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基于手机加速度传感器的测距系统设计与实现

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罗印

摘要：本文首先介绍了加速度传感器在智能手机中的使用以及传感器的发展趋势，然后介绍该基于手机传感器的距离测试系统的设计概要，同时详细的介绍了该系统在android平台上的实现与设计，该系统主要包括三个模块：加速度数据采集，采集到的数据处理，数据的展现。本文重点讨论了这三个模块实现的关键技术，最后对该系统进行了测试。

关键词：传感器；距离测量；加速度。

中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.02.016

0 引言

目前智能手机上已经装备各种传感器，而且随着当前通信、微电子、集成电路和软件等技术的飞速发展，移动终端已得到了迅猛的普及，移动电话由只具有通话功能发展到集成了丰富的计算，感知和通信能力的智能移动终端设备。

智能手机不断提高的计算能力以及装备在手机上的传感器的性能的不断改进和提高使很多应用的开发成为可能。可以通过安装应用将智能手机变成一款距离测量工具，当然凭借这智能手机不断的发展，完全可以想象得到以后人们口袋里不再仅仅是装着一个可以电子设备，而是一个可以感知环境的综合性的工具。这样能够有助于人们的生活和工作，给人们的生活带来很多的方便。

经过调研，是否能够通过智能手机中的加速度传感器去感知距离这样一个相关联的物理量。本文主要研究通过智能手机在的直线滑动测量直线长度，阐述一种基于加速度传感器的距离测量系统的设计与实现。

1 传感器应用简介

传感器是被测量信号输入的第一道关口，是传感器系统中的元件组成部分。在Android平台应用的传感器技术有姿态传感器技术、光电传感器技术、磁场传感器技术和加速度传感器技术等诸多耀眼的传感器技术，传感器系统功能非常强大，为用户提供了巨大的便利。常常被实际应用有以下几个方面的是领域：监控人类行为、环境监测、健康监测、特殊应用、社交、交通监测以及商业应用。

1.1 检测

从图中可以看出对于检测的范围比较广，可使用到人体健康检测、环境检测以及交通检测。对不同方面的检测往往会使用到不同的传感器进行检测，也有可能会需要新的传感器外界到手机上进行检测。通过这样的方式，开发者就能够根据需求和自己的创意结合不同的传感器开发出许多新的更具实际使用意义的应用，让智能手机更加智能和灵活。

1.2 社交

社交在现实生活中是不可或缺的一块，人们越来越在各种网络社交中乐此不疲。智能手机越来越智能，能够感知手机使用者的近端时间的身体情况、运动情况甚至是心情状况。在手机应用CenceMe这个应用中，应用可以获取用户的活动状态和环境等，然后将这些感知到的信息以及用户状态在社交网络上进行分享。

1.3 特殊应用

此类应用更多的在于如何去帮助人们更好的使用智能手机，去掉繁琐的交互，通过“思想”和“眼神”去控制智能手机完成想要的完成的操作。目前都还在初级阶段，能够完成一些操作，但是去不能够完美或者流畅的控制。最具有代表性的主要还是NeuroPhone、EyePhoneTM等。NeuroPhone是一款通过感知神经信号来分析用户的选择和判断，可以通过它去找到电话薄中用户想呼叫的号码，省去了手动的来回翻找电话薄。EyePhone则是通过眼球的的转动，或者说通过前置摄像头识别用户眼球在手机上停留的位置来方便的进行相应的回应，通过眼球来控制手机的屏幕，进而找到用户想要呼叫的号码。

1.4 商业应用

在智能手机中都有GPS模块，所以可以快速简单的获取到用户的位置信息，基于这样的位置感知，有很多基于位置的服务，可以给用户推荐周边的商家服务以及将周边的商家显示在地图上使用O2O模式盈利。

2 测距系统的设计

测距系统的核心是通过智能手机收集加速度传感器的数据、通过算法推算出对应的位移量、显示数据在屏幕上。本系统是基于android平台的系统，通过加速度传感器采集加速度的数据，然后对采集的数据进行实时处理，将其通过两次积分转化为位移量，在将位移量的叠加实现距离测量。

2.1 概要设计

根据测距系统的需求可以分成以下五个模块；

数据显示模块：实时显示监控X、Y、Z三个方向家加速度，以波形图显示加速度的变化历史，同时以数据支持三个方向的速度和位移数值。

距离测量模块：按住测量按钮，进行直线方向的移动，放开按钮结束测量。

传感器数据采集模块：实时采集加速度传感器所收集到的数据并传送数据到数据显示模块。

传感器数据处理模块：当用户测量距离时候，将期间收集到的数据进行处理，先将数据进行积分然后再叠加，不断计算出对于的位移量。

参数设置模块：对一些对应的参数做修正，一共有三个水平校正，滤波，忽略地球重力。

2.2 工作流程图

流程图如图3所示：用户打开程序后，将直接进入主页面。此时传感器一直处于工作状态，一直在采集三个方向加速度的数据，同时将采集到的数据显示在手机屏幕上，在这里用户可以实时的看见加速度传感的数据波形图，当从手机静止的时候，按下测试按钮之后，系统将会以初速度为零开始计算移动的距离。沿着直线一直移动到测量的另一端，松开按钮则测量结束，显示此次移动的距离。当用户再次按下测距按钮的时候，开始新的一次测距。

2.3 详细设计

用户可以通过屏幕观察加速度的变化，封装了一个继承了View类的ATPolyView类来实现示波控件。将数据传送给ATPolyView类型的对象，就能够将数据以波形的形式显示出来。同时通过Context.getSystemService（SENSOR SERVICE）得到SensorManager，有了就可以管理加速度传感器了，使用函数sensormanager.registerListener（）来注册传感器管理对象。传感器获取到的数据可以直接使用ATPolyView的对象来显示。

通过公式：

通过以上公式我们知道，加速度和位移之间是存在联系的。

我们通过每次加速度采样的单位时间间隔，进行累积叠加最终算出测量的距离。在程序中我们使用append（tloataccel，long timestamp）进行积分运算。同时对于一些干扰信号进行滤波。也可以进行水平校正：静止时取当前xyz的值作为矫正值，然后以后运动的时候都减去矫正值。这样可以得出一个更为正确结果。

3 客户端测试以及演示

根据详细设计完成的编码程序，并实现在静止状态下，按下测距按钮，松开按钮的时候能够得到相应的测量结果，下面对各个功能进行测试：

3.1 测试内容

根据上面的详细设计，主要分为两个部分去测试系统：加速度示波图、测距功能测试。

3.2 加速度示波器测试

使用手机在XYZ三个方向进行晃动，同时观察屏幕上的三条加速度变化是否一致。

3.3 距离测量测试

手机静止放在桌面上，按住测量按钮开始拖动，最后得出测量结果。

3.4 测试结果

根据测试步骤完成测试，本应用可以完成较好的波形显示，更直观的进行测试，同时能够做水平校正，使结果更加准确了。但是由于手机中的加速度传感器自身带有一定误差和噪声，即使静止不动的也会有加速度的微小变化。同时程序支持直线测量。

4 结论

本文设计了一个基于手机加速度传感器的测距系统，介绍了手机传感器应用相关的背景和趋势，描述了系统中的大部分模块和部分详细设计，并完成编码和测序测试。在andndroid的设备中可以完成该系统的各部分功能，并能给出较准确结果。

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