發布日期：2022-10-09 點擊率：158
加速度傳感器測量設備的加速度，包括重力加速度。以下代碼展示了如何獲取缺省的加速度傳感器的一個實例：
private SensorManager mSensorManager;
private Sensor mSensor;
...
mSensorManager=(SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
從概念上說，加速度傳感器通過測量施于傳感器上的作用力，并按以下關系來檢測設備的加速度(Ad)。
Ad = - ∑Fs / mass
然而，重力總是會按以下關系影響測量的精度。
Ad = -g - ∑F / mass
因此，如果設備是平放在桌子上的（沒有加速度），加速度計會讀到g = 9.81 m/s2。同理，設備在自由落體或以 9.81 m/s2的加速度墜向地面時，加速度計會讀到 g = 0 m/s2。因此，要測出設備真實的加速度，必須排除加速計數據中的重力干擾。這可以通過高通濾波器來實現。反之，低通濾波器則可以用于分離出重力加速度值。以下例程展示了它們的用法：
public void onSensorChanged(SensorEvent event){ //在本例中，alpha由 t / (t + dT)計算得來， //其中 t是低通濾波器的時間常數，dT是事件報送頻率 final float alpha = 0.8; //用低通濾波器分離出重力加速度 gravity[0] = alpha * gravity[0] + (1 - alpha) * event.values[0]; gravity[1] = alpha * gravity[1] + (1 - alpha) * event.values[1];
gravity[2] = alpha * gravity[2] + (1 - alpha) * event.values[2];
//用高通濾波器剔除重力干擾 linear_acceleration[0] = event.values[0] - gravity[0]; linear_acceleration[1] = event.values[1] - gravity[1]; linear_acceleration[2] = event.values[2] - gravity[2];
}
注意： 你可以使用很多技術來過濾傳感器數據。以上例程只是使用了過濾器常量（alpha）來創建一個低通濾波器。這個過濾器常量是由時間常量（t）和傳感器事件報送頻率（dt）推導出來的，t大致等于過濾器觸發傳感器事件的間隔時間。為了演示，此例程使用 0.8作為 alpha 的值。如果你要用這個過濾方法，你可能需選用其它的 alpha值。
加速計使用了標準的傳感器 坐標系 。這意味著，設備以原始方位平放在桌子上時，會發生以下狀況：
如果你從左側平推設備（它向右移），則 x方向加速度為正值。
如果你從下側平推設備（它向前移），則 y方向加速度為正值。
如果以 A m/s2的加速度向空中移動設備，則 z 方向加速度等于 A +9.81，即設備加速度（+A m/s2）減去重力加速度（-9.81m/s2）。
靜止設備的加速度值為 +9.81，即設備加速度（0 m/s2）減去重力加速度（-9.81m/s2）。
一般情況下，加速度計已足夠應付對設備移動情況的監測。幾乎所有 Android平臺的手持和桌面終端都帶有加速度計，它的能耗比其它運動傳感器要少10倍。不過它有一個缺點，就是你不得不實現低通和高通濾波器，以消除重力影響并減少噪聲數據。
Android SDK給出了一個應用示例，展示了加速度傳感器的使用方法（ Accelerometer Play ）。
推薦開發者微博：
Android是面向智能手機和其他便攜式設備的最受歡迎的操作系統(OS)之一。?它為多種傳感器提供了標準的API接口，包括加速度計。加速度計的標準API定義了原始加速度數據的坐標系統。用戶必須將從傳感器中讀取的原始數據轉換為標準單位，并使其符合系統定義的坐標方向。本文介紹了Android中的坐標系統是如何定義的，以及如何在Android系統的驅動代碼中對3軸加速度計數據的方向和坐標進行轉換。本文討論的示例代碼基于飛思卡爾的Android?2.2和2.3驅動程序，加速度計則以飛思卡爾的MMA8452Q加速度傳感器為例。
一部智能手機或便攜設備應具有Wi-Fi和互聯網功能，能夠運行應用軟件等諸多特征，而且一定會具有內置傳感器。高端智能手機可能集成接近傳感器，環境光傳感器，3軸加速度計，以及磁力計等多種傳感器。Android?2.3添加了一些支持多種新型傳感器的API，包括陀螺儀、旋轉向量、線性加速度、重力和氣壓傳感器等。應用軟件可以使用這些新型傳感器，將它們組合起來，就可以實現高精確度的高級運動檢測功能。
3軸加速度計或低g值傳感器是Android?API支持的傳感器之一，具有特定的坐標系統，可以給應用程序提供標準的接口數據。坐標空間的定義與手機屏幕的默認方向有關，如圖1所示。
在Android坐標系統中，坐標原點位于屏幕的左下角，X軸水平指向右側，Y軸垂直指向頂部，Z軸指向屏幕前方。?在該系統中，屏幕后方的坐標具有負的Z軸值。
Android加速度計數據定義為：
Sensor.TYPE_ACCELEROMETER
所有數值都采用SI標準單位(m/s2)，測量手機的加速度值，并減去重力加速度分量。
values[0]：x軸上的加速度值減去Gx
values[1]：y軸上的加速度值減去Gy
values[2]：z軸上的加速度值減去Gz
例如，當設備平放在桌上并推著其左側向右移動時，x軸加速度值為正。當設備平放在桌上時，加速度值為+9.81，這是用設備的加速度值?(0?m/s2)?減去重力加速度值?(-9.81?m/s2)得到的。
當設備平放在桌上放，并以加速度A?m/s2朝天空的方向推動時，加速度值等于A+9.81，這是用設備加速度值(+A?m/s2)減去重力加速度值(-9.81?m/s2)得到的。
表1列出了與設備的各個位置相對應的傳感器的加速度值讀數。用戶可以用下表檢查加速度計的方向與系統坐標是否一致。
表1. 不同位置上各軸的加速度值
位置
x
y
z
朝上：
0
9.81m/s2
0
朝左：
9.81m/s2
0
0
朝下：
0
-9.81m/s2
0
朝右：
-9.81m/s2
0
0
正面朝上：
0
0
9.81m/s2
背面朝上：
0
0
-9.81m/s2
通過加速度傳感器讀取3軸加速度值時，需要假設傳感器的3軸方向與系統坐標是一致的。但是在實際的產品中，可能會使用不同的傳感器芯片，或者采用不同的安裝方向，因此數據方向也會不同。圖2所示的是飛思卡爾MMA8452Q?3軸加速度傳感器的方向定義。
在圖2中，我們可以看到當安裝芯片時，必須讓引腳1處于右下角的位置(PD)，并安裝在PCB的前方，這樣才能與Android坐標系統的默認位置相符。這樣安裝后，用戶可確定數據方向與系統坐標定義是一致的。在任何其他情形下，數據都無法與系統定義保持完全一致，所以需要更改數據方向和坐標。在某些情況下，X和Y軸必須交換，或者既要改變方向，也要交換X-Y軸。
判斷是否需要改變方向或交換X-Y軸的方法如下所述：
1.?將設備放置在朝上(UP)的位置，如表1中所示。
2.?從傳感器中讀取3軸的數據。如果Y軸上的數據為?±1?g?(±9.81m/s2)，其他兩個軸上的數據大約為0，則不需要交換X-Y軸。否則，需要交換X和Y軸，請轉至步驟3。
2.1.?在該位置上，如果Y軸上讀取的數據為+1?g?(+9.81m/s2)，則Y軸的方向不需要改變，如果數據為負，則Y軸的方向需要改變。
2.2.?將設備放置在朝左(LEFT)的位置，如表1中所示。X軸上讀取的數據應為±1?g?(±9.81m/s2)，其他兩個軸上的數據應大約為0。如果X軸上的數據為正，則其方向不需要改變；否則X軸的方向需要改變。然后，執行第4步判斷Z軸的方向。
3.?設備仍然放置在朝上(UP)的位置，并從傳感器中讀取3個軸的數據。此時X軸上的數據應為?±1?g?(±9.81m/s2)，其他兩個軸上的數據大約為0，需要X-Y交換。
3.1.?在該位置上，如果X軸的數據讀取為+1?g?(+9.81m/s2)，則X軸的方向不需要改變；否則需要改變。
3.2.?將設備放置在向左(LEFT)位置上，如表1中所示。Y軸上讀取的數據應為±1?g?(±9.81m/s2)，其他兩個軸上的數據應大約為0。如果Y軸上的數據為正，則其方向不需要改變；否則需要改變。然后執行第4步判斷Z軸的方向。
4.?將設備放置在正面朝上(FRONT-UP)的位置，并從傳感器中讀取3軸數據。?如果Z軸上的數據為+1?g?(+9.81m/s2)，其他兩個軸上的數據大約為0，則Z軸方向無需改變；如果Z軸數據為-1?g?(-9.81m/s2)，則Z軸方向需要改變。
在Android系統中，傳感器數據由內核空間中的Linux驅動讀取，然后由HAL層驅動發送至API。分層結構如圖3所示。因此，傳感器數據可以在Linux驅動層或在HAL層上進行轉換。
在Android?HAL文件中改變?X、Y和Z軸的方向
在HAL文件中，會有一組宏定義，用于把從傳感器中讀取的加速度數據轉換為標準單位(m/s2)。如以下代碼：
//?conversion?of?acceleration?data?to?SI?units?(m/s^2)
#define?CONVERT_A?(GRAVITY_EARTH?/?LSG)
#define?CONVERT_A_X?(-CONVERT_A)
#define?CONVERT_A_Y?(CONVERT_A)
#define?CONVERT_A_Z?(CONVERT_A)
在這個宏定義中，常量GRAVITY_EARTH?是一個標準重力加速度值，即9.81m/s2，LSG為一個重力加速度值的最小有效計數值，例如，MMA8452在正常模式下的讀數為1024。因此，CONVERT_A用于把從加速度傳感器中讀取的數據，從數字讀數轉換為標準重力加速度單位。
通過分別修改CONVERT_A_X、CONVERT_A_Y和CONVERT_A_Z，我們可以輕松地改變X、Y和Z軸的方向。如果該軸的方向與系統定義相反，可以使用(-CONVERT_A)來改變其方向。如果方向一致，就使用(CONVERT_A)，則保持方向不變。
這個宏定義位于FSL?Android?9?(Android?2.2)驅動程序的HAL文件sensor.c?中。?對于FSL?Android?10?(Android?2.3)，您可以在’libsensors’文件夾的HAL文件Sensor.h中找到它。
在Android?2.2?HAL文件中交換X軸和Y軸
在某些情況下，X和Y軸必須進行交換，以便使傳感器數據的坐標與系統坐標保持一致。
對于FSL?Android?9?(Android?2.2)驅動程序來說，X軸和Y軸的交換非常簡單。首先，在HAL文件sensor.c中，在函數sensor_poll()?中找到以下代碼：
switch?(event.code)?{
case?ABS_X:
sSensors.acceleration.x?=?event.value?*?CONVERT_A_X;
break;
case?ABS_Y:
sSensors.acceleration.y?=?event.value?*?CONVERT_A_Y;
break;
case?ABS_Z:
sSensors.acceleration.z?=?event.value?*?CONVERT_A_Z;
break;
}
然后，根據如下所示修改代碼：
switch?(event.code)?{
case?ABS_X:
sSensors.acceleration.y?=?event.value?*?CONVERT_A_Y;
break;
case?ABS_Y:
sSensors.acceleration.x?=?event.value?*?CONVERT_A_X;
break;
case?ABS_Z:
sSensors.acceleration.z?=?event.value?*?CONVERT_A_Z;
break;
}
在Android?2.3的HAL文件中交換X軸和Y軸
在Android?2.3的HAL文件中交換X軸和Y軸會更加復雜些，因為它具有更復雜的HAL文件結構。所有HAL文件都位于文件夾‘libsensors’中。文件AccelSensor.cpp中的兩個函數需要修改。
首先，修改函數AccelSensor()的代碼，如下所示：
if?(accel_is_sensor_enabled(SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER)){
mEnabled?|=?1< if?(!ioctl(data_fd,?EVIOCGABS(EVENT_TYPE_ACCEL_X),?&absinfo))?{ mPendingEvents[Accelerometer].acceleration.y?=?absinfo.value?*?CONVERT_A_Y; } if?(!ioctl(data_fd,?EVIOCGABS(EVENT_TYPE_ACCEL_Y),?&absinfo))?{ mPendingEvents[Accelerometer].acceleration.x?=?absinfo.value?*?CONVERT_A_X; } if?(!ioctl(data_fd,?EVIOCGABS(EVENT_TYPE_ACCEL_Z),?&absinfo))?{ mPendingEvents[Accelerometer].acceleration.z?=?absinfo.value?*?CONVERT_A_Z; } } 然后，修改函數processEvent()的代碼，如下所示： void?AccelSensor::processEvent(int?code,?int?value) { switch?(code)?{ case?EVENT_TYPE_ACCEL_X: mPendingMask?|=?1< mPendingEvents[Accelerometer].acceleration.y?=?value?*?CONVERT_A_Y; break; case?EVENT_TYPE_ACCEL_Y: mPendingMask?|=?1< mPendingEvents[Accelerometer].acceleration.x?=?value?*?CONVERT_A_X; break; case?EVENT_TYPE_ACCEL_Z: mPendingMask?|=?1< mPendingEvents[Accelerometer].acceleration.z?=?value?*?CONVERT_A_Z; break; } } 完成后，X軸和Y軸的數據就互相交換了。 在Kernel驅動文件中交換X軸和Y軸 X軸和Y軸的數據交換可以在底層的Linux驅動中，在剛開始讀取傳感器數據時實施。?通過這種方法，無論傳感器芯片以何種方式安裝在PCB中，或者使用各種不同類型的傳感器，HAL文件都可以保持一致。 對于Android?2.2和2.3來說，執行該操作的最便捷的方式是修改函數report_abs()中的代碼。在該函數中，傳感器數據通過調用函數?mma8452_read_data()讀取，如下所示(當使用的傳感器為MMA8452Q時)： if?(mma8452_read_data(&x,&y,&z)?!=?0)?{ //DBG("mma8452?data?read?failed "); return;} X軸和Y軸可以通過以下方式輕松交換： if?(mma8452_read_data(&y,&x,&z)?!=?0)?{ //DBG("mma8452?data?read?failed "); return;} 對于Android?2.2，MMA8452的Kernel驅動文件為mma8452.c；對于Android?2.3，驅動文件是‘hwmon’文件夾中的mxc_mma8452.c。 在Kernel驅動文件中改變?X、Y和Z軸的方向 傳感器數據的方向也可以在Kernel驅動文件中更改。以下帶有注釋的語句可以添加到函數report_abs()中，從而改變數據方向： if?(mma8452_read_data(&y,&x,&z)?!=?0)?{ //DBG("mma8452?data?read?failed "); return; } x?*=?-1;//Reverse?X?direction y?*=?-1;//Reverse?Y?direction z?*=?-1;//Reverse?Z?direction input_report_abs(mma8452_idev->input,?ABS_X,?x);
input_report_abs(mma8452_idev->input,?ABS_Y,?y);
input_report_abs(mma8452_idev->input,?ABS_Z,?z);
input_sync(mma8452_idev->input);
總結
Android系統已經為加速度計定義了坐標系統，因此用戶必須轉換從實際傳感器中讀取的數據，從而與其保持一致。無論是否需要轉換，都應檢查X、Y和Z軸的方向以及X-Y軸坐標。我們可以更改HAL文件或Kernel驅動文件來改變軸的方向，或交換X和Y軸，但是不要同時修改HAL文件和Kernel驅動。
修改ADXL375.cpp中如下代碼即可：
將傳感器水平放置在桌面上，調整方框框出來的后面的三個參數，使檢測數據的x=0,y=0,z=1即可(因為將傳感器正常水平放置在桌面上時，xy方向的加速度為0，z方向的加速度為1g，g為加速度單位，1g=9.8m/s2).
這三個參數的計算方法：
1、先用傳感器測量一段時間的數據；
2、將數據復制到Excel；
3、求x、y、z軸加速度測量值的平均值，分別記為a、b、c；
利用原參數代入下列公式求x、y、z：
（x-6.）*0.049=a
（y-9.)*0.049=b;
（z+17.2875)*0.049=c;
最后得三個參數分別為：
參數1=-x
參數2=-y
參數3=1/0.049-z
最后把求得的三個參數代入原來的代碼，上傳到arduino即可。
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