位置传感器

Android 平台提供了两个传感器，可让您确定设备的位置：地磁场传感器和加速度计。Android 平台还提供了一个传感器，可让您确定设备表面与物体的距离（称为近程传感器）。地磁场传感器和近程传感器是基于硬件的。大多数手机和平板电脑制造商都会添加地磁场传感器。同样，手机制造商通常会添加近程传感器，以确定手机何时靠近用户的脸部（例如在通话期间）。如需确定设备的方向，您可以使用设备的加速度计和地磁场传感器中的读数。

注意：方向传感器在 Android 2.2（API 级别 8）中已被废弃，方向传感器类型在 Android 4.4W（API 级别 20）中已被废弃。

位置传感器可用于确定设备在世界参考系中的物理位置。例如，您可以将地磁场传感器与加速度计结合使用，以确定设备相对于地磁北极的位置。您还可以使用这些传感器来确定设备在应用参考坐标系中的屏幕方向。 位置传感器通常不用于监控设备移动或运动，例如摇晃、倾斜或推力（如需了解详情，请参阅运动传感器）。

地磁场传感器和加速度计会针对每个 SensorEvent 返回传感器值的多维数组。例如，地磁场传感器会在单个传感器事件期间为三个坐标轴中的每一个提供地磁场强度值。同样，加速度计传感器会测量传感器事件期间施加到设备的加速度。如需详细了解传感器使用的坐标系，请参阅 传感器坐标系。近程传感器会为每个传感器事件提供一个值。表 1 总结了 Android 平台支持的位置传感器。

表 1. Android 平台支持的位置传感器。

传感器 传感器事件数据 说明 度量单位
TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的旋转矢量分量 (x * sin(θ/2))。 无单位
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的旋转矢量分量 (y * sin(θ/2))。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的旋转矢量分量 (z * sin(θ/2))。
TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的旋转矢量分量 (x * sin(θ/2))。 无单位
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的旋转矢量分量 (y * sin(θ/2))。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的旋转矢量分量 (z * sin(θ/2))。
TYPE_MAGNETIC_FIELD SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的地磁场强度。 μT
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的地磁场强度。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的地磁场强度。
TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED SensorEvent.values[0] 沿 x 轴的地磁场强度（未进行硬铁校准）。 μT
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的地磁场强度（未进行硬铁校准）。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的地磁场强度（未进行硬铁校准）。
SensorEvent.values[3] 沿 X 轴的铁偏置估计。
SensorEvent.values[4] 沿 y 轴的铁偏差估计值。
SensorEvent.values[5] 沿 z 轴的铁偏置估计。
TYPE_ORIENTATION1 SensorEvent.values[0] 方位角（绕 Z 轴的角度）。 度数
SensorEvent.values[1] 俯仰角（绕 X 轴的角度）。
SensorEvent.values[2] 横滚角（围绕 y 轴的角度）。
TYPE_PROXIMITY SensorEvent.values[0] 与物体的距离。2 厘米

1此传感器在 Android 2.2（API 级别 8）中已被废弃，此传感器类型在 Android 4.4W（API 级别 20）中已被废弃。 传感器框架提供了获取设备屏幕方向的替代方法，这些方法在计算设备的屏幕方向中进行了讨论。

2 某些近程传感器仅提供表示近和远的二进制值。

使用游戏旋转矢量传感器

游戏旋转矢量传感器与旋转矢量传感器相同，但前者不使用地磁场。因此，Y 轴不指向北方，而是指向其他参考方向。该参考值允许漂移，漂移幅度与陀螺仪围绕 Z 轴漂移的幅度相同。

由于游戏旋转矢量传感器不使用磁场，因此相对旋转更准确，并且不受磁场变化的影响。如果您不在乎北方在哪里，并且由于正常旋转矢量依赖于磁场而无法满足您的需求，请在游戏中使用此传感器。

以下代码展示了如何获取默认游戏旋转矢量传感器的实例：

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR);

使用地磁旋转矢量传感器

地磁旋转矢量传感器与旋转矢量传感器类似，但它不使用陀螺仪。此传感器的精确度低于普通旋转矢量传感器，但功耗较低。仅当您希望在后台收集旋转信息而又不想消耗太多电池电量时，才使用此传感器。此传感器与批处理结合使用时最有用。

以下代码展示了如何获取默认地磁旋转矢量传感器的实例：

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR);

计算设备的屏幕方向

通过计算设备的屏幕方向，您可以监控设备相对于地球参考系（具体而言，磁北极）的位置。以下代码展示了如何计算设备的方向：

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
...
// Rotation matrix based on current readings from accelerometer and magnetometer.
val rotationMatrix = FloatArray(9)
SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null, accelerometerReading, magnetometerReading)

// Express the updated rotation matrix as three orientation angles.
val orientationAngles = FloatArray(3)
SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles)

Java

private SensorManager sensorManager;
...
// Rotation matrix based on current readings from accelerometer and magnetometer.
final float[] rotationMatrix = new float[9];
SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null,
    accelerometerReading, magnetometerReading);

// Express the updated rotation matrix as three orientation angles.
final float[] orientationAngles = new float[3];
SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles);

系统通过将设备的地磁场传感器与设备的加速度计结合使用来计算方向角。系统使用这两个硬件传感器提供以下三个方向角的数据：

  • 方位角（绕 -z 轴旋转的度数）。这是设备当前罗盘方向与磁北之间的角度。如果设备的顶部边缘朝向磁北，则方位角为 0 度；如果顶部边缘朝向南，则方位角为 180 度。同样，如果上边缘朝东，则方位角为 90 度；如果上边缘朝西，则方位角为 270 度。
  • 俯仰角（绕 x 轴旋转的角度）。这是平行于设备屏幕的平面与平行于地面的平面之间的角度。如果您将设备与地面平行放置，使底边最靠近您，并将设备的顶边向地面倾斜，则俯仰角会变为正值。向相反方向倾斜（使设备顶部边缘远离地面）会导致俯仰角变为负值。值的范围为 -90 度到 90 度。
  • 滚动（绕 y 轴旋转的角度）。这是垂直于设备屏幕的平面与垂直于地面的平面之间的角度。如果您将设备与地面平行放置，使设备的下边缘最靠近您，并将设备的左边缘向地面倾斜，则滚转角会变为正值。向相反方向倾斜（将设备的右边缘移向地面）会导致滚动角变为负值。值的范围为 -180 度到 180 度。

注意：传感器的横滚定义已更改，以反映地理传感器生态系统中的绝大多数实现。

请注意，这些角度所基于的坐标系与航空领域中使用的坐标系（用于偏航、俯仰和翻滚）不同。在航空系统中，x 轴沿飞机的长边，从机尾指向机头。

屏幕方向传感器通过处理来自加速度计和地磁场传感器的原始传感器数据来获取其数据。由于涉及大量处理，方向传感器的准确度和精确度会降低。具体而言，只有当侧倾角为 0 时，此传感器才可靠。因此，Android 2.2（API 级别 8）中废弃了屏幕方向传感器，Android 4.4W（API 级别 20）中废弃了屏幕方向传感器类型。 我们建议您结合使用 getRotationMatrix() 方法和 getOrientation() 方法来计算屏幕方向值，而不是使用来自屏幕方向传感器的原始数据，如以下代码示例所示。在此过程中，您可以使用 remapCoordinateSystem() 方法将屏幕方向值转换为应用的参考框架。

Kotlin

class SensorActivity : Activity(), SensorEventListener {

    private lateinit var sensorManager: SensorManager
    private val accelerometerReading = FloatArray(3)
    private val magnetometerReading = FloatArray(3)

    private val rotationMatrix = FloatArray(9)
    private val orientationAngles = FloatArray(3)

    public override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.main)
        sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
        // You must implement this callback in your code.
    }

    override fun onResume() {
        super.onResume()

        // Get updates from the accelerometer and magnetometer at a constant rate.
        // To make batch operations more efficient and reduce power consumption,
        // provide support for delaying updates to the application.
        //
        // In this example, the sensor reporting delay is small enough such that
        // the application receives an update before the system checks the sensor
        // readings again.
        sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)?.also { accelerometer ->
            sensorManager.registerListener(
                    this,
                    accelerometer,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
            )
        }
        sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)?.also { magneticField ->
            sensorManager.registerListener(
                    this,
                    magneticField,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
            )
        }
    }

    override fun onPause() {
        super.onPause()

        // Don't receive any more updates from either sensor.
        sensorManager.unregisterListener(this)
    }

    // Get readings from accelerometer and magnetometer. To simplify calculations,
    // consider storing these readings as unit vectors.
    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        if (event.sensor.type == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
            System.arraycopy(event.values, 0, accelerometerReading, 0, accelerometerReading.size)
        } else if (event.sensor.type == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
            System.arraycopy(event.values, 0, magnetometerReading, 0, magnetometerReading.size)
        }
    }

    // Compute the three orientation angles based on the most recent readings from
    // the device's accelerometer and magnetometer.
    fun updateOrientationAngles() {
        // Update rotation matrix, which is needed to update orientation angles.
        SensorManager.getRotationMatrix(
                rotationMatrix,
                null,
                accelerometerReading,
                magnetometerReading
        )

        // "rotationMatrix" now has up-to-date information.

        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles)

        // "orientationAngles" now has up-to-date information.
    }
}

Java

public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {

    private SensorManager sensorManager;
    private final float[] accelerometerReading = new float[3];
    private final float[] magnetometerReading = new float[3];

    private final float[] rotationMatrix = new float[9];
    private final float[] orientationAngles = new float[3];

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
    }

    @Override
    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
        // You must implement this callback in your code.
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();

        // Get updates from the accelerometer and magnetometer at a constant rate.
        // To make batch operations more efficient and reduce power consumption,
        // provide support for delaying updates to the application.
        //
        // In this example, the sensor reporting delay is small enough such that
        // the application receives an update before the system checks the sensor
        // readings again.
        Sensor accelerometer = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
        if (accelerometer != null) {
            sensorManager.registerListener(this, accelerometer,
                SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
        }
        Sensor magneticField = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
        if (magneticField != null) {
            sensorManager.registerListener(this, magneticField,
                SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
        }
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();

        // Don't receive any more updates from either sensor.
        sensorManager.unregisterListener(this);
    }

    // Get readings from accelerometer and magnetometer. To simplify calculations,
    // consider storing these readings as unit vectors.
    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
          System.arraycopy(event.values, 0, accelerometerReading,
              0, accelerometerReading.length);
        } else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
            System.arraycopy(event.values, 0, magnetometerReading,
                0, magnetometerReading.length);
        }
    }

    // Compute the three orientation angles based on the most recent readings from
    // the device's accelerometer and magnetometer.
    public void updateOrientationAngles() {
        // Update rotation matrix, which is needed to update orientation angles.
        SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null,
            accelerometerReading, magnetometerReading);

        // "rotationMatrix" now has up-to-date information.

        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles);

        // "orientationAngles" now has up-to-date information.
    }
}

通常，您无需对设备的原始屏幕方向角度执行任何数据处理或过滤，只需将传感器的坐标系转换为应用的参考系即可。

使用地磁场传感器

借助地磁场传感器，您可以监测地球磁场的变化。以下代码展示了如何获取默认地磁场传感器的实例：

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);

注意： 如果您的应用以 Android 12（API 级别 31）或更高版本为目标平台，此传感器会受到速率限制。

此传感器可提供三个坐标轴中每个轴的原始场强数据（以 μT 为单位）。 通常，您无需直接使用此传感器。您可以改用旋转矢量传感器来确定原始旋转运动，也可以将加速度计和地磁场传感器与 getRotationMatrix() 方法结合使用，以获取旋转矩阵和倾斜矩阵。然后，您可以将这些矩阵与 getOrientation() 和 getInclination() 方法结合使用，以获取方位角和地磁倾角数据。

注意： 测试应用时，您可以通过以“8”字形挥动设备来提高传感器的准确性。

使用未校准的磁力计

未校准磁力计类似于地磁场传感器，但不会对磁场应用硬铁校准。出厂校准和温度补偿仍会应用于磁场。未校准的磁力计有助于处理不良的硬铁估算。一般来说，geomagneticsensor_event.values[0] 会接近 uncalibrated_magnetometer_event.values[0] - uncalibrated_magnetometer_event.values[3]。也就是说，

calibrated_x ~= uncalibrated_x - bias_estimate_x

注意：未校准传感器可提供更多的原始结果，可能包括一些偏差，但其测量结果包含校准后更正结果中的少数激增值。某些应用可能更倾向于使用这些未经校准的结果，因为它们更平滑、更可靠。例如，如果应用尝试自行进行传感器融合，引入校准实际上可能会使结果失真。

除了磁场之外，未校准的磁力计还会提供每个轴的估计硬铁偏差。以下代码展示了如何获取默认未校准磁力计的实例：

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED);

使用近程传感器

借助近程传感器，您可以确定物体与设备的距离。以下代码展示了如何获取默认近程传感器的实例：

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);

近程传感器通常用于确定人的头部与手机设备表面的距离（例如，当用户拨打或接听电话时）。大多数近程传感器会返回绝对距离（以厘米为单位），但有些传感器仅返回近值和远值。

注意：在某些设备型号上，近程传感器位于屏幕下方，如果在屏幕开启时启用该传感器，可能会导致屏幕上出现闪烁的点。

以下代码展示了如何使用近程传感器：

Kotlin

class SensorActivity : Activity(), SensorEventListener {

    private lateinit var sensorManager: SensorManager
    private var proximity: Sensor? = null

    public override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.main)

        // Get an instance of the sensor service, and use that to get an instance of
        // a particular sensor.
        sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
        proximity = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
    }

    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        val distance = event.values[0]
        // Do something with this sensor data.
    }

    override fun onResume() {
        // Register a listener for the sensor.
        super.onResume()

        proximity?.also { proximity ->
            sensorManager.registerListener(this, proximity, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL)
        }
    }

    override fun onPause() {
        // Be sure to unregister the sensor when the activity pauses.
        super.onPause()
        sensorManager.unregisterListener(this)
    }
}

Java

public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {
    private SensorManager sensorManager;
    private Sensor proximity;

    @Override
    public final void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);

        // Get an instance of the sensor service, and use that to get an instance of
        // a particular sensor.
        sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
        proximity = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);
    }

    @Override
    public final void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
    }

    @Override
    public final void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        float distance = event.values[0];
        // Do something with this sensor data.
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        // Register a listener for the sensor.
        super.onResume();
        sensorManager.registerListener(this, proximity, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
      }

    @Override
    protected void onPause() {
        // Be sure to unregister the sensor when the activity pauses.
        super.onPause();
        sensorManager.unregisterListener(this);
    }
}

注意：某些近程传感器会返回表示“近”或“远”的二进制值。在这种情况下，传感器通常会在检测到“远”状态时报告其最大范围值，在检测到“近”状态时报告一个较小的值。通常，远值是大于 5 厘米的值，但具体值可能因传感器而异。您可以使用 getMaximumRange() 方法确定传感器的最大范围。

另请阅读

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