位置传感器

Android 平台提供了两个传感器来帮助您确定设备的位置：地磁场传感器和加速度计。Android 平台还提供一种传感器，可让您确定设备表面与物体的邻近程度（称为近程传感器）。地磁场传感器和近程传感器均基于硬件。大多数手机和平板电脑制造商都配备了地磁场传感器。同样，手机制造商通常包含一个近程传感器，用于确定手机何时靠近用户脸部（例如，在通话期间）。如需确定设备的屏幕方向，您可以使用来自设备的加速度计和地磁场传感器的读数。

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

位置传感器对于确定设备在世界参照系中的物理位置非常有用。例如，您可以结合使用地磁场传感器和加速度计来确定设备相对于磁北极的位置。您还可以使用这些传感器在应用参照系中确定设备的屏幕方向。 位置传感器通常不用于监控设备的移动或动作，例如摇晃、倾斜或推力（如需了解详情，请参阅移动传感器）。

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。 微秒
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（无硬铁校准功能）。 微秒
SensorEvent.values[1] 沿 y 轴的地磁场强度（无硬铁校准功能）。
SensorEvent.values[2] 沿 z 轴的地磁场强度（无硬铁校准功能）。
SensorEvent.values[3] 沿 x 轴的铁偏差估算。
SensorEvent.values[4] 沿 y 轴的铁偏差估算。
SensorEvent.values[5] 沿 z 轴的铁偏差估算。
TYPE_ORIENTATION1 SensorEvent.values[0] 方位角（绕 z 轴的角度）。 度
SensorEvent.values[1] 俯仰角（绕 x 轴的角度）。
SensorEvent.values[2] 倾侧角（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）中已废弃，此传感器类型在 Android 4.4W（API 级别 20）中已废弃。传感器框架提供了用于获取设备屏幕方向的替代方法，在计算设备的屏幕方向中对这些方法进行了介绍。

2 某些近程传感器仅提供二进制值来表示近距离和远距离。

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完全相同，只不过它不使用地磁场。因此，Y 轴不是指向北方，而是指向其他参照。当陀螺仪围绕 Z 轴漂移时，该参照可以漂移相同的数量级。

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。如果您不在意北方的位置，并且由于依赖磁场，正常旋转矢量无法满足您的需求，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。该传感器的准确度低于普通旋转矢量传感器，但功耗有所降低。仅当您希望在后台收集旋转信息而又不会消耗过多电量时，才应使用此传感器。与批处理结合使用时，此传感器最为有用。

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照系（具体为磁北极）的位置。以下代码展示了如何计算设备的屏幕方向：

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);

系统结合使用设备的地磁场传感器和设备的加速度计来计算屏幕方向角。使用这两个硬件传感器，系统可提供以下三个屏幕方向角度的数据：

  • 方位角（绕 -z 轴的旋转角度）。这是设备当前罗盘方向与磁北向之间的角度。 如果设备的上边缘朝向磁北方向，则方位角为 0 度；如果上边缘朝南，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夹角。如果将设备与地面平行放置，且其下边缘最靠近您，并将设备的顶部边缘向地面倾斜，则俯仰角将变为正值。反方向倾斜（即设备的顶部边缘远离地面）会导致俯仰角变为负值。值的范围为 -90 度到 90 度。
  • 滚转（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。如果将设备与地面平行放置，且其下边缘最接近您，并将设备的左边缘向地面倾斜，则滚转角将变为正值。相反方向倾斜（将设备右边缘向地面移动）会导致滚转角变为负值。值的范围为 -180 度到 180 度。

注意：传感器的侧倾角定义已发生变化，以反映地理传感器生态系统中的绝大多数实现。

请注意，这些角度使用的坐标系与航空中使用的坐标系（用于偏航、俯仰和旋转）不同。在航空系统中，x 轴沿着飞机的长边从机尾到机头。

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。由于涉及繁重的处理，方向传感器的准确度和精度会降低。具体而言，仅当旋转角度为 0 时，该传感器才可靠。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。 我们建议您将 getRotationMatrix() 方法与 getOrientation() 方法结合使用来计算屏幕方向值，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照系。

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.
    }
}

除了将传感器的坐标系转换为应用的参照系外，您通常不需要进行任何数据处理或设备原始方向角的过滤。

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，该传感器有速率限制。

该传感器提供三个坐标轴中每个坐标轴的原始场强数据（以 μT 为单位）。通常，您无需直接使用此传感器。您可以改为使用旋转矢量传感器确定原始旋转运动，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斜度数据。

注意 ：测试应用时，您可以通过以数字 8 的图案挥动设备来提高传感器的准确性。

使用未经校准的磁力计

未校准的磁力计与地磁场传感器类似，不同之处在于没有对磁场应用硬铁校准。出厂校准和温度补偿仍应用于磁场。未校准的磁力计可用于处理不良的硬铁估算。通常，geomagneticsensor_event.values[0] 将接近 uncalibrated_magnetometer_event.values[0] - uncalibrated_magnetometer_event.values[3]。即，

calibrated_x ~= uncalibrated_x - bias_estimate_x

注意：未校准传感器可提供更多原始结果，并且可能会包含一些偏差，但其测量结果包含从应用校正到校准的跳跃次数较少。某些应用可能更喜欢这些未经校准的结果，因为这些结果更流畅、更可靠。例如，如果应用尝试自行进行传感器融合，则引入校准可能会使结果失真。

除了磁场之外，未校准的磁力计还会提供每个轴上的估算硬铁偏差。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之间的距离。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用户的头部与手机设备表面之间的距离（例如，当用户拨打或接听电话时）。大多数近程传感器会返回以厘米为单位的绝对距离，但有些仅返回近距离和远距离值。

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

以下代码展示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：有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，传感器通常会在远距离状态下报告其最大范围值，在近距离状态下报告较小的值。通常，远距离值是大于 5 厘米的值，但这可能因传感器而异。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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