关于Android环境传感器之初探

　　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）。

　　光传感器（Light Sensor）

　　光传感器主要用来检测手机周围光的强度，与其他传感器不同的是，该传感器只读取一个数值即手机周围光的强度。光线传感器输出的值以 lux 为单位，通常的动态范围为1~30000lux。光线传感器的分辨率为1lux。

　　光线传感器通常被用于根据环境光线来调节屏幕亮度。

　　光线传感器中定一个常量值（SensorManager）：

　　LIGHT_NO_MOON = 0.001f luminance at night with no moon in lux（没有月亮的晚上）

　　LIGHT_FULLMOON = 0.25f luminance at night with full moon in lux（满月的晚上）

　　LIGHT_CLOUDY = 100.0f luminance under a cloudy sky in lux（阴天）

　　LIGHT_SUNRISE = 400.0f luminance at sunrise in lux（日出时分）

　　LIGHT_OVERCAST = 10000.0f luminance under an overcast sky in lux（多云天气）

　　LIGHT_SHADE = 20000.0f luminance in shade in lux（日光下的物体影子里）

　　LIGHT_SUNLIGHT = 110000.0f luminance of sunlight in lux（阳光明媚）

　　LIGHT_SUNLIGHT_MAX = 120000.0f Maximum luminance of sunlight in lux（比上一个还要明媚）

　　接近传感器（Proximity Sensor）

　　接近传感器包含一个在光电探测器边上的弱红外 LED（发光二极管），当有物体距离传感器足够近时，光电探测器会检测到物体反射的红外光。

　　LED 并不是一直亮着，而是以一定的脉冲开关。光电探测器锁定在一定的脉冲频率上从而让光电探测器对在该频率内未改变的光线并不敏感。光电探测器只会捕捉以 LED 准确频率为脉冲的光线。脉冲频率并不可控，因为接近传感器器通常是在内部检测光电探测器信号的第三方硬件，它只确定接近状态，通常只能为应用程序提供远或近两种状态。

　　一些接近传感器会测量以厘米为单位的传感器与物体之间的距离，另外一部分接近传感器则用来测量在一个阀值距离内物体是否存在。

　　二元传感器典型的动态范围在5cm 左右，更有意义的数据是范围在2cm 到4cm 的近似距离阀值。

　　二元输出的接近传感器是基于中断的，传感器会在过渡到接近状态（由近及远或者由远及近）

　　时产生对 onSensorChanged（） 方法的调用。

　　气压传感器（Pressure Sensor）

　　气压传感器用来测量的是 MEMS 气压。典型的 MEMS 压力传感器的测量范围是300~1100 mbar，分辨率为0.01mbar。

　　气压以每小时0.5 millibar（mbar）漂移是正常的。由于大气潮汐和温度改变等方面的影响，气压一般周期性（每天）的上升下降两次。

　　通过使用 SensorManager.getAltitude（float p0， float p）可以根据气压计算出海拔高度（单位米）。该方法基于测出的压力 p 和海平面压力 p0，使用一个标准的物理公式来计算海拔高度（标高）。海平面的压力可以使用：

　　SensorManager.PRESSURE_STANDARD_ATMOSPHERE 给出了基于相对海拔高度的标准气压1013.25f。

　　气象站一般会给出平均海平面压力。

　　SensorManager.getAltitude使用的计算公式如下所示：

　　h（p0，p）=T0L（1−（pp0）RLgM）=44330∗（1−（pp0）15.255）h（p0，p）=T0L（1−（pp0）RLgM）=44330∗（1−（pp0）15.255）

　　T0T0 为海平面标准温服，L 为温度递减速率，R 为通用气体常数，g 为重力加速度，M 为干燥空气的摩尔质量。

　　相对湿度传感器（Relative Humidity）

　　相对湿度传感器以当前空气中的水蒸气百分比提供当前环境湿度。如果设备上同时存在温度传感器和相对湿度传感器， 那么就可以计算当前环境的露点温度（水蒸气达到凝结点的温度）和绝对湿度（指定体积的空气中水的质量）。

　　露点温度计算

　　露点温度是给定体积的气体在恒定的大气压力下，水蒸汽由气体转换成水的温度，下面显示了如何计算露点的公式：

　　td（t，RH）=Tn∗ln（RH100%）+mtTn+tm−（ln（RH100%）+mtTn+t）td（t，RH）=Tn∗ln（RH100%）+mtTn+tm−（ln（RH100%）+mtTn+t）

　　其中

　　tdtd 为露点温度，单位：摄氏度

　　t 为实际温度，单位：摄氏度

　　RH 为实际的相对湿度，单位：百分比

　　m 为17.62

　　TnTn 为243.12

　　绝对湿度

　　绝对湿度是给定体积的空气中水的质量。绝对湿度的测量单位是：克/立方米（grams/meter3meter3），以下是计算绝对湿度的公式：

　　dv（t，RH）=216.7∗A∗RH100%∗exp（m∗tTn+t））273.15+tdv（t，RH）=216.7∗A∗RH100%∗exp（m∗tTn+t））273.15+t

　　其中

　　dvdv 为绝对湿度，单位为 （grams/meter3meter3）

　　t 为实际温度，单位：摄氏度

　　RH 为实际相对湿度，单位：百分比

　　m 为17.62

　　TnTn 为243.12 摄氏度

　　A 为 6.112 hPa

　　环境温度传感器（Ambient Temperature）

　　环境温度传感器提供当前环境的温度，以摄氏度为单位。环境温度传感器是为了取代正在被逐渐淘汰的 TYPE_TEMPERATURE。

　　温度传感器 （Temperature）

　　Android 温度传感器用于检测 CPU 温度。从而对内部硬件进行校准。自 Android 4.0之后，该传感器逐渐被淘汰，取而代之的是环境温度传感器。