传感器
传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
主要作用
人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。
新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到fm的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到 s的瞬间反应。此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。
由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。
主要特点
传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造和更新换代,而且还可能建立新型工业,从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的,已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。
传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成。
敏感元件直接感受被测量,并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。
主要功能
常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟:
光敏传感器——视觉
声敏传感器——听觉
气敏传感器——嗅觉
化学传感器——味觉
压敏、温敏、
流体传感器——触觉
敏感元件的分类:
物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
化学类,基于化学反应的原理。
生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类(还有人曾将敏感元件分46类)。
常用传感器介绍与用法
Android平台支持三个大类的传感器
Motion sensors(运动传感器)
这些传感器测量加速力,并沿三个轴的旋转力。此类别包括加速度计,重力感应器, 陀螺仪和旋转矢量传感器。
Environmental sensors (环境传感器)
这些传感器测量各种环境参数,例如环境空气温度和压力,照明和湿度。此类别包括气压计,光度计,和温度计。
PosiTIon sensors (位置传感器)
这些传感器测量设备的物理位置。这个类别包括方向传感器和磁力计。
传感器实现流程
第一步:得到SensorManager
SensorManager mSensorManager = (SensorManager) mContext
.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);12
第二步:注册传感器
Sensor sensor = mSensorManager
.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
if (null != sensor)
mSensorManager.registerListener(this, sensor,
SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);12345
registerListener这个方法有三个参数。
第一个参数是传感器数据变化的监听器
我们需要去实现SensorEventListener接口,他里面有两个回调方法,
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
//当传感器的数值发生变化时调用
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
//传感器的精度发生变化时调用
}123456789
onSensorChanged方法只有一个SensorEvent类型的参数event,其中SensorEvent类有一个values变量非常重要,该变量的类型是float[]。但该变量最多只有3个元素,而且根据传感器的不同,values变量中元素所代表的含义也不同。
关于values值的详细含义请看参考文章!!!
第二个参数是我们需要监听的传感器
Sensor sensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);1
Sensor.TYPE_ACCELEROMETER则是Android设定传感器类型,这里是指加速度传感器,
第三个参数是传感器数据更新数据的速度
有以下四个值可选,他们的速度是递增的
SENSOR_DELAY_UI
SENSOR_DELAY_NORMAL
SENSOR_DELAY_GAME
SENSOR_DELAY_FASTEST
传感器的注销
//注销所有传感器对象
public voidunregisterListener(SensorEventListener listener)
//注销指定的传感器对象
public voidunregisterListener(SensorEventListener listener, Sensor sensor)1234
sensor的获取依旧是通过SensorManager.getDefaultSensor()方法。
获得手机支持的所有传感器
Listsensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);1
Android传感器类型表
加速度传感器:TYPE_ACCELEROMETER
以m/s2测量它设备所有三个物理轴线方向(x,y,和z)加速度。
周围温度传感器:TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE
检测周围空气温度。
重力传感器:TYPE_GRAVITY
测量重力
陀螺仪传感器:TYPE_GYROSCOPE
以rad/s测量设备三个物理轴线方向(x,y,和z)。旋转速度。
光照传感器:TYPE_LIGHT
以lx测量周围的光线级别。
线性加速度传感器:TYPE_LINEAR_ACCELERATION
检测沿着一个轴向的加速度。
磁力传感器:TYPE_MAGNETIC_FIELD
测量周围的三个物理轴线方向的磁场。
方向传感器: TYPE_ORIENTATION
测量设备所有三个物理轴线方向(x,y和x)的旋转角度。
压力传感器:TYPE_PRESSURE
测量周围空气气压
接近传感器:TYPE_PROXIMITY
检测物体与手机的距离
相对湿度传感器:TYPE_RELATIVE_HUMIDITY
检测周围空气相对湿度
旋转矢量传感器:TYPE_ROTATION_VECTOR
用于检测运动和检测旋转。
温度传感器: TYPE_TEMPERATURE
检测设备的温度
传感器使用实践
这里以方向传感器为例
方向传感器的获取方式
Sensor sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ORIENTATION);1
上面这个,对,已经被google弃用了,了解就好。
Android中的坐标系
自己画的有点丑,将就着看吧,Z轴默认垂直于地面,所谓获取的三个Values数组即对应手机与Z,Y,X形成的夹角,后面会说明,
前面说了,TYPE_ORIENTATION已被弃用,那么最新的方向传感器是如何做的呢?
事实上,Android 获取手机旋转的方向和角度是通过加速度传感器和地磁传感器共同计算得出的
OK,我们这时候是需要同时使用两个传感器的,看代码
Sensor accelerometerSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.
TYPE_ACCELEROMETER);
Sensor magneticSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.
TYPE_MAGNETIC_FIELD);
sensorManager.registerListener(listener, accelerometerSensor,
SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
sensorManager.registerListener(listener, magneticSensor,
SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);12345678
同时使用了加速度传感器和地磁传感器
获取旋转矩阵数组R
SensorManager.getRotationMatrix(R, null, accelerometerValues, magneticValues);1
获取手机旋转数据
SensorManager.getOrientation(R, values);1
values 是一个长度为 3 的 float 数组,手机在各个方向上的旋转数据都会被存放到这个数组当中。
对应关系:
values[0]-》Z轴、values[1]-》X轴、values[2]-》Y轴
values[0]的取值范围是-180到180 度,其中±180 度表示正南方向,0 度表示正北方向,-90 度表示正西方向,90 度表示正东方向,如图
所谓,实践是检验真理的唯一标准,这是我检测后自行画的,大家看一下就明白该怎么根据获取到的角度来做对应的处理了
一个完整的方向传感器封装类
public class DirectionSensorUtils implements SensorEventListener {
private SensorManager sensorManager;
float[] accelerometerValues = new float[3];
float[] magneticValues = new float[3];
float lastRotateDegree;
private ImageView compassImg;//指南针背景图
public DirectionSensorUtils(Context context , ImageView compassImg) {
sensorManager = (SensorManager) context.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
this.compassImg = compassImg;
}
//注册传感器
public void registerSensor(){
Sensor accelerometerSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.
TYPE_ACCELEROMETER);
Sensor magneticSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.
TYPE_MAGNETIC_FIELD);
sensorManager.registerListener(this, accelerometerSensor,
SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
sensorManager.registerListener(this, magneticSensor,
SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
}
//解除传感器注册
public void unregisterSensor(){
if (sensorManager != null) {
sensorManager.unregisterListener(this);
}
}
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
// 判断当前是加速度传感器还是地磁传感器
if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
// 通过clone()获取不同的values引用
accelerometerValues = event.values.clone();
} else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
magneticValues = event.values.clone();
}
//获取地磁与加速度传感器组合的旋转矩阵
float[] R = new float[9];
float[] values = new float[3];
SensorManager.getRotationMatrix(R, null, accelerometerValues,
magneticValues);
SensorManager.getOrientation(R, values);
//values[0]-》Z轴、values[1]-》X轴、values[2]-》Y轴
//使用前请进行转换,因为获取到的值是弧度,示例如下
// Math.toDegrees(values[0]);
// Math.toDegrees(values[1]);
// Math.toDegrees(values[2]);
handleEvent(values);
}
public void handleEvent(float[] values){
// 这里实现了一个指南针
float rotateDegree = -(float) Math.toDegrees(values[0]);
if (Math.abs(rotateDegree - lastRotateDegree) 》 1) {
RotateAnimation animation = new RotateAnimation
(lastRotateDegree, rotateDegree, Animation.RELATIVE_TO_SELF, 0.5f, Animation.
RELATIVE_TO_SELF, 0.5f);
animation.setFillAfter(true);
compassImg.startAnimation(animation);
lastRotateDegree = rotateDegree;
}
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
}
}