发布日期:2022-10-09 点击率:139
加速度传感器测量设备的加速度,包括重力加速度。以下代码展示了如何获取缺省的加速度传感器的一个实例:
private SensorManager mSensorManager;
private Sensor mSensor;
...
mSensorManager=(SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
从概念上说,加速度传感器通过测量施于传感器上的作用力,并按以下关系来检测设备的加速度(Ad)。
Ad = - ∑Fs / mass
然而,重力总是会按以下关系影响测量的精度。
Ad = -g - ∑F / mass
因此,如果设备是平放在桌子上的(没有加速度),加速度计会读到g = 9.81 m/s2。同理,设备在自由落体或以 9.81 m/s2的加速度坠向地面时,加速度计会读到 g = 0 m/s2。因此,要测出设备真实的加速度,必须排除加速计数据中的重力干扰。这可以通过高通滤波器来实现。反之,低通滤波器则可以用于分离出重力加速度值。以下例程展示了它们的用法:
public void onSensorChanged(SensorEvent event){ //在本例中,alpha由 t / (t + dT)计算得来, //其中 t是低通滤波器的时间常数,dT是事件报送频率 final float alpha = 0.8; //用低通滤波器分离出重力加速度 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];
//用高通滤波器剔除重力干扰 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: 你可以使用很多技术来过滤传感器数据。以上例程只是使用了过滤器常量(alpha)来创建一个低通滤波器。这个过滤器常量是由时间常量(t)和传感器事件报送频率(dt)推导出来的,t大致等于过滤器触发传感器事件的间隔时间。为了演示,此例程使用 0.8作为 alpha 的值。如果你要用这个过滤方法,你可能需选用其它的 alpha值。
加速计使用了标准的传感器 坐标系 。这意味着,设备以原始方位平放在桌子上时,会发生以下状况:
如果你从左侧平推设备(它向右移),则 x方向加速度为正值。
如果你从下侧平推设备(它向前移),则 y方向加速度为正值。
如果以 A m/s2的加速度向空中移动设备,则 z 方向加速度等于 A +9.81,即设备加速度(+A m/s2)减去重力加速度(-9.81m/s2)。
静止设备的加速度值为 +9.81,即设备加速度(0 m/s2)减去重力加速度(-9.81m/s2)。
一般情况下,加速度计已足够应付对设备移动情况的监测。几乎所有 Android平台的手持和桌面终端都带有加速度计,它的能耗比其它运动传感器要少10倍。不过它有一个缺点,就是你不得不实现低通和高通滤波器,以消除重力影响并减少噪声数据。
Android SDK给出了一个应用示例,展示了加速度传感器的使用方法( Accelerometer Play )。
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Android是面向智能手机和其他便携式设备的最受欢迎的操作系统(OS)之一。?它为多种传感器提供了标准的API接口,包括加速度计。加速度计的标准API定义了原始加速度数据的坐标系统。用户必须将从传感器中读取的原始数据转换为标准单位,并使其符合系统定义的坐标方向。本文介绍了Android中的坐标系统是如何定义的,以及如何在Android系统的驱动代码中对3轴加速度计数据的方向和坐标进行转换。本文讨论的示例代码基于飞思卡尔的Android?2.2和2.3驱动程序,加速度计则以飞思卡尔的MMA8452Q加速度传感器为例。
一部智能手机或便携设备应具有Wi-Fi和互联网功能,能够运行应用软件等诸多特征,而且一定会具有内置传感器。高端智能手机可能集成接近传感器,环境光传感器,3轴加速度计,以及磁力计等多种传感器。Android?2.3添加了一些支持多种新型传感器的API,包括陀螺仪、旋转向量、线性加速度、重力和气压传感器等。应用软件可以使用这些新型传感器,将它们组合起来,就可以实现高精确度的高级运动检测功能。
3轴加速度计或低g值传感器是Android?API支持的传感器之一,具有特定的坐标系统,可以给应用程序提供标准的接口数据。坐标空间的定义与手机屏幕的默认方向有关,如图1所示。
在Android坐标系统中,坐标原点位于屏幕的左下角,X轴水平指向右侧,Y轴垂直指向顶部,Z轴指向屏幕前方。?在该系统中,屏幕后方的坐标具有负的Z轴值。
Android加速度计数据定义为:
Sensor.TYPE_ACCELEROMETER
所有数值都采用SI标准单位(m/s2),测量手机的加速度值,并减去重力加速度分量。
values[0]:x轴上的加速度值减去Gx
values[1]:y轴上的加速度值减去Gy
values[2]:z轴上的加速度值减去Gz
例如,当设备平放在桌上并推着其左侧向右移动时,x轴加速度值为正。当设备平放在桌上时,加速度值为+9.81,这是用设备的加速度值?(0?m/s2)?减去重力加速度值?(-9.81?m/s2)得到的。
当设备平放在桌上放,并以加速度A?m/s2朝天空的方向推动时,加速度值等于A+9.81,这是用设备加速度值(+A?m/s2)减去重力加速度值(-9.81?m/s2)得到的。
表1列出了与设备的各个位置相对应的传感器的加速度值读数。用户可以用下表检查加速度计的方向与系统坐标是否一致。
表1. 不同位置上各轴的加速度值
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
通过加速度传感器读取3轴加速度值时,需要假设传感器的3轴方向与系统坐标是一致的。但是在实际的产品中,可能会使用不同的传感器芯片,或者采用不同的安装方向,因此数据方向也会不同。图2所示的是飞思卡尔MMA8452Q?3轴加速度传感器的方向定义。
在图2中,我们可以看到当安装芯片时,必须让引脚1处于右下角的位置(PD),并安装在PCB的前方,这样才能与Android坐标系统的默认位置相符。这样安装后,用户可确定数据方向与系统坐标定义是一致的。在任何其他情形下,数据都无法与系统定义保持完全一致,所以需要更改数据方向和坐标。在某些情况下,X和Y轴必须交换,或者既要改变方向,也要交换X-Y轴。
判断是否需要改变方向或交换X-Y轴的方法如下所述:
1.?将设备放置在朝上(UP)的位置,如表1中所示。
2.?从传感器中读取3轴的数据。如果Y轴上的数据为?±1?g?(±9.81m/s2),其他两个轴上的数据大约为0,则不需要交换X-Y轴。否则,需要交换X和Y轴,请转至步骤3。
2.1.?在该位置上,如果Y轴上读取的数据为+1?g?(+9.81m/s2),则Y轴的方向不需要改变,如果数据为负,则Y轴的方向需要改变。
2.2.?将设备放置在朝左(LEFT)的位置,如表1中所示。X轴上读取的数据应为±1?g?(±9.81m/s2),其他两个轴上的数据应大约为0。如果X轴上的数据为正,则其方向不需要改变;否则X轴的方向需要改变。然后,执行第4步判断Z轴的方向。
3.?设备仍然放置在朝上(UP)的位置,并从传感器中读取3个轴的数据。此时X轴上的数据应为?±1?g?(±9.81m/s2),其他两个轴上的数据大约为0,需要X-Y交换。
3.1.?在该位置上,如果X轴的数据读取为+1?g?(+9.81m/s2),则X轴的方向不需要改变;否则需要改变。
3.2.?将设备放置在向左(LEFT)位置上,如表1中所示。Y轴上读取的数据应为±1?g?(±9.81m/s2),其他两个轴上的数据应大约为0。如果Y轴上的数据为正,则其方向不需要改变;否则需要改变。然后执行第4步判断Z轴的方向。
4.?将设备放置在正面朝上(FRONT-UP)的位置,并从传感器中读取3轴数据。?如果Z轴上的数据为+1?g?(+9.81m/s2),其他两个轴上的数据大约为0,则Z轴方向无需改变;如果Z轴数据为-1?g?(-9.81m/s2),则Z轴方向需要改变。
在Android系统中,传感器数据由内核空间中的Linux驱动读取,然后由HAL层驱动发送至API。分层结构如图3所示。因此,传感器数据可以在Linux驱动层或在HAL层上进行转换。
在Android?HAL文件中改变?X、Y和Z轴的方向
在HAL文件中,会有一组宏定义,用于把从传感器中读取的加速度数据转换为标准单位(m/s2)。如以下代码:
//?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)
在这个宏定义中,常量GRAVITY_EARTH?是一个标准重力加速度值,即9.81m/s2,LSG为一个重力加速度值的最小有效计数值,例如,MMA8452在正常模式下的读数为1024。因此,CONVERT_A用于把从加速度传感器中读取的数据,从数字读数转换为标准重力加速度单位。
通过分别修改CONVERT_A_X、CONVERT_A_Y和CONVERT_A_Z,我们可以轻松地改变X、Y和Z轴的方向。如果该轴的方向与系统定义相反,可以使用(-CONVERT_A)来改变其方向。如果方向一致,就使用(CONVERT_A),则保持方向不变。
这个宏定义位于FSL?Android?9?(Android?2.2)驱动程序的HAL文件sensor.c?中。?对于FSL?Android?10?(Android?2.3),您可以在’libsensors’文件夹的HAL文件Sensor.h中找到它。
在Android?2.2?HAL文件中交换X轴和Y轴
在某些情况下,X和Y轴必须进行交换,以便使传感器数据的坐标与系统坐标保持一致。
对于FSL?Android?9?(Android?2.2)驱动程序来说,X轴和Y轴的交换非常简单。首先,在HAL文件sensor.c中,在函数sensor_poll()?中找到以下代码:
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,根据如下所示修改代码:
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文件中交换X轴和Y轴
在Android?2.3的HAL文件中交换X轴和Y轴会更加复杂些,因为它具有更复杂的HAL文件结构。所有HAL文件都位于文件夹‘libsensors’中。文件AccelSensor.cpp中的两个函数需要修改。
首先,修改函数AccelSensor()的代码,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,修改函数processEvent()的代码,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轴和Y轴的数据就互相交换了。 在Kernel驱动文件中交换X轴和Y轴 X轴和Y轴的数据交换可以在底层的Linux驱动中,在刚开始读取传感器数据时实施。?通过这种方法,无论传感器芯片以何种方式安装在PCB中,或者使用各种不同类型的传感器,HAL文件都可以保持一致。 对于Android?2.2和2.3来说,执行该操作的最便捷的方式是修改函数report_abs()中的代码。在该函数中,传感器数据通过调用函数?mma8452_read_data()读取,如下所示(当使用的传感器为MMA8452Q时): if?(mma8452_read_data(&x,&y,&z)?!=?0)?{ //DBG("mma8452?data?read?failed "); return;} X轴和Y轴可以通过以下方式轻松交换: if?(mma8452_read_data(&y,&x,&z)?!=?0)?{ //DBG("mma8452?data?read?failed "); return;} 对于Android?2.2,MMA8452的Kernel驱动文件为mma8452.c;对于Android?2.3,驱动文件是‘hwmon’文件夹中的mxc_mma8452.c。 在Kernel驱动文件中改变?X、Y和Z轴的方向 传感器数据的方向也可以在Kernel驱动文件中更改。以下带有注释的语句可以添加到函数report_abs()中,从而改变数据方向: 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);
总结
Android系统已经为加速度计定义了坐标系统,因此用户必须转换从实际传感器中读取的数据,从而与其保持一致。无论是否需要转换,都应检查X、Y和Z轴的方向以及X-Y轴坐标。我们可以更改HAL文件或Kernel驱动文件来改变轴的方向,或交换X和Y轴,但是不要同时修改HAL文件和Kernel驱动。
修改ADXL375.cpp中如下代码即可:
将传感器水平放置在桌面上,调整方框框出来的后面的三个参数,使检测数据的x=0,y=0,z=1即可(因为将传感器正常水平放置在桌面上时,xy方向的加速度为0,z方向的加速度为1g,g为加速度单位,1g=9.8m/s2).
这三个参数的计算方法:
1、先用传感器测量一段时间的数据;
2、将数据复制到Excel;
3、求x、y、z轴加速度测量值的平均值,分别记为a、b、c;
利用原参数代入下列公式求x、y、z:
(x-6.)*0.049=a
(y-9.)*0.049=b;
(z+17.2875)*0.049=c;
最后得三个参数分别为:
参数1=-x
参数2=-y
参数3=1/0.049-z
最后把求得的三个参数代入原来的代码,上传到arduino即可。
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