深入探讨Android传感器

对于Java开发人员来说，Android 平台是通过使用硬件传感器创建创新应用程序的理想平台。我们将学习一些可用于 Android 应用程序的接口连接选项，包括使用传感器子系统和录制音频片段。

利用配备Android 的设备的硬件功能可以构建哪些应用程序呢?任何需要电子监视和监听的应用程序都可以构建。婴儿监视器、安全系统，甚至地震仪都可以。理论上讲，您不能同时 出现在两个地方，但 Android 可以利用一些可行的方法实现这一点。纵观本文始末，您必须记住，使用的 Android 设备不仅仅局限于 “手机”，还可以是部署在固定位置、具有无线网络连接的设备，比如 EDGE 或 WiFi。

使用 Android 平台有一个很新颖的地方，那就是您可以在设备内部访问一些 “好工具”。过去，访问设备底层硬件的能力一度让移动开发人员感到非常棘手。尽管 Android Java 环境的角色仍然是您和设备的桥梁，但 Android 开发团队让许多硬件功能浮出了水面。该平台是一个开源平台，因此您可以自由地编写代码实现您的任务。

如果尚未安装 Android，您可以 下载 Android SDK。您还可以 浏览 android.hardware 包的内容并参考本文的示例。android.media 包 包含了一些提供有用和新颖功能的类。

Android SDK 中包含的一些面向硬件的功能描述如下。

表 1. Android SDK 中提供的面向硬件的特性

android.hardware.SensorManager 包含几个常量，这表示 Android 传感器系统的不同方面，包括：

传感器类型

方向、加速表、光线、磁场、临近性、温度等。

采样率

最快、游戏、普通、用户界面。当应用程序请求特定的采样率时，其实只是对传感器子系统的一个提示，或者一个建议。不保证特定的采样率可用。

准确性

高、低、中、不可靠。

SensorListener 接口是传感器应用程序的中心。它包括两个必需方法：

onSensorChanged(int sensor,float values[]) 方法在传感器值更改时调用。该方法只对受此应用程序监视的传感器调用(更多内容见下文)。该方法的参数包括：一个整数，指示更改的传感器;一个浮点值数组，表示传感器数据本身。有些传感器只提供一个数据值，另一些则提供三个浮点值。方向和加速表传感器都提供三个数据值。

当传感器的准确性更改时，将调用 onAccuracyChanged(int sensor,int accuracy) 方法。参数包括两个整数：一个表示传感器，另一个表示该传感器新的准确值。

要与传感器交互，应用程序必须注册以侦听与一个或多个传感器相关的活动。注册使用 SensorManager 类的 registerListener 方法完成。本文中的 代码示例 演示了如何注册和注销 SensorListener。

记住，并非所有支持 Android 的设备都支持 SDK 中定义的所有传感器。如果某个传感器无法在特定的设备上使用，您的应用程序就会适当地降级。

样例应用程序仅监控对方向和加速表传感器的更改(源代码见 下载)。当收到更改时，传感器值在 TextView 小部件的屏幕上显示。图 1 展示了该应用程序的运行情况。

图 1. 监视加速和方向

使用 Eclipse 环境和 Android Developer Tools 插件创建的应用程序。(关于使用 Eclipse 开发 Android 应用程序的信息，请参见 参考资料。)清单 1 展示了该应用程序的代码。

清单 1. IBMEyes.java

package com.msi.ibm.eyes; 
import android.app.Activity; 
import android.os.Bundle; 
import android.util.Log; 
import android.widget.TextView; 
import android.hardware.SensorManager; 
import android.hardware.SensorListener; 
public class IBMEyes extends Activity implements SensorListener { 
final String tag = "IBMEyes"; 
SensorManager sm = null; 
TextView xViewA = null; 
TextView yViewA = null; 
TextView zViewA = null; 
TextView xViewO = null; 
TextView yViewO = null; 
TextView zViewO = null; 
 
/** Called when the activity is first created. */ 
@Override 
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
super.onCreate(savedInstanceState); 
// get reference to SensorManager 
sm = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE); 
setContentView(R.layout.main); 
xViewA = (TextView) findViewById(R.id.xbox); 
yViewA = (TextView) findViewById(R.id.ybox); 
zViewA = (TextView) findViewById(R.id.zbox); 
xViewO = (TextView) findViewById(R.id.xboxo); 
yViewO = (TextView) findViewById(R.id.yboxo); 
zViewO = (TextView) findViewById(R.id.zboxo); 
} 
public void onSensorChanged(int sensor, float[] values) { 
synchronized (this) { 
Log.d(tag, "onSensorChanged: " + sensor + ", x: " +  
values[0] + ", y: " + values[1] + ", z: " + values[2]); 
if (sensor == SensorManager.SENSOR_ORIENTATION) { 
xViewO.setText("Orientation X: " + values[0]); 
yViewO.setText("Orientation Y: " + values[1]); 
zViewO.setText("Orientation Z: " + values[2]); 
} 
if (sensor == SensorManager.SENSOR_ACCELEROMETER) { 
xViewA.setText("Accel X: " + values[0]); 
yViewA.setText("Accel Y: " + values[1]); 
zViewA.setText("Accel Z: " + values[2]); 
}  
} 
} 
 
public void onAccuracyChanged(int sensor, int accuracy) { 
Log.d(tag,"onAccuracyChanged: " + sensor + ", accuracy: " + accuracy); 
} 
@Override 
protected void onResume() { 
super.onResume(); 
// register this class as a listener for the orientation and accelerometer sensors 
sm.registerListener(this,  
SensorManager.SENSOR_ORIENTATION |SensorManager.SENSOR_ACCELEROMETER, 
SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL); 
} 
 
@Override 
protected void onStop() { 
// unregister listener 
sm.unregisterListener(this); 
super.onStop(); 
}  
} 

编写应用程序必须基于常见的活动，因为它只是利用从传感器获取的数据更新屏幕。在设备可能在前台执行其他活动的应用程序中，将应用程序构建为服务可能更加合适。

该活动的 onCreate 方法可以引用 SensorManager，其中包含所有与传感器有关的函数。onCreate 方法还建立了对 6 个 TextView 小部件的引用，您需要使用传感器数据值更新这些小部件。

onResume() 方法使用对 SensorManager 的引用通过 registerListener 方法注册传感器更新：

第一个参数是实现 SensorListener 接口的类的实例。

第二个参数是所需传感器的位掩码。在本例中，应用程序从 SENSOR_ORIENTATION 和 SENSOR_ACCELEROMETER 请求数据。

第三个参数是一个系统提示，指出应用程序更新传感器值所需的速度。

应用程序(活动)暂停后，需要注销侦听器，这样以后就不会再收到传感器更新。这通过 SensorManager 的 unregisterListener 方法实现。惟一的参数是 SensorListener 的实例。

在 registerListener 和 unregisterListener 方法调用中，应用程序使用关键字 this。注意类定义中的 implements 关键字，其中声明了该类实现 SensorListener 接口。这就是要将它传递到 registerListener 和 unregisterListener 的原因。

SensorListener 必须实现两个方法 onSensorChange 和 onAccuracyChanged。示例应用程序不关心传感器的准确度，但关注传感器当前的 X、Y 和 Z 值。onAccuracyChanged 方法实质上不执行任何操作;它只在每次调用时添加一个日志项。

似乎经常需要调用 onSensorChanged 方法，因为加速表和方向传感器正在快速发送数据。查看第一个参数确定哪个传感器在发送数据。确认了发送数据的传感器之后，将使用方法第二个参数传递的浮点 值数组中所包含的数据更新相应的 UI 元素。该示例只是显示这些值，但在更加高级的应用程序中，还可以分析这些值，比较原来的值，或者设置某种模式识别算法来确定用户(或外部环境)的行为。

现在您已经了解了传感器子系统，接下来的部分将回顾一个在 Android 手机上录制音频的代码样例。该样例运行在 DEV1 开发设备上。

使用 MediaRecorder

android.media 包包含与媒体子系统交互的类。使用 android.media.MediaRecorder 类进行媒体采样，包括音频和视频。MediaRecorder 作为状态机运行。您需要设置不同的参数，比如源设备和格式。设置后，可执行任何时间长度的录制，直到用户停止。

清单 2 包含的代码在 Android 设备上录制音频。显示的代码不包括应用程序的 UI 元素(完整源代码见 下载)。

清单 2. 录制音频片段

MediaRecorder mrec ; 
File audiofile = null; 
private static final String TAG="SoundRecordingDemo"; 
protected void startRecording() throws IOException  
{ 
mrec.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC); 
mrec.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.THREE_GPP); 
mrec.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB); 
if (mSampleFile == null)  
{ 
File sampleDir = Environment.getExternalStorageDirectory(); 
try 
{  
audiofile = File.createTempFile("ibm", ".3gp", sampleDir); 
} 
catch (IOException e)  
{ 
Log.e(TAG,"sdcard access error"); 
return; 
} 
} 
mrec.setOutputFile(audiofile.getAbsolutePath()); 
mrec.prepare(); 
mrec.start(); 
} 
protected void stopRecording()  
{ 
mrec.stop(); 
mrec.release(); 
processaudiofile(audiofile.getAbsolutePath()); 
} 
protected void processaudiofile()  
{ 
ContentValues values = new ContentValues(3); 
long current = System.currentTimeMillis(); 
values.put(MediaStore.Audio.Media.TITLE, "audio" + audiofile.getName()); 
values.put(MediaStore.Audio.Media.DATE_ADDED, (int) (current / 1000)); 
values.put(MediaStore.Audio.Media.MIME_TYPE, "audio/3gpp"); 
values.put(MediaStore.Audio.Media.DATA, audiofile.getAbsolutePath()); 
ContentResolver contentResolver = getContentResolver(); 
 
Uri base = MediaStore.Audio.Media.EXTERNAL_CONTENT_URI; 
Uri newUri = contentResolver.insert(base, values); 
 
sendBroadcast(new Intent(Intent.ACTION_MEDIA_SCANNER_SCAN_FILE, newUri)); 
} 

在 startRecording 方法中，实例化并初始化 MediaRecorder 的实例：

输入源被设置为麦克风(MIC)。

输出格式被设置为 3GPP(*.3gp 文件)，这是移动设备专用的媒体格式。

编码器被设置为 AMR_NB，这是音频格式，采样率为 8 KHz。NB 表示窄频。SDK 文档 解释了不同的数据格式和可用的编码器。

音频文件存储在存储卡而不是内存中。External.getExternalStorageDirectory() 返回存储卡位置的名称，在该目录中将创建一个临时文件名。然后，通过调用 setOutputFile 方法将文件关联到 MediaRecorder 实例。音频数据将存储到该文件中。

调用 prepare 方法完成 MediaRecorder 的初始化。准备开始录制流程时，将调用 start 方法。在调用 stop 方法之前，将对存储卡上的文件进行录制。release 方法将释放分配给 MediaRecorder 实例的资源。

音频采样完成之后，需要采取以下步骤：

向设备的媒体库添加该音频。

执行一些模式识别步骤确定声音：

• 这是婴儿的啼哭声吗? 
• 这是所有人的声音吗?是否要解锁手机? 
• 这是 “芝麻开门” 吗?是否要打开通往 “秘密通道” 的大门? 

自动将音频文件上传到网络位置以便处理。

在该代码样例中，processaudiofile 方法将音频添加到媒体库。使用 Intent 通知设备上的媒体应用程序有新内容可用。

关于该代码片段最后要注意的是：如果您试用，它一开始不会录制音频。您将看到创建的文件，但是没有任何音频。您需要向 AndroidManifest.xml 文件添加权限：

<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO"></uses-permission> 

现在，您已经学了一点关于与 Android 传感器和录制音频相关的内容。下一节将更全面的介绍与数据采集和报告系统有关的应用程序架构。

Android 作为传感器平台

Android 平台包含各种用于监视环境的传感器选项。有了输入或模拟选项数组，以及高级计算和互联功能，Android 成为构建实际系统的最佳平台。图 2 显示了输入、应用程序逻辑、通知方法或输出之间的简单视图。

图 2. 以 Android 为中心的传感器系统的方块图

该架构很灵活;应用程序逻辑可以划分为本地 Android 设备和服务器端资源(可以实现更大的数据库和计算功能)。例如，本地 Android 设备上录制的音轨可以 POST 到 Web 服务器，其中将根据音频模式数据库比较数据。很明显，这仅仅是冰山一角。希望您能更深入地研究，让 Android 平台超越移动电话的范畴。

结束语

在本文中，我们介绍了 Android 传感器。样例应用程序度量了方向和加速，以及使用 MediaRecorder 类与录制功能进行交互。对于构建实际系统，Android 是一个灵活、有吸引力的平台。Android 领域发展迅速，并且不断壮大。请务必关注该平台。