Android设备中实现陀螺仪(Orientation Sensor)_android陀螺仪组建

作者：我家自动化 | 2024-06-22 10:15:39

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android陀螺仪组建

原地址：http://www.apkbus.com/forum.php?mod=viewthread&tid=13120

设备中的三自由度陀螺仪就是一个可以识别设备相对于地面，绕x、y、z轴转动角度的感应器(自己的理解，不够严谨)。智能手机，平板电脑有了它，可以实现很多好玩的应用，比如说指南针等。
我们可以用一个磁场感应器(magnetic sensor)，来实现陀螺仪。

磁场感应器是用来测量磁场感应强度的。一个3轴的磁sensor IC可以得到当前环境下X、Y和Z方向上的磁场感应强度，对于Android中间层来说就是读取该感应器测量到的这3个值。当需要时，上报给上层应用程序。磁感应强度的单位是T（特斯拉）或者是Gs（高斯），1T等于10000Gs。

了解陀螺仪前先来看看android定义的坐标系，在/hardware/libhardware/include/hardware/sensors.h中有个图。

图中表示设备的正上方是y轴方向，右边是x轴方向，垂直设备屏幕平面向上的是Z轴方向，这个很重要。因为应用程序就是根据这样的定义来写的，所以我们报给应用的数据要跟这个定义符合。还需要清楚磁sensor芯片贴在板上的坐标系。我们从芯片读出数据后要把芯片的坐标系转换为设备的实际坐标系。除非芯片贴在板上刚好跟设备的x、y、z轴方向刚好一致（去感谢你的硬件工程师吧）。

陀螺仪的实现是根据磁场感应强度的3个值计算出另外3个值。当需要时，我们计算出这3个值上报给应用程序，陀螺仪的功能就实现了。

这3个值具体含义和计算方法是：

1. azimuth 方位角：就是绕z轴转动的角度，0度=正北,（假设Y轴指向地磁正北方，直升机正前方的方向如下图）

90度=正东,

180度=正南,

270度=正西。

求x和y方向的磁感应强度的反正切，就可以得到方位角（算法看后面poll函数中的代码）。要实现指南针，只需要这个就可以了（不考虑设备非水平的情况）；
2. pitch 仰俯：绕X轴转动的角度 (-180<=pitch<=180), 如果设备水平放置，前方向下俯就是正，如图：

前方向上仰就是负值；

求磁sensor的y和z反正切可得到此角度值。

3. roll 滚转：绕Y轴转动(-90<=roll<=90)，向左翻滚是正值

向右翻滚是负值；

求z和x的反正切可得到此值。
sensors.h中还定义了其他各种sensor。要实现的就是这两个：

#define SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD 2
#define SENSOR_TYPE_ORIENTATION 3

复制代码

在/hardware/sensors/sensors.cpp 中添加对MAGNETIC_FIELD和ORIENTATION 的支持
简单的说一下怎样添加,下面的代码不完整，请参考/sdk/emulator/sensors/sensors_qemu.c

//加入需要的宏定义
#define ID_BASE SENSORS_HANDLE_BASE
#define ID_ACCELERATION (ID_BASE+0)
#define ID_MAGNETIC_FIELD (ID_BASE+1)
#define ID_ORIENTATION (ID_BASE+2)
#define S_HANDLE_ACCELEROMETER (1<<ID_ACCELERATION)
#define S_HANDLE_MAGNETIC_FIELD (1<<ID_MAGNETIC_FIELD)
#define S_HANDLE_ORIENTATION (1<<ID_ORIENTATION)
#define SENSORS_NUM 4
#define SUPPORTED_SENSORS ((1<<NUM_SENSORS)-1)
//在 sensor_t sensors_list[] 中添加两个sensor的信息,
//这些只是一些Sensor的信息，应用程序可以获取到。
#ifdef MAGNETIC_FIELD
{
name : "XXX 3-axis Magnetic field sensor",
vendor : "XXX company",
version : 1,
handle : S_HANDLE_MAGNETIC_FIELD,
type : SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD,
maxRange : 600.0f,//最大范围
resolution : 30.0f,//最小分辨率
power : 6.7f,//这个不太懂
},
#endif
#ifdef ORIENTATION
{
name: "XXX Orientation sensor",
vendor: "XXX company",
version: 1,
handle: S_HANDLE_ORIENTATION,
type: SENSOR_TYPE_ORIENTATION,
maxRange: 360,
resolution: 0.1,
power: 20,
},
#endif
//定义一个结构来保存orientation的信息
static struct orientation{
float azimuth;
float pitch;
float roll;
}orientation;
//在 control__open_data_source()函数中打开设备
static native_handle_t*
control__open_data_source(struct sensors_control_device_t *dev)
{
SensorControl* ctl = (void*)dev;
native_handle_t* handle;
int fd_m = open (MAGNETIC_DATA_DEVICE, O_RDONLY);
LOGD ("Open Magnetic Data source: %d, %d/n", fd_m, errno);
if (fd_m>= 0)
{
dev->fd[ID_MAGNETIC_FIELD] = dup(fd_m);
}
return handle;
}
//实现数据的打开和关闭函数
static int
data__data_open(struct sensors_data_device_t *dev, native_handle_t* handle)
{
struct sensors_data_context_t *dev;
dev = (struct sensors_data_context_t *)device;
for(int i=0 ;i<SENSORS_NUM; i++)
{
dev->fd[i] = dup(handle->data[i]);
}
native_handle_close(handle);
native_handle_delete(handle);
return 0;
}
static int
data__data_close(struct sensors_data_device_t *dev)
{
struct sensors_data_context_t *dev;
dev = (struct sensors_data_context_t *)device;
for(int i=0 ;i<SENSORS_NUM; i++)
{
if (dev->fd[i] >= 0)
{
close(dev->fd[i]);
}
dev->fd[i] = -1;
}
return 0;
}
//最关键的poll函数
static int
data__poll(struct sensors_data_device_t *dev, sensors_data_t* values)
{
SensorData* data = (void*)dev;
int fd = data->events_fd;
//判断设备是否打开
if(dev->fd[ID_MAGNETIC_FIELD] < 0)
{
LOGD("In %s dev[%d] is not open!/n",__FUNCTION__ ,ID_MAGNETIC_FIELD);
return -1;
}
pollfd pfd[SENSORS_NUM] =
{
//省略其他sensor代码
{
fd: dev->fd[ID_MAGNETIC_FIELD],
events: POLLIN,
revents: 0
},
//省略其他sensor代码
};
int err = poll (pfd, SENSORS_NUM, s_timeout);
unsigned int mask = SUPPORTED_SENSORS;
static unsigned int poll_flag=0;
if(poll_flag==0)
{
poll_flag = mask;
}
//省略其他sensor
if(poll_flag&(1<<ID_MAGNETIC_FIELD))
{
if((pfd[ID_MAGNETIC_FIELD].revents&POLLIN) == POLLIN)
{
char rawData[6];
err = read (dev->fd[ID_MAGNETIC_FIELD], &rawData, sizeof(rawData));
if(err<0)
{
LOGE("read magnetic field ret:%d errno:%d/n", err, errno);
return err;
}
struct timespec t;
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &t);
data->time = timespec_to_ns(&t);
data->sensor = SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD;
data->magnetic.status = SENSOR_STATUS_ACCURACY_HIGH;
//上报的数据单位要转换成 uTesla
data->magnetic.x = ( (rawData[1] << 8 ) | rawData[0])/ MAGNETIC_CONVERT;
data->magnetic.y = ( (rawData[3] << 8 ) | rawData[2])/ MAGNETIC_CONVERT;
data->magnetic.z = ( (rawData[5] << 8 ) | rawData[4])/ MAGNETIC_CONVERT;
//把陀螺仪需要的数据计算出来，用atan2()，头文件要加上#include <math.h>
float azimuth = atan2( (float)(data->magnetic.x ),(float)(data->magnetic.y) );
if(azimuth<0)
{
azimuth = 360 - fabs(azimuth*180/PI);
}
else
{
azimuth = azimuth*180/PI;
}
orientation.azimuth = 360-azimuth;
//rotation around the X axis.+180~-180 degree
orientation.pitch = atan2( (float)(data->magnetic.y ),(float)(data->magnetic.z)
)*180/PI;
//rotation around the Y axis +90~-90 degree
float roll = atan2( (float)(data->magnetic.x ),(float)(data->magnetic.z) )
*180/PI;
if (roll > 90)
{
roll = -(180.0-roll);
}
else if (roll < -90)
{
roll = 180 + roll;
}
orientation.roll = roll;
}
return S_HANDLE_MAGNETIC_FIELD;
}
if(poll_flag&(1<<ID_MAGNETIC_FIELD))
{
//数据已经计算好了直接上报就行
struct timespec t;
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &t);
data->time = timespec_to_ns(&t);
data->sensor = SENSOR_TYPE_ORIENTATION;
data->orientation.azimuth = orientation.azimuth;
data->orientation.pitch = orientation.pitch;
data->orientation.roll = orientation.roll;
poll_flag &= ~(1<<ID_ORIENTATION);
return S_HANDLE_ORIENTATION;
}
}

复制代码

写好后可以用一个叫做sensorlist的程序先测试一下，看报上去的数据是否正常。然后可以试试一个叫做Pacific Navy Fighter 的游戏来爽一爽了。

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