android开发笔记之高级主题—磁传感器的简单介绍

磁传感器

 

　　磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。

 

　　磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数。

 

　　磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件。磁传感器分为三类：指南针、磁场感应器、位置传感器。指南针：地球会产生磁场，如果你能测地球表面磁场就可以做指南针。电流传感器：电流传感器也是磁场传感器。电流传感器可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等。位置传感器： 如果一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化，这个位置变化是线性的就是线性传感器，如果转动的就是转动传感器。

 

　　大生活中用到很多磁传感器，比如说指南针，电脑硬盘、家用电器等等。

 

　　在传统产业改造中的应用及市场

 

　　据报道，1995年仅工业过程控制传感器的全球市场已达到260亿美元;2001年计算机HDD用SV-GMR磁头的市场超过了4000亿日元（约合34亿美元）。若采用新型微型磁传感器，既使操作更简便，又提高了可靠性，增长了器件寿命，降低了成本。

 

　　使用新型磁传感器可以显着提高测量和控制精度，如使用GMI（巨磁阻抗）磁场传感器，检测分辨率和常用磁通门磁强计一样，而响应速度却快了一倍，消耗功率仅为后者的1%;若用霍尔器件，其分辨率仅4A/m，而所需外场比前者高300余倍;在应力检测中，SI 传感器的灵敏度是常用电阻丝的2000倍高，是半导体应变规的20～40倍。工业机床的油压或气压汽缸活塞位置检测，广泛采用套在活塞杆上的永磁环和AMR元件组成的磁传感器，检测精度达0.1mm，检测速度可在0～500mm/s内以高低速度变换;改用GMI或SV-GMR传感器后，测量精度至少可以提高1个数量级。在机床数控化时代，数字磁尺帮助设计师们实现了闭环控制。使用绝对信号输出的磁尺，则不受噪声、电源电压波动等干扰，也不必原点复位。使用工作状态磁敏开关，还可以完成手动与数控之间的转换。

 

　　旋转磁编码器在旋转量的检测控制中起关键作用，它在数控机床、机器人、工厂自动化设备的位置检测、传输速度控制，磁盘、打印机之类的自动化设备通讯设备的旋转量检测中都是不可缺少的重要部件。其检测对象是光磁图形，不受油雾粉尘的影响，因此比目前最先进的光编码器的可靠性高寿命长，尤其适合于自动焊接、油漆机器人和与钢铁有关的位置检测以及各种金属、木材、塑料等加工行业的应用。而仍大量使用光编码器，由于这种器件易受粉尘、油污和烟雾的影响，用在自动焊接、油漆机器人、纺织和钢铁、木料、塑料等的加工中，可靠性极差。应用AMR、GMR 、GMI敏感元件构成的旋转磁编码器，就不存在上述缺点，因此，它们的市场需求年增长率在30%以上。在家用电器和节能产品中也也有其广泛的应用潜力，在节能环保产品中也大有用武之地。若使用微型磁编码器和控制微机一体化，更有利于简化控制系统结构，减少元件数和占空体积，这在精密制造和加工业中意义十分重大。

 

　　在环境监测中的应用

 

　　环境保护的前提是对各个环境参数（温度、气压、大气成份、噪声。..。..。）的监测，这里需要使用多种大量的传感器。采用强磁致伸缩非晶磁弹微型磁传感器，可以同时测量真空或密闭空间的温度和气压，而且不用接插件，可以遥测和远距离访问。在食品包装、环境科学实验等方面，应用前景广阔。

 

　　在交通管制中的应用

 

　　交通事故和交通阻塞是城市中和城市间交通存在的一个大问题。国内外都在加强高速公路行车支持道路系统（AHS）、智能运输系统（ITS）和道路交通信息系统（VICS）等的开发与建设。在这些新系统中，高灵敏度、高速响应微型磁传感器大有用武之地。例如，用分辨率可达1nT的GMI和SI传感器，可构成ITS传感器（作高速路上的道路标志，测车轮角度，货车近接距离），汽车通过记录仪（测通行方向、速度、车身长度、车种识别），停车场成批车辆传感器，加速度传感器（测车辆通过时路桥的振动等）。

 

　　磁传感器在电子罗盘中的应用

 

　　几个世纪以来，人们在导航中一直使用磁罗盘。有资料显示早在二千多年前中国人就开始使用天然磁石-一种磁铁矿来指示水平方向。电子罗盘（数字罗盘，电子指南针，数字指南针）是测量方位角（航向角）比较经济的一种电子仪器。如今电子指南针广泛应用于汽车和手持电子罗盘，手表，手机，对讲机，雷达探测器，望远镜，探星仪，穆斯林麦加探测器（穆斯林钟），手持 GPS 系统，寻路器，武器/导弹导航（ 航位推测 ），位置/方位系统，安全/定位设备，汽车、航海和航空的高性能导航设备，电子游戏机设备等需要方向或姿态显示的设备。

 

　　地球本身是一个大磁铁，地球表面的磁场大约为0.5Oe，地磁场平行地球表面并始终指向北方。利用GMR薄膜可做成用来探测地磁场的传感器。图5显示这种传感器的具体工作原理。我们可以制出能够探测磁场X和Y方向分量的集成GMR传感器。此传感器可作为罗盘并应用在各种交通工具上作为导航装置。美国的NVE公司已经把GMR传感器用在车辆的交通控制系统上。例如，放置在高速公路边的GMR传感器可以计算和区别通过传感器的车辆。如果同时分开放置两个GMR传感器，还可以探测出通过车辆的速度和车辆的长度，当然GMR也可用在公路的收费亭，从而实现收费的自动控制。另外高灵敏度和低磁场的传感器可以用在航空、航天及卫星通信技术上。大家知道，在军事工业中随着吸波技术的发展，军事物件可以通过覆盖一层吸波材料而隐蔽，但是它们无论如何都会产生磁场，因此通过GMR磁场传感器可以把隐蔽的物体找出来。当然，GMR磁场传感器可以应用在卫星上，用来探测地球表面上的物体和底下的矿藏分布。

 

　　门磁传感器在智能家居中的应用

 

　　在智能家居门禁系统中门磁开关的作用是负责门磁通电否，通电带磁（闭门），断电消磁（开门），门磁安装于门与门套上，开关安装于屋内，配合自动闭门器使用，一般可承受150公斤的拉力。

 

　　有线门磁为嵌入式安装更加隐蔽，感应门窗的开合，适用于木质或铝合金门窗发出有线常闭/常开开关信号。门磁是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。它由无线发射器和磁块两部分组成。门磁系统其实和床磁等原理相同。

　　今天我们开始进入讲解android中的一些高级主题的用法，比如传感器、GPS、NFC、语音和人脸识别等。

　　这次来对传感器的一个简单介绍：

　　Android平台支持三大类的传感器：

　　位移传感器

　　这些传感器测量沿三个轴线测量加速度和旋转。这类包含加速度，重力传感器，陀螺仪，和矢量传感器。

　　环境传感器

　　这些传感器测量各种环境参数，例如周围的空气温度和压力，光线，和湿度。这类包含气压，光线，和温度传感器。

　　位置传感器

　　这些传感器测量设备的物理位置。这类包含方向和磁力传感器。

　　这些传感器的一些是基于硬件的，一些是基于软件的。基于硬件的传感器是内嵌到手机或者平板中的物理元件，它们通过直接测量指定的环境属性来得到它们的数据，例如加速度，磁场强度，或者角度变化。基于软件的传感器不是物理设备，尽管它们模仿基于硬件的传感器。基于软件的 传感器从一个或更多基于硬件的传感器获取它们的数据，并且有时候被称为虚拟传感器或者合成传感器。线性加速度传感器和重力传感器是基于软件传感器的例子。

　　很少Android设备有所有类型的传感器。例如，大部分手机和平板有一个加速计和磁场计，但是很少的设备拥有气压或者温度传感器。并且，一个设备可以拥有一个类型不止一个的传感器。例如，设备能有两个重力传感器，每个有不同的范围。

　　需要指出的是，传感器的坐标系统与屏幕坐标系统不同，传感器坐标系统的X轴沿屏幕向右；Y轴则沿屏幕向上，Z轴在垂直屏幕向上。

　　我们依次看看几种传感器：

　　1 加速度传感器

　　加速度传感器又叫G-sensor，返回x、y、z三轴的加速度数值。

　　该数值包含地心引力的影响，单位是m/s^2。

　　将手机平放在桌面上，x轴默认为0，y轴默认0，z轴默认9.81。

　　将手机朝下放在桌面上，z轴为-9.81。

　　将手机向左倾斜，x轴为正值。

　　将手机向右倾斜，x轴为负值。

　　将手机向上倾斜，y轴为负值。

　　将手机向下倾斜，y轴为正值。

　　2 磁力传感器

　　磁力传感器简称为M-sensor，返回x、y、z三轴的环境磁场数据。

　　该数值的单位是微特斯拉（micro-Tesla），用uT表示。

　　单位也可以是高斯（Gauss），1Tesla=10000Gauss。

　　硬件上一般没有独立的磁力传感器，磁力数据由电子罗盘传感器提供（E-compass）。

　　电子罗盘传感器同时提供下文的方向传感器数据。

　　3 方向传感器

　　方向传感器简称为O-sensor，返回三轴的角度数据，方向数据的单位是角度。

　　为了得到精确的角度数据，E-compass需要获取G-sensor的数据，

　　经过计算生产O-sensor数据，否则只能获取水平方向的角度。

　　方向传感器提供三个数据，分别为azimuth、pitch和roll。

　　azimuth：方位，以z轴为轴，返回水平时磁北极和Y轴的夹角，范围为0°至360°。

　　0°=北，90°=东，180°=南，270°=西。

　　pitch：x轴和水平面的夹角，范围为-180°至180°。

　　当z轴向y轴转动时，角度为正值。

　　roll：y轴和水平面的夹角，由于历史原因，范围为-90°至90°。

　　当x轴向z轴移动时，角度为正值。

　　4 陀螺仪传感器

　　陀螺仪传感器叫做Gyro-sensor，返回x、y、z三轴的角加速度数据。

　　角加速度的单位是radians/second。

　　根据Nexus S手机实测：

　　水平逆时针旋转，Z轴为正。

　　水平逆时针旋转，z轴为负。

　　向左旋转，y轴为负。

　　向右旋转，y轴为正。

　　向上旋转，x轴为负。

　　向下旋转，x轴为正。

　　5 光线感应传感器

　　光线感应传感器检测实时的光线强度，光强单位是lux，其物理意义是照射到单位面积上的光通量。

　　光线感应传感器主要用于Android系统的LCD自动亮度功能。

　　可以根据采样到的光强数值实时调整LCD的亮度。

　　6 压力传感器

　　压力传感器返回当前的压强，单位是百帕斯卡hectopascal（hPa）。

　　7 温度传感器

　　温度传感器返回当前的温度。

　　8 距离传感器

　　距离传感器检测物体与手机的距离，单位是厘米。

　　一些距离传感器只能返回远和近两个状态，

　　因此，距离传感器将最大距离返回远状态，小于最大距离返回近状态。

　　距离传感器可用于接听电话时自动关闭LCD屏幕以节省电量。

　　一些芯片集成了距离传感器和光线传感器两者功能。

　　下面三个传感器做个比较：

　　重力传感器

　　重力传感器简称GV-sensor，输出重力数据。

　　在地球上，重力数值为9.8，单位是m/s^2。

　　坐标系统与加速度传感器相同。

　　当设备复位时，重力传感器的输出与加速度传感器相同。

　　线性加速度传感器

　　线性加速度传感器简称LA-sensor。

　　线性加速度传感器是加速度传感器减去重力影响获取的数据。

　　单位是m/s^2，坐标系统与加速度传感器相同。

　　加速度传感器、重力传感器和线性加速度传感器的计算公式如下：

　　加速度 = 重力 + 线性加速度

　　旋转矢量传感器

　　旋转矢量传感器简称RV-sensor。

　　旋转矢量代表设备的方向，是一个将坐标轴和角度混合计算得到的数据。

　　RV-sensor输出三个数据：

　　x*sin（theta/2）

　　y*sin（theta/2）

　　z*sin（theta/2）

　　sin（theta/2）是RV的数量级。

　　RV的方向与轴旋转的方向相同。

　　RV的三个数值，与cos（theta/2）组成一个四元组。

　　RV的数据没有单位，使用的坐标系与加速度相同。

　　传感器框架：

　　你能访问这些传感器，是通过使用Android传感器框架获取原始数据。Android传感器框架式android.hardware包的一部分，包含下面的类和接口：

　　SensorManager

　　你能使用这个类来创建一个传感器服务的实例。这个类提供了各种方法类访问和列举传感器，注册和注销传感器事件监听，并获取相应的信息。这个类也提供了几个传感器的常量，用户报告传感器的精确度，设置数据获取速率，和校准传感器。

　　Sensor

　　你能使用这个类来创建一个指定传感器的实例。这个类提供了各种方法让你确定传感器的功能。

　　SensorEvent

　　它提供了关于传感器事件的信息。一个传感器事件包含以下信息：原始传感器数据，这类传感器产生的事件，数据的准确性，和事件的时间戳。

　　SensorEventListener

　　你能使用这个接口来创建两个回调方法，当传感器的值改变或者当传感器的精度改变的时候，它接受通知（传感器事件）。

　　传感器的值改变

　　在这种情况下系统调用onSensorChanged（）方法，向你提供了一个SensorEvent对象，一个SensorEvent对象包含关于新的传感器数据的信息，包括：数据的精度，传感器产生的数据，数据产生的时间戳，和传感器记录的新的数据。

　　传感器精度的变化

　　在 这种情况下系统调用onAccuracyChanged（）方法，向你提供改变了新的传感器精度的Sensor对象引用。精度通过四个状态常量代 表：SENSOR_STATUS_ACCURACY_LOW，SENSOR_STATUS_ACCURACY_MEDIUM，SENSOR_STATUS_ACCURACY_HIGH， 或者SENSOR_STATUS_UNRELIABLE。

　　使用传感器的步骤如下：

　　①调用Context的getSystemService（Context.SENSOR_SERVICE）方法获取SensorManager对象。

　　②调用SensorManager的getDefaultSensor（int type）方法来获取指定类型的传感器。

　　从传感器管理器中获取其中某个或者某些传感器的方法有如下三种：

　　第一种：获取某种传感器的默认传感器

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

　　第二种：获取某种传感器的列表

　　List《Sensor》 pressureSensors = sensorManager.getSensorList（Sensor.TYPE_PRESSURE）;

　　第三种：获取所有传感器的列表，我们这个例子就用的第三种

　　List《Sensor》 allSensors = sensorManager.getSensorList（Sensor.TYPE_ALL）;

　　③一般在Activity的onResume（）方法中调用SensorManager的registerListener（）为指定传感器注册监听器即可。程序可以通过实现监听器即可获取传感器传回来的数据。

　　SersorManager提供的注册传感器的方法为registerListener（SensorListener listener， Sensor sensor， int rate）该方法中三个参数说明如下：

　　listener：监听传感器事件的监听器

　　sensor：传感器对象

　　rate：指定获取传感器数据的频率

　　rate可以获取传感器数据的频率，支持如下几个频率值：

　　SENSOR_DELAY_FASTEST：最快，延迟最小。

　　SENSOR_DELAY_GAME：适合游戏的频率。

　　SENSOR_DELAY_NORMAL：正常频率

　　SENSOR_DELAY_UI：适合普通用户界面的频率。

　　那就来举个例子来测试下：

　　这个例子就是显示下手机上支持的传感器及传感器的一些信息并测试几个常用传感器

　　效果：

　　核心代码：

　　activity_main.xml

　　《LinearLayout xmlns:android=“http://schemas.android.com/apk/res/android”

　　xmlns:tools=“http://schemas.android.com/tools”

　　android:layout_width=“match_parent”

　　android:layout_height=“match_parent”

　　android:orientation=“vertical”

　　tools:context=“com.example.fenxichuanganqi.MainActivity” 》

　　《TextView

　　android:id=“@+id/tv”

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content” /》

　　《TextView

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content”

　　android:text=“方向传感器：”

　　android:textColor=“#ff0000” /》

　　《TextView

　　android:id=“@+id/tv_direction”

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content” /》

　　《TextView

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content”

　　android:text=“线性传感器：”

　　android:textColor=“#ff0000” /》

　　《TextView

　　android:id=“@+id/tv_xianxing”

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content” /》

　　《TextView

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content”

　　android:text=“加速度传感器：”

　　android:textColor=“#ff0000” /》

　　《TextView

　　android:id=“@+id/tv_jiasudu”

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content” /》

　　《TextView

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content”

　　android:text=“光强传感器：”

　　android:textColor=“#ff0000” /》

　　《TextView

　　android:id=“@+id/tv_guangqiang”

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content” /》

　　《TextView

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content”

　　android:text=“距离传感器：”

　　android:textColor=“#ff0000” /》

　　《TextView

　　android:id=“@+id/tv_juli”

　　android:layout_width=“wrap_content”

　　android:layout_height=“wrap_content” /》

　　《/LinearLayout》

　　MainActivity.java

　　public class MainActivity extends Activity implements SensorEventListener{

　　private TextView tv;

　　private TextView tv_direction;

　　private TextView tv_xianxing;

　　private TextView tv_jiasudu;

　　private TextView tv_guangqiang;

　　private TextView tv_juli;

　　private SensorManager sensorManager;

　　@Override

　　protected void onCreate（Bundle savedInstanceState） {

　　super.onCreate（savedInstanceState）;

　　setContentView（R.layout.activity_main）;

　　//1.获取SensorManager服务

　　sensorManager = （SensorManager） getSystemService（SENSOR_SERVICE）;

　　tv = （TextView） findViewById（R.id.tv）;

　　tv_direction = （TextView） findViewById（R.id.tv_direction）;

　　tv_xianxing = （TextView） findViewById（R.id.tv_xianxing）;

　　tv_jiasudu = （TextView） findViewById（R.id.tv_jiasudu）;

　　tv_guangqiang = （TextView） findViewById（R.id.tv_guangqiang）;

　　tv_juli = （TextView） findViewById（R.id.tv_juli）;

　　//获取手机上支持的传感器

　　List《Sensor》 list = sensorManager.getSensorList（Sensor.TYPE_ALL）;

　　tv.append（“手机上有” + list.size（） + “个传感器” + “\n”）;

　　for （Sensor sensor ： list） {

　　String msg = “名字：” + sensor.getName（） + “，版本：” + sensor.getVersion（）

　　+“，供应商：” + sensor.getVendor（） + “，类型：” + sensor.getType（）;

　　tv.append（msg + “\n”）;

　　}

　　}

　　@Override

　　protected void onResume（） {

　　//23.获得相应传感器并注册监听器

　　//第三个参数表示精度

　　sensorManager.registerListener（this，

　　sensorManager.getDefaultSensor（Sensor.TYPE_ORIENTATION），

　　sensorManager.SENSOR_DELAY_UI）;

　　sensorManager.registerListener（this，

　　sensorManager.getDefaultSensor（Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION），

　　sensorManager.SENSOR_DELAY_UI）;

　　sensorManager.registerListener（this，

　　sensorManager.getDefaultSensor（Sensor.TYPE_ACCELEROMETER），

　　sensorManager.SENSOR_DELAY_UI）;

　　sensorManager.registerListener（this，

　　sensorManager.getDefaultSensor（Sensor.TYPE_LIGHT），

　　sensorManager.SENSOR_DELAY_UI）;

　　sensorManager.registerListener（this，

　　sensorManager.getDefaultSensor（Sensor.TYPE_PROXIMITY），

　　sensorManager.SENSOR_DELAY_UI）;

　　super.onResume（）;

　　}

　　@Override

　　protected void onStop（） {

　　//4.解除绑定

　　sensorManager.unregisterListener（this）;

　　super.onStop（）;

　　}

　　@Override

　　public void onSensorChanged（SensorEvent event） {

　　//传感器数据变化，在该方法中我们可以获取传感器变化的值

　　switch （event.sensor.getType（）） {

　　case Sensor.TYPE_ORIENTATION：

　　float z = event.values［0］;

　　float x = event.values［1］;

　　float y = event.values［2］;

　　tv_direction.setText（“z轴的方向：” + z + “\n”

　　+ “x轴的方向：” + x + “\n”

　　+ “y轴的方向：” + y + “\n”）;

　　break;

　　case Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION：

　　float x1 = event.values［0］;

　　float y1 = event.values［1］;

　　float z1 = event.values［2］;

　　tv_xianxing.setText（“x轴的加速度：” + x1 + “\n”

　　+ “y轴的加速度：” + y1 + “\n”

　　+ “z轴的加速度：” + z1 + “\n”）;

　　break;

　　case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER：

　　float x2 = event.values［0］;

　　float y2 = event.values［1］;

　　float z2 = event.values［2］;

　　tv_jiasudu.setText（“x轴的加速度：” + x2 + “\n”

　　+ “y轴的加速度：” + y2 + “\n”

　　+ “z轴的加速度：” + z2 + “\n”）;

　　break;

　　case Sensor.TYPE_LIGHT：

　　float light = event.values［0］;

　　tv_guangqiang.setText（“光强：” + light）;

　　break;

　　case Sensor.TYPE_PROXIMITY：

　　float distanse = event.values［0］;

　　tv_juli.setText（“距离传感器：” + distanse）;

　　break;

　　default：

　　break;

　　}

　　}

　　@Override

　　public void onAccuracyChanged（Sensor sensor， int accuracy） {

　　//传感器精度的变化

　　}

　　}

　　这个传感器的介绍就这些，大家应该都看得懂。赶紧拿出自己的手机来试试吧。