mSensorAccelerometer;
private TextView tv_step;
private Button btn_start;
private int step = 0;   //步数
private double oriValue = 0;  //原始值
private double lstValue = 0;  //上次的值
private double curValue = 0;  //当前值
private boolean motiveState = true;   //是否处于运动状态
private boolean processState = false;   //标记当前是否已经在计步


@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);
    sManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);
    mSensorAccelerometer = sManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
    sManager.registerListener(this, mSensorAccelerometer, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
    bindViews();
}

private void bindViews() {

    tv_step = (TextView) findViewById(R.id.tv_step);
    btn_start = (Button) findViewById(R.id.btn_start);
    btn_start.setOnClickListener(this);
}


@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
    double range = 1;   //设定一个精度范围
    float[] value = event.values;
    curValue = magnitude(value[0], value[1], value[2]);   //计算当前的模
    //向上加速的状态
    if (motiveState == true) {
        if (curValue >= lstValue) lstValue = curValue;
        else {
            //检测到一次峰值
            if (Math.abs(curValue - lstValue) > range) {
                oriValue = curValue;
                motiveState = false;
            }
        }
    }
    //向下加速的状态
    if (motiveState == false) {
        if (curValue <= lstValue) lstValue = curValue;
        else {
            if (Math.abs(curValue - lstValue) > range) {
                //检测到一次峰值
                oriValue = curValue;
                if (processState == true) {
                    step++;  //步数 + 1
                    if (processState == true) {
                        tv_step.setText(step + "");    //读数更新
                    }
                }
                motiveState = true;
            }
        }
    }
}

@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {}

@Override
public void onClick(View v) {
    step = 0;
    tv_step.setText("0");
    if (processState == true) {
        btn_start.setText("开始");
        processState = false;
    } else {
        btn_start.setText("停止");
        processState = true;
    }
}

//向量求模
public double magnitude(float x, float y, float z) {
    double magnitude = 0;
    magnitude = Math.sqrt(x * x + y * y + z * z);
    return magnitude;
}

@Override
protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    sManager.unregisterListener(this);
}

}