Освой Android играючи

Сайт Александра Климова

Шкодим

/* Моя кошка замечательно разбирается в программировании. Стоит мне объяснить проблему ей - и все становится ясно. */
John Robbins, Debugging Applications, Microsoft Press, 2000

Собираем показания датчиков

Общая информация

Датчики, следящие за физическими свойствами и состоянием окружающей среды, предоставляют инновационные способы для улучшения мобильных приложений. Наличие в современных телефонах электронных компасов, датчиков равновесия, яркости и близости открывает целый ряд новых возможностей для взаимодействия с устройством, таких как дополненная реальность и ввод данных, основанный на перемещениях в пространстве.

Датчики в Android делятся на несколько категорий: движения, положения и окружающей среды. Ниже перечислены некоторые виды популярных датчиков:

  • Акселерометр (TYPE_ACCELEROMETER)
  • Гироскоп (TYPE_GYROSCOPE)
  • Датчик освещения (TYPE_LIGHT)
  • Датчик расстояния (TYPE_PROXIMITY)
  • Датчик магнитных полей (TYPE_MAGNETIC_FIELD)
  • Барометр (TYPE_PRESSURE)
  • Датчик температуры окружающей среды (TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE)
  • Измеритель относительной влажности (TYPE_RELATIVE_HUMIDITY)

В каждом телефоне может быть свой набор датчиков. В большинстве аппаратов есть — акселерометр и гироскоп.

Каждый из представленных датчиков заслуживает отдельной статьи. Имейте в виду, что существуют устаревшие классы для работы с датчиками, в частности, для датчиков ориентации и температуры.

Необходимо помнить несколько вещей, работая с датчиками:

  • Показания бывают очень неровными. Вам нужно использовать какое-то среднее значение показаний, но не переборщить, чтобы приложение оставалось отзывчивым
  • Данные приходят неравномерно. Не ждите спокойного, ровного потока данных
  • Попробуйте предугадать будущие действия пользователя. Например, если идут данные о начале вращения устройства, можно предугадать следующее движение и подготовиться к нему

На эмуляторе практически невозможно тестировать работу с датчиками, поэтому используйте реальные устройства. В последних версиях эмуляторов список возможностей датчиков расширился. Смотрите в настройках эмулятора раздел Virtual sensors.

За работу с сенсорами отвечает класс SensorManager, содержащий несколько констант, которые характеризуют различные аспекты системы датчиков Android, в том числе:

Тип датчика
Ориентация, акселерометр, свет, магнитное поле, близость, температура и т.д.
Частота измерений
Максимальная, для игр, обычная, для пользовательского интерфейса. Когда приложение запрашивает конкретное значение частоты отсчётов, с точки зрения сенсорной подсистемы это лишь рекомендация. Никакой гарантии, что измерения будут производиться с указанной частотой, нет.
Точность
Высокая, низкая, средняя, ненадёжные данные.

Типы датчиков

  • TYPE_ACCELEROMETER - Измеряет ускорение в пространстве по осям X, Y, Z
  • TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE - Новый датчик для измерения температуры (API 14) в градусах Цельсия, который заменил устаревший TYPE_TEMPERATURE
  • TYPE_GRAVITY - Трёхосевой датчик силы тяжести. Как правило, это виртуальный датчик и представляет собой низкочастотный фильтр для показаний, возвращаемых акселерометром
  • TYPE_GYROSCOPE - Трёхосевой гироскоп, возвращающий текущее положение устройства в пространстве в градусах по трём осям. По другим данным, возвращает скорость вращения устройства по трём осям в радианах в секунду.
  • TYPE_LIGHT - Измеряет степень освещённости. Датчик окружающей освещённости, который описывает внешнюю освещённость в люксах. Этот тип датчиков обычно используется для динамического изменения яркости экрана.
  • TYPE_LINEAR_ACCELERATION - Трёхосевой датчик линейного ускорения, возвращающий показатели ускорения без учёта силы тяжести. Это виртуальный датчик, использующий показания акселерометра.
  • TYPE_MAGNETIC_FIELD - Датчик магнитного поля, определяющий текущие показатели магнитного поля в микротеслах по трём осям.
  • TYPE_ORIENTATION - Датчик ориентации. Измеряет повороты, наклоны и вращение устройства. Считается устаревшим
  • TYPE_PRESSURE - Датчик атмосферного давления (барометр), возвращающий текущее давление в миллибарах. Можно определять высоту над уровнем моря, путём сравнения атмосферного давления в двух точках. Также барометры могут применяться для прогнозирования погоды.
  • TYPE_PROXIMITY - Датчик приближённости, который сигнализирует о расстоянии между устройством и целевым объектом в сантиметрах. Каким образом выбирается объект и какие расстояния поддерживаются, зависит от аппаратной реализации данного датчика, возможно возвращение двух значений - Близко и Далеко. Типичное его применение — обнаружение расстояния между устройством и ухом пользователя для автоматического регулирования яркости экрана или выполнения голосовой команды.
  • TYPE_RELATIVE_HUMIDITY - Датчик относительной влажности в виде процентного значения (API 14)
  • TYPE_ROTATION_VECTOR - Возвращает положение устройства в пространстве в виде угла относительно оси. Виртуальный датчик, берущий показания от акселерометра и гироскопа. Также может использовать показания датчика магнитного поля
  • TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR - альтернатива TYPE_ROTATION_VECTOR. Меньшая точность, но меньший расход батареи. Появился в Android 4.4 (API 19)
  • TYPE_POSE_6DOF - ещё одна альтернатива TYPE_ROTATION_VECTOR. Появился в Android 7.0 (API 24)
  • TYPE_SIGNIFICANT_MOTION - Появился в Android 4.3 (API 18)
  • TYPE_MOTION_DETECT - детектор движения. Появился в Android 7.0 (API 24)
  • TYPE_STATIONARY_DETECT - Появился в Android 7.0 (API 24)
  • TYPE_STEP_COUNTER - датчик для подсчёта количества шагов
  • TYPE_STEP_DETECTOR - определение начала шагов
  • TYPE_HEART_BEAT - пульс. Появился в Android 7.0 (API 24)
  • TYPE_HEART_RATE - сердечная активность. Появился в Android 4.4 (API 20)
  • TYPE_LOW_LATENCY_OFFBODY_DETECT - Появился в Android 8.0 (API 26)

Кроме аппаратных датчиков, в устройствах используются виртуальные датчики, которые предоставляют упрощённые, уточнённые или комбинированные показания, используя комбинацию из нескольких аппаратных датчиков. В некоторых случаях этот способ удобнее.

Чтобы получить доступ к сенсорам, нужно вызвать метод getSystemService().


// Kotlin
private lateinit var sensorManager: SensorManager

sensorManager = getSystemService(SENSOR_SERVICE) as SensorManager

// Java private SensorManager sensorManager; sensorManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

Устройство может включать в себя несколько реализаций одного и того же типа датчиков. Чтобы найти реализацию, используемую по умолчанию, вызовите метод getDefaultSensor() из объекта SensorManager, передавая ему в качестве параметра тип датчика в виде одной из констант, описанных выше.

Следующий фрагмент кода вернёт объект, описывающий гироскоп по умолчанию. Если для данного типа не существует датчика по умолчанию, будет возвращено значение null.


// Kotlin
sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE)

// лучше использовать вариант с проверкой
if (sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE) != null) {
    // Успешно! У нас есть гироскоп
} else {
    // Неудачно! Гироскоп не обнаружен
}

// Java Sensor defaultGyroscope = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE);

Таблица значений, возвращаемых датчиками

Тип датчикаКоличество значенийСодержание значенийПримечание
TYPE_ACCELEROMETER3value[0]: ось X (поперечная)
value[1]: ось Y (продольная)
value[2]: ось Z (вертикальная)
Ускорение (м/с2) по трём осям.
Константы SensorManager.GRAVITY_*
TYPE_GRAVITY3value[0]: ось X (поперечная)
value[1]: ось Y (продольная)
value[2]: ось Z (вертикальная)
Сила тяжести (м/с2) по трём осям.
Константы SensorManager.GRAVITY_*
TYPE_RELATIVE_HUMIDITY1value[0]:относительная влажностьОтносительная влажность в процентах (%)
TYPE_LINEAR_ACCELERATION3value[0]: ось X (поперечная)
value[1]: ось Y (продольная)
value[2]: ось Z (вертикальная)
Линейное ускорение (м/с2) по трём осям без учёта силы тяжести
TYPE_GYROSCOPE3value[0]: ось X
value[1]:ось Y
value[2]: ось Z
Скорость вращения (рад/с) по трём осям
TYPE_ROTATION_VECTOR4values[0]: x*sin(q/2)
values[1]: y*sin(q/2)
values[2]: z*sin(q/2)
values[3]: cos(q/2)
Положение устройства в пространстве.
Описывается в виде угла поворота относительно оси в градусах
TYPE_MAGNETIC_FIELD3value[0]: ось X (поперечная)
value[1]: ось Y (продольная)
value[2]: ось Z (вертикальная)
Внешнее магнитное поле (мкТл)
TYPE_LIGHT1value[0]: освещённостьВнешняя освещённость (лк).
Константы SensorManager.LIGHT_*
TYPE_PRESSURE1value[0]: атм.давлениеАтмосферное давление (мбар)
TYPE_PROXIMITY1value[0]: расстояниеРасстояние до цели
TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE1value[0]: температураТемпература воздуха в градусах по Цельсию
TYPE_POSE_6DOF15см. документацию
TYPE_STATIONARY_DETECT1value[0]5 секунд неподвижен
TYPE_MOTION_DETECT1value[0]В движении за последние 5 секунд
TYPE_HEART_BEAT1value[0]

Огласите весь список, пожалуйста!

У класса SensorManager есть метод getSensorList(), позволяющий получить список доступных датчиков на устройстве через константу Sensor.TYPE_ALL и метод getName():


// Kotlin

// Если этот код работает, его написал Александр Климов,
// а если нет, то не знаю, кто его писал.
package ru.alexanderklimov.sensors

import android.hardware.Sensor
import android.hardware.SensorManager
import android.os.Bundle
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity


class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var sensorManager: SensorManager

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)

        setContentView(R.layout.activity_main)

        sensorManager = getSystemService(SENSOR_SERVICE) as SensorManager
        val deviceSensors: List<Sensor> = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL)
        println(deviceSensors.joinToString("\n"))
		
		// Выводятся данные в таком формате
		// {Sensor name="MPL Accelerometer", vendor="InvenSense", version=1, type=1, maxRange=39.226593, resolution=0.0011901855, power=0.5, minDelay=5000}
    }
}

// Java package ru.alexanderklimov.sensors; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import android.app.ListActivity; import android.content.Context; import android.hardware.Sensor; import android.hardware.SensorManager; import android.os.Bundle; import android.widget.ArrayAdapter; public class SensorsActivity extends ListActivity { @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); SensorManager sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE); List<Sensor> deviceSensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL); List<String> listSensorType = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < deviceSensors.size(); i++) { listSensorType.add(deviceSensors.get(i).getName()); } setListAdapter(new ArrayAdapter<>(this, android.R.layout.simple_list_item_1, listSensorType)); getListView().setTextFilterEnabled(true); } }

Так как у каждого устройства свой набор датчиков, то результаты будут у всех разными. Ниже приведены скриншоты с эмулятора и с реального устройства. В первом случае вывелось только 5 датчиков, во-втором было гораздо больше - вы видите только ту часть, которая поместилась на экране.

Список датчиков на эмуляторе Список датчиков на телефоне

Также можно получить список доступных датчиков конкретного типа. В следующем фрагменте кода будут возвращены объекты Sensor, представляющие собой все доступные датчики давления:


// Kotlin
val pressureSensors: List<Sensor> = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_PRESSURE)

// Java List<Sensor> pressureSensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_PRESSURE);

Можно составить сложное условие, которое будет проверять производителя датчика и его версию. Если необходимого датчика не окажется, то выберем альтернативный вариант.


// Kotlin
if (sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GRAVITY) != null) {
    val gravitySensors: List<Sensor> = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_GRAVITY)
    // Используем конкретный датчик от производителя и нужной версии
    sensor = gravitySensors.firstOrNull { it.vendor.contains("Qualcomm") && it.version == 1 }
    println(sensor?.vendor)
}
if (sensor == null) {
    // Используем акселерометр
    sensor = if (sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) != null) {
        sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)
    } else {
        // Акселеромент не обнаружен!
        null
    }
}

Интерфейс SensorEventListener - отслеживаем показания

Также вам понадобится интерфейс android.hardware.SensorListener. Интерфейс реализован с помощью класса, который используется для ввода значений датчиков по мере их изменения в режиме реального времени. Приложение реализует этот интерфейс для мониторинга одного или нескольких имеющихся аппаратных датчиков.

Интерфейс включает в себя два необходимых метода:

  • Метод onSensorChanged(int sensor, float values[]) вызывается всякий раз, когда изменяется значение датчика. Этот метод вызывается только для датчиков, контролируемых данным приложением. В число аргументов метода входит целое, которое указывает, что значение датчика изменилось, и массив значений с плавающей запятой, отражающих собственно значение датчика. Некоторые датчики выдают только одно значение данных, тогда как другие предоставляют три значения с плавающей запятой. Датчики ориентации и акселерометр дают по три значения данных каждый.
  • Метод onAccuracyChanged(int sensor,int accuracy) вызывается при изменении точности показаний датчика. Аргументами служат два целых числа: одно указывает датчик, а другое соответствует новому значению точности этого датчика.

Служба датчиков вызывает onSensorChanged() каждый раз при изменении значений. Все датчики возвращают массив значений с плавающей точкой. Размер массива зависит от особенностей датчика. Датчик TYPE_TEMPERATURE возвращает одно значение - температуру в градусах Цельсия, другие могут возвращать несколько значений. Вы можете использовать только нужные значения. Например, для получения сведений только о магнитном азимуте достаточно использовать первое числов, возвращаемое датчиком TYPE_ORIENTATION.

Параметр accuracy, используемый в методах для представления степени точности датчика, использует одну из констант

  • SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_LOW. Говорит о том, что данные, предоставляемые датчиком, имеют низкую точность и нуждаются в калибровке.
  • SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_MEDIUM. Говорит о средней степени точности датчика и том, что калибровка может улучшить результат.
  • SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_HIGH. Показатели датчика точны настолько, насколько это возможно.
  • SensorManager.SENSOR_STATUS_UNRELIABLE. Данные, предоставляемые датчиком, недостоверны. Это значит, что датчик необходимо откалибровать, иначе невозможно считывать результаты.

Чтобы получать события, генерируемые датчиками, зарегистрируйте свою реализацию интерфейса SensorEventListener с помощью SensorManager. Укажите объект Sensor, за которым вы хотите наблюдать, и частоту, с которой вам необходимо получать обновления.

После получения объекта вы вызываете метод registerListener() в методе onResume(), чтобы начать получать обновлённые данные, и вызываете unregisteredListener() в методе onPause(), чтобы остановить получение данных. В этом случае датчики будут использоваться только тогда, когда активность видна на экране.

В следующем примере показан процесс регистрации SensorEventListener для датчика приближенности по умолчанию с указанием стандартной частоты обновления:


Sensor sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);
sensorManager.registerListener(mySensorEventListener,
        sensor,
        SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

Класс SensorManager содержит следующие константы для выбора подходящей частоты обновлений (в порядке убывания):

  • SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST — самая высокая возможная частота обновления показаний датчиков;
  • SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME — частота, используемая для управления играми;
  • SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL — частота обновлений по умолчанию;
  • SensorManager.SENSOR_DELAY_UI — частота для обновления пользовательского интерфейса.

Выбранная вами частота необязательно будет соблюдаться. SensorManager может возвращать результаты быстрее или медленней, чем вы указали (хотя, как правило, это происходит быстрее). Чтобы минимизировать расход ресурсов при использовании датчиков в приложении, необходимо пытаться подбирать наиболее низкую частоту.

Динамические датчики

В Android 7.0 Nougat (API 24) появилось понятие динамических датчиков, рассчитанных на платформу Android Things. Датчики могут присоединяться и отсоединяться от платы в любое время.

Для определения доступных динамических датчиков используются методы isDynamicSensorDiscoverySupported(), isDynamicSensor(), getDynamicSensorList().

Момент присоединения или отсоединения датчика от платы можно отслеживать через класс SensorManager.DynamicSensorCallback.

Напоследок стоит упомянуть, что последние версии Android не позволяют получать данные с датчиков в фоне.

Реклама