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学如逆水行舟

iOS传感器开发——加速度传感器，螺旋仪传感器，磁力传感器的应用

iOS逻辑初窥 2015/12/13

iOS传感器开发——加速度传感器，螺旋仪传感器，磁力传感器的应用

一、引言

通过加速度传感器，螺旋仪传感器和磁力传感，我们可以获取到手机在当前三维空间中的形态，加速度传感器也被称作重力感应。在一些赛车游戏中可以广泛得到应用。在iOS5之前，iPhone支持的传感器有限，关于加速度传感器的管理用UIAccelerometer这个类负责，iOS5之后，有关设备空间信息的管理交由了CoreMotion这个框架，CoreMotion将多种传感器统一进行管理计算。

二、使用UIAccelerometer获取设备空间位置

虽然在iOS5之后这个类被弃用了，但是和其他大多被弃用的方法类似，在新的iOS版本中，是兼容旧方法的，我们依然可以使用这个类来获取简单的设备空间信息。

我们主要使用到的类和代理方法如下：

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//设备信息对象类
@interface UIAcceleration : NSObject
//加速度传感器的时间戳
@property(nonatomic,readonly) NSTimeInterval timestamp;
//x方向值
@property(nonatomic,readonly) UIAccelerationValue x;
//y方向值
@property(nonatomic,readonly) UIAccelerationValue y;
//z方向值
@property(nonatomic,readonly) UIAccelerationValue z;
@end

上面的UIAccelerationValue就是double类型。

加速度传感器获取的属性是设备在三维空间的角度属性，借用下面这张图：

如果将设备这样立在桌面上，设备的三维坐标器如图，我们将设备已Z轴移动的时候，向右x为正，向左为负，其他两轴类似。

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//加速度管理类
@interface UIAccelerometer : NSObject 
//获取单例对象
+ (UIAccelerometer *)sharedAccelerometer;
//刷新频率
@property(nonatomic) NSTimeInterval updateInterval;
//代理
@property(nullable,nonatomic,weak) id<UIAccelerometerDelegate> delegate;
@end

UIAccelerometer是管理类，通过单例方法获取到实例对象。

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@protocol UIAccelerometerDelegate<NSObject>
@optional

- (void)accelerometer:(UIAccelerometer *)accelerometer didAccelerate:(UIAcceleration *)acceleration NS_DEPRECATED_IOS(2_0, 5_0)  __TVOS_PROHIBITED;

@end

这个代理方法是刷新信息的回调，会以我们设置的帧率刷新。

举例代码如下：

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@interface ViewController ()<UIAccelerometerDelegate>

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    [UIAccelerometer sharedAccelerometer].delegate=self;
    [UIAccelerometer sharedAccelerometer].updateInterval=1/60.0;
}

-(void)accelerometer:(UIAccelerometer *)accelerometer didAccelerate:(UIAcceleration *)acceleration{
    NSLog(@"\n%f\n%f\n%f",acceleration.x,acceleration.y,acceleration.z);
   // NSLog(@"%f",acceleration.timestamp);
}
@end

三、CoreMotion框架的使用

CoreMotion框架十分强大，它不仅将加速度传感器和螺旋仪传感器进行了统一配置和管理，还为我们封装了许多算法，我们可以直接获取到设备的运动状态信息。

1、CoreMotion负责处理的数据

CoreMotion负责处理四种数据，一种是加速度数据，一种是螺旋仪数据，一种是磁感应数据，还有一种是前三种数据通过复杂运算得到的设备的运动数据。几个主要的类如下：

CMAccelerommterData:设备的加速度数据

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typedef struct {
    double x;
    double y;
    double z;
} CMAcceleration;
@interface CMAccelerometerData : CMLogItem
{
@private
    id _internal;
}
//加速度的数据对象
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration acceleration;

@end

CMGyroData:设备的螺旋仪数据

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typedef struct {
    double x;
    double y;
    double z;    
} CMRotationRate;
@interface CMGyroData : CMLogItem
{
@private
    id _internal;
}
//螺旋仪数据对象
@property(readonly, nonatomic) CMRotationRate rotationRate;

@end

CMMagnetometerData：磁感应信息

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typedef struct {
    double x;
    double y;
    double z;
} CMMagneticField;

@interface CMMagnetometerData : CMLogItem
{
@private
    id _internal;
}

//磁力对象
@property(readonly, nonatomic) CMMagneticField magneticField;

@end

CMDeviceMotion:设备的运动状态数据

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@interface CMDeviceMotion : CMLogItem
{
@private
    id _internal;
}
//设备的状态对象
@property(readonly, nonatomic) CMAttitude *attitude;
//设备的角速度
@property(readonly, nonatomic) CMRotationRate rotationRate;
//设备的重力加速度
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration gravity;
//用户嫁给设备的加速度 设备的总加速度为重力加速度叫上用户给的加速度
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration userAcceleration;
//设备的磁场矢量对象
@property(readonly, nonatomic) CMCalibratedMagneticField magneticField NS_AVAILABLE(NA,5_0);

相比之前两个类，这个就比较复杂了，attitude对象中又封装了许多设备的状态属性：

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@interface CMAttitude : NSObject <NSCopying, NSSecureCoding>
{
@private
    id _internal;
}
//设备的欧拉角roll
@property(readonly, nonatomic) double roll;
//设备的欧拉角pitch
@property(readonly, nonatomic) double pitch;
//设备的欧拉角yaw
@property(readonly, nonatomic) double yaw;
//设备状态的旋转矩阵
@property(readonly, nonatomic) CMRotationMatrix rotationMatrix;
//设备状态的四元数
@property(readonly, nonatomic) CMQuaternion quaternion;
@end

2、CoreMotion的使用

CoreMotion有两种使用方式，一种是我们主动向manager索取数据，一种是通过回调让manager将数据传给回调给我们，这两种方式分别称作pull方式和push方式。

pull方式：

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- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    //创建管理对象
    manager= [[CMMotionManager alloc]init];
    //开启加速度更新
    [manager startAccelerometerUpdates];
    //开启螺旋仪更新
    [manager startGyroUpdates];
    //开启状态更新
    [manager startMagnetometerUpdates];
    //创建定时器
    NSTimer * time = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:1 target:self selector:@selector(updata) userInfo:nil repeats:YES];
    time.fireDate = [NSDate distantPast];
}

-(void)updata{
//获取数据
    NSLog(@"%f,%f,%f\n%f,%f,%f",manager.accelerometerData.acceleration.x,manager.accelerometerData.acceleration.y,manager.accelerometerData.acceleration.z,manager.gyroData.rotationRate.x,manager.gyroData.rotationRate.y,manager.gyroData.rotationRate.z);
   
    
}

push方式：

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   //创建管理对象
    manager= [[CMMotionManager alloc]init];
    //在当前线程中回调
    [manager startAccelerometerUpdatesToQueue:[NSOperationQueue currentQueue] withHandler:^(CMAccelerometerData * _Nullable accelerometerData, NSError * _Nullable error) {
         NSLog(@"%f,%f,%f\n%f,%f,%f",manager.accelerometerData.acceleration.x,manager.accelerometerData.acceleration.y,manager.accelerometerData.acceleration.z,manager.gyroData.rotationRate.x,manager.gyroData.rotationRate.y,manager.gyroData.rotationRate.z);
    }];

3、CoreMotion的更多属性和方法

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@interface CMMotionManager : NSObject
{
@private
    id _internal;
}
//设置加速度传感器更新帧率
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval accelerometerUpdateInterval __TVOS_PROHIBITED;
//加速度传感器是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isAccelerometerAvailable) BOOL accelerometerAvailable __TVOS_PROHIBITED;
//加速度传感器是否激活
@property(readonly, nonatomic, getter=isAccelerometerActive) BOOL accelerometerActive __TVOS_PROHIBITED;
//加速度传感器数据对象
@property(readonly, nullable) CMAccelerometerData *accelerometerData __TVOS_PROHIBITED;
//pull方式开始更新加速度数据
- (void)startAccelerometerUpdates __TVOS_PROHIBITED;
//push方式更新加速度数据
- (void)startAccelerometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMAccelerometerHandler)handler __TVOS_PROHIBITED;
//停止更新加速度数据
- (void)stopAccelerometerUpdates __TVOS_PROHIBITED;
//螺旋仪传感器刷新帧率
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval gyroUpdateInterval __TVOS_PROHIBITED;
//螺旋仪是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isGyroAvailable) BOOL gyroAvailable __TVOS_PROHIBITED;
//螺旋仪是否激活
@property(readonly, nonatomic, getter=isGyroActive) BOOL gyroActive __TVOS_PROHIBITED;
//螺旋仪数据
@property(readonly, nullable) CMGyroData *gyroData __TVOS_PROHIBITED;
//pull方式开始更新螺旋仪
- (void)startGyroUpdates __TVOS_PROHIBITED;
//push方式开始更新螺旋仪
- (void)startGyroUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMGyroHandler)handler __TVOS_PROHIBITED;
//停止更新螺旋仪
- (void)stopGyroUpdates __TVOS_PROHIBITED;
//磁力传感更新帧率
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval magnetometerUpdateInterval NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//设备磁力传感器是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isMagnetometerAvailable) BOOL magnetometerAvailable NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//设备磁力传感器是否激活
@property(readonly, nonatomic, getter=isMagnetometerActive) BOOL magnetometerActive NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//设备磁力状态数据
@property(readonly, nullable) CMMagnetometerData *magnetometerData NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//pull方式更新设备磁力状态
- (void)startMagnetometerUpdates NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//push方式更新设备磁力状态
- (void)startMagnetometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMMagnetometerHandler)handler NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//停止更新设备状态
- (void)stopMagnetometerUpdates NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//设备状态更新帧率
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval deviceMotionUpdateInterval __TVOS_PROHIBITED;
//参考器枚举
+ (CMAttitudeReferenceFrame)availableAttitudeReferenceFrames NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
@property(readonly, nonatomic) CMAttitudeReferenceFrame attitudeReferenceFrame NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//设备运动信息是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isDeviceMotionAvailable) BOOL deviceMotionAvailable __TVOS_PROHIBITED;
//设备运动信息是否激活
@property(readonly, nonatomic, getter=isDeviceMotionActive) BOOL deviceMotionActive __TVOS_PROHIBITED;
//设备运动信息对象
@property(readonly, nullable) CMDeviceMotion *deviceMotion __TVOS_PROHIBITED;
//pull方式开始刷新运动信息
- (void)startDeviceMotionUpdates __TVOS_PROHIBITED;
//push方式开始刷新运动信息
- (void)startDeviceMotionUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMDeviceMotionHandler)handler __TVOS_PROHIBITED;
//使用某个参考系
- (void)startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:(CMAttitudeReferenceFrame)referenceFrame NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//push方式开始刷新设备运动信息
- (void)startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:(CMAttitudeReferenceFrame)referenceFrame toQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMDeviceMotionHandler)handler NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//停止刷新设备运动信息
- (void)stopDeviceMotionUpdates __TVOS_PROHIBITED;

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