Android在電子設(shè)備中作為傳感器存在

Android設(shè)備現(xiàn)在是小工具系列的一部分，提供基于傳感器的功能，讓開發(fā)人員可以通過確定某人放棄手機(jī)的頻率，以及允許用戶通過傾斜，搖晃或指向他們的方式來控制應(yīng)用程序和游戲。手機(jī)。

開源Android平臺是使用硬件傳感器創(chuàng)建創(chuàng)新應(yīng)用程序的理想選擇。然而，它不是針對實(shí)時傳感器數(shù)據(jù)采集進(jìn)行優(yōu)化的，并且需要智能算法來處理然后提供可用的傳感器信息。

Gaming是Android手機(jī)最受歡迎的傳感器應(yīng)用之一。游戲應(yīng)用程序使用陀螺儀，加速度計(jì)和指南針來實(shí)現(xiàn)如通過隧道“飛行”的豐富用戶體驗(yàn)，以及玩家在任何方向上體驗(yàn)或模擬運(yùn)動的游戲。作為一個例子，考慮任天堂在其Wii系統(tǒng)游戲中使用動作感應(yīng)，允許用戶通過手勢識別和指向，通過使用加速度計(jì)和光學(xué)傳感器技術(shù)與屏幕上的項(xiàng)目進(jìn)行交互和操作。

Android平臺本身為傳感器提供了豐富的機(jī)會來監(jiān)控手機(jī)環(huán)境并與之互動?？梢院湍壳罢谑褂玫膫鞲衅靼铀俣扔?jì)，陀螺儀，羅盤，以及壓力，溫度和圖像傳感器。出于本文的目的，將僅討論前三個，作為獨(dú)立設(shè)備，并通過傳感器融合，作為系統(tǒng)，以便：

陀螺儀提供方向和良好的動態(tài)響應(yīng)

加速度計(jì)通過重力提供校正

羅盤因磁北提供校正

Android操作系統(tǒng)和傳感器

這里是Android操作系統(tǒng)中使用的傳感器背后的魔力：你可以使用操作系統(tǒng)訪問設(shè)備中的底層硬件，因?yàn)橛布δ芤呀?jīng)浮出水面，便于開發(fā)人員使用。 Android是一款面向移動設(shè)備的開源軟件堆棧。它是開源的，因?yàn)楣雀柘Ｍ_保沒有中心點(diǎn)失敗，并且沒有任何一個行業(yè)參與者可以限制或控制任何其他創(chuàng)新。通過開源平臺和下載Android SDK，您可以前所未有地訪問這些與傳感器相關(guān)的功能：

android.hardware.SensorManager - 這是一個可以訪問Android平臺內(nèi)可用傳感器的類。

android.hardware.SensorListener - 由類實(shí)現(xiàn)的接口，用于在傳感器實(shí)時更改時接收傳感器值的更新，以便它可以監(jiān)視硬件中的一個或多個傳感器。

android.hardware.SensorManager包含代表Android傳感器系統(tǒng)不同方面的常量，包括：

傳感器類型

采樣率

準(zhǔn)確度

使用本機(jī)代碼的應(yīng)用程序可以直接在該本機(jī)代碼中接收和處理輸入和傳感器事件，從而顯著提高效率和響應(yīng)能力。使用Android操作系統(tǒng)時，傳感器的選擇并不一定會有所不同;它增強(qiáng)了從傳感器中哄騙最佳性能的能力。

平臺公開的本機(jī)庫允許應(yīng)用程序處理與框架中可用的輸入事件相同類型的輸入事件。應(yīng)用程序可以從所有支持的傳感器類型接收事件，并可以啟用/禁用特定傳感器并管理事件傳遞速率和排隊(duì)。現(xiàn)在讓我們來研究可以應(yīng)用于Android平臺的傳感器類型。

陀螺儀

陀螺儀是角速度傳感器，使用科里奧利效應(yīng)測量自己的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)質(zhì)量移動并且參照系旋轉(zhuǎn)時，會發(fā)生這種效果。陀螺儀非常快速地移動質(zhì)量，使其振蕩并產(chǎn)生科里奧利效應(yīng)是這種振蕩的結(jié)果。當(dāng)質(zhì)量以大約30 kHz振蕩時，電容式傳感器可以接收此信號。在Android智能手機(jī)等手持式儀器中，三軸陀螺儀會振動并感知旋轉(zhuǎn)。在物理上，硅以必要的邏輯放置在傳感器下方，并且通常將較大的芯片放置在堆疊中的芯片下以執(zhí)行信號調(diào)節(jié)和傳感器融合，從系統(tǒng)中的其他傳感器獲取輸入。

STMicroelectronics LPY450AL MEMS運(yùn)動傳感器（圖1）是用于指點(diǎn)設(shè)備和游戲控制器的雙軸俯仰和偏航±500 dps模擬陀螺儀。它是一款低功耗，雙軸微機(jī)械陀螺儀，能夠測量沿俯仰和偏轉(zhuǎn)軸的角速率，在擴(kuò)展的工作溫度范圍（-40°至85°C）內(nèi)提供溫度穩(wěn)定性和高分辨率。 LPY450AL具有±500 dps的滿量程，能夠檢測-3 dB帶寬高達(dá)140 Hz的速率。

圖1：STMicroelectronics的LPY450AL陀螺儀。

該裝置包括由單個驅(qū)動質(zhì)量構(gòu)成的傳感元件，該傳感元件保持連續(xù)振蕩并且能夠基于科里奧利原理在施加角速率時作出反應(yīng)。 CMOS IC通過模擬輸出電壓為外部世界提供測量的角速率，允許高水平的集成和生產(chǎn)調(diào)整，以更好地匹配傳感元件特性。 LPY450AL采用塑料焊盤網(wǎng)格陣列（LGA）封裝。

加速度計(jì)

加速度計(jì)是一種測量加速度的傳感器，它可以測量速度隨時間的變化率。使用矢量描述速度，正如您將從基礎(chǔ)物理中回憶的那樣 - 與標(biāo)量具有幅度和（這是關(guān)鍵）方向不同。在手機(jī)中，三軸加速度計(jì)提供方向，指示手機(jī)是朝上還是朝下，屏幕是面向用戶，還是顛倒以及兩者之間的所有組合。在手機(jī)中，加速度計(jì)設(shè)計(jì)用于拾取所有移動，包括傾斜，俯仰和滾動。

為了將抖動應(yīng)用于手機(jī)的控制曲目，可以開發(fā)一種算法，用于檢查重力方向相對于手機(jī)軸的快速變化。在這里，檢測到傾斜X，Y和Z值的快速變化，并且可以設(shè)置閾值以確定何時發(fā)生足夠快速的變化，同時過濾掉緩慢變化的變化，例如簡單地回答或拿起電話而不是搖晃它。

加速度傳感器的一個例子是Bosch的BMA220（圖2），三軸±2到±16 g加速度傳感器，帶有片上運(yùn)動觸發(fā)中斷控制器。該傳感器是一款三軸加速度計(jì)，具有超小封裝尺寸（2 x 2 x 0.98 mm）。數(shù)字接口SPI（四線，三線）I2C，中斷引腳，I/O電源電壓范圍為1.6至3.6 V.具有可編程功能。

圖2：框圖BMA220。來源：數(shù)據(jù)表 - BOSCH Sensortec

圖3：LSM320DL線性傳感器模塊。

另一個例子是STMicroelectronics的LSM320DL（圖3）線性傳感器模塊。它是一個采用3D數(shù)字加速度計(jì)和2D數(shù)字陀螺儀的系統(tǒng)級封裝。各種傳感元件采用專門的微機(jī)械加工工藝制造，而IC接口則采用CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，允許您設(shè)計(jì)一個專用電路，該電路經(jīng)過微調(diào)以更好地匹配傳感元件特性。 LSM320DL具有動態(tài)用戶可選的滿量程加速度范圍±2 g，±4 g，±8和±16 g，角速率為±250，±500和±2，000度/s。

加速度計(jì)和陀螺儀傳感器可以激活，也可以分別置于低功耗或省電模式，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用優(yōu)化的省電。 LSM320DL采用塑料焊盤網(wǎng)格陣列（LGA）封裝。該部分的目標(biāo)是GPS導(dǎo)航，沖擊識別和記錄，游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)輸入設(shè)備，運(yùn)動激活功能，振動監(jiān)測和補(bǔ)償，自由落體檢測和6D方向檢測等應(yīng)用。

羅盤

指南針與加速度計(jì)配合使用，可提供磁北向。磁場傳感器在嘈雜的環(huán)境中工作，拾取所有可能的磁場，其中包括來自藍(lán)牙芯片，揚(yáng)聲器，麥克風(fēng)的干擾，幾乎任何被磁化的電路板上的干擾。當(dāng)電線上的電流被霍爾效應(yīng)偏轉(zhuǎn)時，即當(dāng)存在磁場時，指南針工作。它們可以完全由硅電子產(chǎn)品制造。

三軸數(shù)字羅盤IC的一個例子是霍尼韋爾（中國）的HMC5883L（圖4）表面貼裝多芯片模塊，專為具有數(shù)字接口的低場磁感應(yīng)而設(shè)計(jì)。 HMCa5883L包括一個高分辨率HMC 118X系列磁阻傳感器，一個帶放大功能的ASIC，自動消磁帶驅(qū)動器，偏移消除功能和一個12位ADC，可實(shí)現(xiàn)1到2英寸的羅盤航向精度。 I2C串行總線允許簡單的接口。應(yīng)用包括移動電話，上網(wǎng)本，消費(fèi)電子產(chǎn)品，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和個人導(dǎo)航設(shè)備。

圖4：HMC5883L內(nèi)部原理圖。

HMC5883L采用霍尼韋爾（中國）的各向異性磁阻（AMR）技術(shù)，可提供精確的軸內(nèi)靈敏度和線性度。具有極低交叉軸靈敏度的固態(tài)結(jié)構(gòu)旨在測量地球磁場的方向和大小。

傳感器融合

在手持式手機(jī)傳感器中，來自上述組件的數(shù)據(jù)被整合在一起，形成了所謂的傳感器融合。例如，使用陀螺儀并找到方向，然后使用加速度計(jì)來保持方向相對于重力正確 - 同時消除漂移 - 使您能夠創(chuàng)建有效的應(yīng)用程序，同時獨(dú)立地使用數(shù)據(jù)并且每個傳感器單獨(dú)使用不給你一個理想的結(jié)果。

同樣，指南針需要傾斜補(bǔ)償。除非相對于設(shè)備如何被保持理解水平面，否則不可能知道航向。使用加速度計(jì)執(zhí)行傾斜補(bǔ)償，但它們不測量重力。加速度計(jì)和陀螺儀都用于傾斜補(bǔ)償羅盤。

開發(fā)仍在繼續(xù)

在移動應(yīng)用開發(fā)中使用陀螺儀，加速度計(jì)和指南針肯定會增加。當(dāng)這些傳感器與移動GPS，光傳感器和其他輸入相結(jié)合時，可以實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用程序的新的和激動人心的交互。已經(jīng)有許多相當(dāng)復(fù)雜的動作可以通過結(jié)合傳感器融合使用各種傳感器在Android（或iOS和Windows Mobile設(shè)備）等平臺上執(zhí)行。