Android topics — 21: חיישן תאוצה שהופך להטיה

מפת המעבדות · מפגש Sensors

בסוף המעבדה פס אופקי ומספר מעלות מגיבים להטיית המכשיר. המסך מציג גם את שלושת ערכי התאוצה ביחידות m/s² ואת הזמן שנמדד בין דגימות. כשעוברים לאפליקציה אחרת ההאזנה נפסקת, וכשחוזרים היא נרשמת מחדש.

בסיס ההשוואה בפרויקט topics הוא master; ענף התוצאה הוא codex/sensors-tilt. אין צורך בהרשאת מיקום כדי לקרוא את מד התאוצה בתרחיש זה. על מכשיר ללא Accelerometer מוצגת הודעה במקום ניסיון להירשם לחיישן שאינו קיים.

מה החיישן מודד?

רכיב	כיוון במערכת הצירים של המכשיר	יחידה	מה רואים כשהטלפון נח?
`values[0]`	X, לרוחב המסך	`m/s²`	תלוי בהטיה לצדדים
`values[1]`	Y, לאורך המסך	`m/s²`	תלוי בהטיה קדימה/אחורה
`values[2]`	Z, ניצב למסך	`m/s²`	בערך ‎`±9.81` כשהמסך אופקי

לפי תיעוד חיישני התנועה, מד התאוצה כולל את השפעת הכבידה ואת תאוצת התנועה. לכן קריאה בודדת אינה בהכרח זווית יציבה. TYPE_LINEAR_ACCELERATION מנסה להסיר כבידה ומתאים לשאלה אחרת; TYPE_GYROSCOPE מחזיר קצב סיבוב ב־rad/s, לא זווית מוחלטת.

1. מסך שמראה מדידה ותוצר

ב־app > res > layout > activity_main.xml השאירו את ConstraintLayout id=main ואת טיפול ה־window insets, והחליפו את Hello World! ב־LinearLayout אנכי המוצמד ל־top/start/end. צרו TextView שמסביר את המשימה, ProgressBar אופקי id=tilt עם max=180 ו־progress=90, ו־TextView id=reading לקריאה המספרית. לכל ילד רוחב match_parent, גובה wrap_content; למכל padding=24dp. ב־app > res > values > strings.xml הוסיפו sensor_intro,‏ waiting_sensor,‏ no_sensor ו־sensor_reading כפי שבענף התוצאה. ב־sensor_reading הציגו X/Y/Z, מעלות ו־ms כדי שאפשר יהיה לבחון את ההתנהגות ולא רק להסתכל על הפס.

2. נרשמים רק כשהמסך פעיל

MainActivity מממשת SensorEventListener. ב־onCreate קבלו SensorManager ואת חיישן ברירת המחדל, וטפלו ב־null:

sensors = getSystemService(SensorManager.class);
accelerometer = sensors.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
if (accelerometer == null) binding.reading.setText(R.string.no_sensor);

שמרו שדות float[] gravity = new float[3],‏ boolean initialized,‏ previousEventNs ו־previousDisplayNs. השדה gravity הוא אומדן מסונן של רכיב הכבידה, לא נתוני חיישן חדשים. הרשמה ב־onResume והסרה ב־onPause:

@Override
protected void onResume() {
    super.onResume();
    initialized = false;
    previousEventNs = 0;
    previousDisplayNs = 0;
    if (accelerometer != null && !sensors.registerListener(this, accelerometer,
            SensorManager.SENSOR_DELAY_UI)) binding.reading.setText(R.string.no_sensor);
}

@Override
protected void onPause() {
    sensors.unregisterListener(this);
    super.onPause();
}

SENSOR_DELAY_UI מבקש קצב שמתאים למסך, אך זהו רמז למערכת ולא שעון מובטח. מדריך החיישנים ממליץ על הקצב האיטי ביותר שמספיק למוצר ועל הסרת ההאזנה כשהמסך מושהה כדי לחסוך סוללה. אל תרשמו listener חדש בכל onSensorChanged.

3. מרככים רעש ומחשבים הטיה

ב־onSensorChanged, ודאו שהאירוע שייך ל־Accelerometer. באירוע הראשון העתיקו את שלושת הערכים ל־gravity. בהמשך, לכל ציר:

gravity[axis] = 0.8f * gravity[axis] + 0.2f * event.values[axis];

זהו מסנן low-pass פשוט: ‎80% מן האומדן הקודם ו־20% מהמדידה החדשה. נסו ‎0.95/0.05 ו־0.5/0.5: הראשון חלק יותר אבל מגיב לאט, השני מגיב מהר יותר לרעש. כשהמכשיר מיטלטל בחוזקה גם האומדן הזה אינו מפריד כבידה באופן מושלם. מוצר משחק או מדידה מדויקת עשוי להזדקק ל־rotation vector או לעיבוד מתקדם.

event.timestamp הוא בננו־שניות. הפרש בין שני אירועים חלקי 1_000_000 נותן ms. בענף התוצאה מעדכנים את הטקסט/פס לכל היותר פעם ב־100ms כדי לא לצייר מחדש על כל דגימה. את הזווית מחשבים כך:

double angle = Math.toDegrees(Math.atan2(gravity[0],
        Math.hypot(gravity[1], gravity[2])));
binding.tilt.setProgress((int) Math.round(angle + 90));

atan2 מתרגמת יחס רכיבים לזווית בין ‎-90° ל־90°; הוספת 90 ממפה אותה לטווח הפס 0..180. Math.hypot משלב את שני הצירים האחרים בלי לאבד את סימן X. זהו מד הטיה לצדדים, לא מצפן ולא זווית יחסית לצפון. onAccuracyChanged נשארת ריקה בתרחיש זה; במכשיר הדורש כיול היה צורך לטפל גם באיכות.

בדיקה נצפית

הריצו באמולטור. דרך Extended Controls > Virtual sensors או adb emu sensor set acceleration 9.81:0:0 קבעו X חיובי. בבדיקת המעבדה התקבלו X=9.81 והטיה 90° עם מרווח דגימה כ־66ms.
קבעו adb emu sensor set acceleration 0:0:9.81. התקבלו Z=9.81 והטיה 0°. הפס חוזר למרכז אחרי שהמסנן מתייצב.
עברו לאפליקציה אחרת וחזרו: listener נרשמת מחדש בלי כפילות. בדקו במכשיר אמיתי גם רעש קל, תנועה מהירה וסיבוב המסך.
הסבירו מדוע לא מספיק לקרוא values[0] בלבד כדי לקבל מעלות, ומדוע קצב דגימה גבוה יותר אינו תמיד תוצאה טובה יותר.