Pro Android學習筆記（一五五） 感測器（5） 磁場感測器和方位（上）
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磁場感測器（Magnetic Field Sensors）
磁場感測器可以用來檢測磁場大小，和加速度感測器一樣，有x、y、z軸三個方向，單位為uT（microteslas）。磁場感測器也稱為compass（指南針），在uses-feature中使用android.hardware.sensor.compass作為其名字。說實在的，單看磁場數值也看不出所以然。
說個故事，單位部門調整，一撥同事到10樓，這是上下移動實驗室的夾層，下面是行動網路（有4G小基站）實驗室。一聽要挪過去，各個憂心忡忡，這輻射如何辦？按祕書的說法，怎麼辦，涼拌。正好玩磁場感測器，雖然magnetic不是electromagnetic，電場、磁場相互作用，在具體的都還給老師了。手頭上也沒有什麼能夠進行測試的，就用磁場感測器測一測。這種事情多半都是自己嚇自己，智慧手機將成為摸金校尉的必備工具。
下面是小例子程式碼片段：
public class MagneticFieldSensorActivity extends Activity implements SensorEventListener{
......
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
......
sensorManager = (SensorManager)getSystemService(SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
}
...... //註冊和登出磁場感測器監聽器
private int count = 1;
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
if( count++ == 20){ //磁場感測器很敏感，每20個變化，顯示一次數值
double value = Math.sqrt(event.values[0]*event.values[0] + event.values[1]*event.values[1]
+event.values[2]*event.values[2]);
String str = String.format("X:%8.4f , Y:%8.4f , Z:%8.4f \n總值為：%8.4f",
event.values[0],event.values[1],event.values[2],value);
count = 1;
tv.setText(str);
}
}
@Override
public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
// Nothing here
}
}
方位感測器（Orientation Sensors）
磁場感測器和加速度感測器結合可或者裝置擺放角度，兩者結合可以獲取方位。這些計算由Android代勞了，SensorManager提供getRotationMatrix()，獲得轉動的矩陣，並進一步通過getOrientation()獲得方位矩陣。Android還有方位感測器（orientation Sensors），不是物理實體，而是通過acceleration感測器和磁場感應器來獲取方位，而在Android2.2開始方位感測器就被deprecated了。
裝置擺放情況通過azimuth、pitch和roll來表示。
azimuth即方位角，就是手機方向和正北的夾角，百度百科這樣描述方位角：是從某點的指北方向線起，依順時針方向到目標方向線之間的水平夾角。pitch和roll可能是引用了航天的術語。azimuth，pitch和roll分別是z軸、X軸和Y軸的旋轉角度。
老方法採用orientation感測器，azimuth從0~360。pitch是在x軸方向的轉動角度，其實就是Y軸和水平面的仰角，範圍為-180~180，正的為朝下（手機頭低於水平面），負的為朝上，pitch的方向逆時針為正。roll是Y軸防線的轉動角度，實際就是X軸和水平面的角度，範圍在-90~90，同樣逆時針為正，右軸高於左軸時為正，右軸高於左軸時為負。
新的方法，azimuth的範圍是-180~180，當然我們可以進行適當的處理，如果小於零，則加360，這樣就可以和orientation的得到的值一樣。需要注意的是pitch的範圍是-90~90，機頭上翹為負；roll的範圍是-180~180，和老方法相反，右軸高時為負。
這兩種方式的數值可能會使人有些迷糊，我們在使用之前先查文件弄清楚就是了。我曾經有個疑惑為何有兩個數值的範圍是360度，其中一個數值只有180度。想想球面就知道了，以地球儀為例，經度範圍是360°，維度範圍是180°，就可以確定球面上的任何一點，以球心到該點假設是手機中軸線，還有一個圍繞Y軸360°轉的角度的第三維，這就可以確定所有的排放方式。
小例子
下面小例子我們將同時展現新舊兩種方式。
public class VirtualJax extends Activity implements SensorEventListener{
... ... //註冊和登出感測器監聽器，本例涉及三個感測器（加速度感測器、地磁感測器和方位感測器），可以用sensorManager.unregister(this)登出監聽器所涉及的全部感測器。
private Sensor accelSensor = null, compassSensor = null, orientSensor = null;
private float[] accelValues = new float[3], compassValues = new float[3],orientValues = new float[3];
private boolean ready = false; //檢查感測器是否正常工作，即是否同時具有加速感測器和磁場感測器。
private float[] inR = new float[9];
private float[] inclineMatrix = new float[9];
private float[] prefValues = new float[3];
private double mInclination;
private int count = 1;
@SuppressWarnings("deprecation") //因為orientaion已經不再使用，為了不要顯示warning，加上此標識
@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
//【1】將相關感測器的數值分別讀入accelValues，compassValues（磁力感應器的數值）和orientValues陣列中
switch(event.sensor.getType()){
case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER:
for(int i = 0 ; i < 3 ; i ++){
accelValues[i] = event.values[i];
}
if(compassValues[0] != 0) //如果accelerator和magnetic感測器都有數值，設定為真
ready = true;
break;
case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
for(int i = 0 ; i < 3 ; i ++){
compassValues[i] = event.values[i];
}
if(accelValues[2] != 0) //檢查accelerator和magnetic感測器都有數值，只是換一個軸向檢查
ready = true;
break;
case Sensor.TYPE_ORIENTATION:
for(int i = 0 ; i < 3 ; i ++){
orientValues[i] = event.values[i];
}
break;
}
if(!ready)
return;
//【2】根據加速感測器的數值accelValues[3]和磁力感應器的數值compassValues[3]，進行矩陣計算，獲得方位
//【2.1】計算rotation matrix R(inR)和inclination matrix I(inclineMatrix)
if(SensorManager.getRotationMatrix(inR, inclineMatrix, accelValues, compassValues)){
/* 【2.2】根據rotation matrix計算裝置的方位。，範圍陣列：
values[0]: azimuth, rotation around the Z axis.
values[1]: pitch, rotation around the X axis.
values[2]: roll, rotation around the Y axis.*/
SensorManager.getOrientation(inR, prefValues);
//【2.2】根據inclination matrix計算磁仰角，地球表面任一點的地磁場總強度的向量方向與水平面的夾角。
mInclination = SensorManager.getInclination(inclineMatrix);
//【3】顯示測量值
if(count++ % 100 == 0){
doUpdate(null);
count = 1;
}
}else{
Toast.makeText(this, "無法獲得矩陣（SensorManager.getRotationMatrix）", Toast.LENGTH_LONG);
finish();
}
}
//【3】顯示測量值
public void doUpdate(View v){
if(!ready)
return;
//preValues[0]是方位角，單位是弧度，範圍是-pi到pi，通過Math.toDegrees()轉換為角度
float mAzimuth = (float)Math.toDegrees(prefValues[0]);
/*//糾正為orientation的數值。
* if(mAzimuth < 0)
mAzimuth += 360.0;*/
String msg = String.format("推薦方式：\n方位角：%7.3f\npitch: %7.3f\nroll: %7.3f\n地磁仰角：%7.3f\n",
mAzimuth,Math.toDegrees(prefValues[1]),Math.toDegrees(prefValues[2]),
Math.toDegrees(mInclination));
nowOne.setText(msg);
msg = String.format("老方式：\n方位角：%7.3f\npitch: %7.3f\nroll: %7.3f",
orientValues[0],orientValues[1],orientValues[2]);
oldOne.setText(msg);
}
}
執行結果如下：
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