Android在电子设备中作为传感器存在

Android设备现在是小工具系列的一部分，提供基于传感器的功能，让开发人员可以通过确定某人放弃手机的频率，以及允许用户通过倾斜，摇晃或指向他们的方式来控制应用程序和游戏。手机。

开源Android平台是使用硬件传感器创建创新应用程序的理想选择。然而，它不是针对实时传感器数据采集进行优化的，并且需要智能算法来处理然后提供可用的传感器信息。

Gaming是Android手机最受欢迎的传感器应用之一。游戏应用程序使用陀螺仪，加速度计和指南针来实现如通过隧道“飞行”的丰富用户体验，以及玩家在任何方向上体验或模拟运动的游戏。作为一个例子，考虑任天堂在其Wii系统游戏中使用动作感应，允许用户通过手势识别和指向，通过使用加速度计和光学传感器技术与屏幕上的项目进行交互和操作。

Android平台本身为传感器提供了丰富的机会来监控手机环境并与之互动。可以和目前正在使用的传感器包括加速度计，陀螺仪，罗盘，以及压力，温度和图像传感器。出于本文的目的，将仅讨论前三个，作为独立设备，并通过传感器融合，作为系统，以便：

陀螺仪提供方向和良好的动态响应

加速度计通过重力提供校正

罗盘因磁北提供校正

Android操作系统和传感器

这里是Android操作系统中使用的传感器背后的魔力：你可以使用操作系统访问设备中的底层硬件，因为硬件功能已经浮出水面，便于开发人员使用。 Android是一款面向移动设备的开源软件堆栈。它是开源的，因为谷歌希望确保没有中心点失败，并且没有任何一个行业参与者可以限制或控制任何其他创新。通过开源平台和下载Android SDK，您可以前所未有地访问这些与传感器相关的功能：

android.hardware.SensorManager - 这是一个可以访问Android平台内可用传感器的类。

android.hardware.SensorListener - 由类实现的接口，用于在传感器实时更改时接收传感器值的更新，以便它可以监视硬件中的一个或多个传感器。

android.hardware.SensorManager包含代表Android传感器系统不同方面的常量，包括：

传感器类型

采样率

准确度

使用本机代码的应用程序可以直接在该本机代码中接收和处理输入和传感器事件，从而显着提高效率和响应能力。使用Android操作系统时，传感器的选择并不一定会有所不同;它增强了从传感器中哄骗最佳性能的能力。

平台公开的本机库允许应用程序处理与框架中可用的输入事件相同类型的输入事件。应用程序可以从所有支持的传感器类型接收事件，并可以启用/禁用特定传感器并管理事件传递速率和排队。现在让我们来研究可以应用于Android平台的传感器类型。

陀螺仪

陀螺仪是角速度传感器，使用科里奥利效应测量自己的旋转。当质量移动并且参照系旋转时，会发生这种效果。陀螺仪非常快速地移动质量，使其振荡并产生科里奥利效应是这种振荡的结果。当质量以大约30 kHz振荡时，电容式传感器可以接收此信号。在Android智能手机等手持式仪器中，三轴陀螺仪会振动并感知旋转。在物理上，硅以必要的逻辑放置在传感器下方，并且通常将较大的芯片放置在堆叠中的芯片下以执行信号调节和传感器融合，从系统中的其他传感器获取输入。

STMicroelectronics LPY450AL MEMS运动传感器（图1）是用于指点设备和游戏控制器的双轴俯仰和偏航±500 dps模拟陀螺仪。它是一款低功耗，双轴微机械陀螺仪，能够测量沿俯仰和偏转轴的角速率，在扩展的工作温度范围（-40°至85°C）内提供温度稳定性和高分辨率。 LPY450AL具有±500 dps的满量程，能够检测-3 dB带宽高达140 Hz的速率。

图1：STMicroelectronics的LPY450AL陀螺仪。

该装置包括由单个驱动质量构成的传感元件，该传感元件保持连续振荡并且能够基于科里奥利原理在施加角速率时作出反应。 CMOS IC通过模拟输出电压为外部世界提供测量的角速率，允许高水平的集成和生产调整，以更好地匹配传感元件特性。 LPY450AL采用塑料焊盘网格阵列（LGA）封装。

加速度计

加速度计是一种测量加速度的传感器，它可以测量速度随时间的变化率。使用矢量描述速度，正如您将从基础物理中回忆的那样 - 与标量具有幅度和（这是关键）方向不同。在手机中，三轴加速度计提供方向，指示手机是朝上还是朝下，屏幕是面向用户，还是颠倒以及两者之间的所有组合。在手机中，加速度计设计用于拾取所有移动，包括倾斜，俯仰和滚动。

为了将抖动应用于手机的控制曲目，可以开发一种算法，用于检查重力方向相对于手机轴的快速变化。在这里，检测到倾斜X，Y和Z值的快速变化，并且可以设置阈值以确定何时发生足够快速的变化，同时过滤掉缓慢变化的变化，例如简单地回答或拿起电话而不是摇晃它。

加速度传感器的一个例子是Bosch的BMA220（图2），三轴±2到±16 g加速度传感器，带有片上运动触发中断控制器。该传感器是一款三轴加速度计，具有超小封装尺寸（2 x 2 x 0.98 mm）。数字接口SPI（四线，三线）I2C，中断引脚，I/O电源电压范围为1.6至3.6 V.具有可编程功能。

图2：框图BMA220。来源：数据表 - BOSCH Sensortec

图3：LSM320DL线性传感器模块。

另一个例子是STMicroelectronics的LSM320DL（图3）线性传感器模块。它是一个采用3D数字加速度计和2D数字陀螺仪的系统级封装。各种传感元件采用专门的微机械加工工艺制造，而IC接口则采用CMOS技术实现，允许您设计一个专用电路，该电路经过微调以更好地匹配传感元件特性。 LSM320DL具有动态用户可选的满量程加速度范围±2 g，±4 g，±8和±16 g，角速率为±250，±500和±2，000度/s。

加速度计和陀螺仪传感器可以激活，也可以分别置于低功耗或省电模式，以实现应用优化的省电。 LSM320DL采用塑料焊盘网格阵列（LGA）封装。该部分的目标是GPS导航，冲击识别和记录，游戏和虚拟现实输入设备，运动激活功能，振动监测和补偿，自由落体检测和6D方向检测等应用。

罗盘

指南针与加速度计配合使用，可提供磁北向。磁场传感器在嘈杂的环境中工作，拾取所有可能的磁场，其中包括来自蓝牙芯片，扬声器，麦克风的干扰，几乎任何被磁化的电路板上的干扰。当电线上的电流被霍尔效应偏转时，即当存在磁场时，指南针工作。它们可以完全由硅电子产品制造。

三轴数字罗盘IC的一个例子是霍尼韦尔（中国）的HMC5883L（图4）表面贴装多芯片模块，专为具有数字接口的低场磁感应而设计。 HMCa5883L包括一个高分辨率HMC 118X系列磁阻传感器，一个带放大功能的ASIC，自动消磁带驱动器，偏移消除功能和一个12位ADC，可实现1到2英寸的罗盘航向精度。 I2C串行总线允许简单的接口。应用包括移动电话，上网本，消费电子产品，汽车导航系统和个人导航设备。

图4：HMC5883L内部原理图。

HMC5883L采用霍尼韦尔（中国）的各向异性磁阻（AMR）技术，可提供精确的轴内灵敏度和线性度。具有极低交叉轴灵敏度的固态结构旨在测量地球磁场的方向和大小。

传感器融合

在手持式手机传感器中，来自上述组件的数据被整合在一起，形成了所谓的传感器融合。例如，使用陀螺仪并找到方向，然后使用加速度计来保持方向相对于重力正确 - 同时消除漂移 - 使您能够创建有效的应用程序，同时独立地使用数据并且每个传感器单独使用不给你一个理想的结果。

同样，指南针需要倾斜补偿。除非相对于设备如何被保持理解水平面，否则不可能知道航向。使用加速度计执行倾斜补偿，但它们不测量重力。加速度计和陀螺仪都用于倾斜补偿罗盘。

开发仍在继续

在移动应用开发中使用陀螺仪，加速度计和指南针肯定会增加。当这些传感器与移动GPS，光传感器和其他输入相结合时，可以实现与应用程序的新的和激动人心的交互。已经有许多相当复杂的动作可以通过结合传感器融合使用各种传感器在Android（或iOS和Windows Mobile设备）等平台上执行。