基于Android的传感器技术应用开发 毕业设计.doc

基于基于 android 的传感器技术应用开发的传感器技术应用开发 目录目录 摘摘 要要 -i abstract-ii 引言引言-1 1绪论绪论-2 1.1 研究背景与意义-2 1.2 国内外智能手机应用程序现状研究-3 1.3 研究目的及项目背景介绍-3 1.4 论文的研究内容和结构安排-3 1.4.1 论文内容概述-3 1.4.2 论文内容结构安排-4 1.5 小结-4 2基于基于 android 的传感器技术研究的传感器技术研究 -5 2.1 android 简述 -5 2.1.1 android平台简介-5 2.1.2 android开发框架-5 2.1.3 android应用程序组件-6 2.1.4 android软件开发的优点及缺点-8 2.1.5 basic4android开发环境的搭建-9 2.1.6 运用basic4android软件的优势-10 2.2 传感器概念与分类 -11 2.2.1 传感器的概念-11 2.2.2 传感器的分类-11 2. 3 传感器在智能手机中的应用-11 2. 4 android 平台传感器的种类-12 2.4.1 加速传感器(重力传感器)accelerometer -13 2.4.2 姿态传感器orientation -14 2. 5 传感器的使用方法-15 2.5.1 加速度传感器的调用(phoneaccelerometer)-15 2.5.2 方向传感器的调用(phoneorientation) -15 2.6 b4a-bridge 软件的使用-16 2.7 小结 -17 3 游戏程序设计架构详解游戏程序设计架构详解-18 3.1 程序开发背景与功能简介 -18 3.1.1 程序开发背景简介-18 3.1.2 游戏功能简介-18 3.2 游戏开发平台及工作准备 -19 3.2.1 游戏开发平台-19 3.2.2 游戏相关素材-19 3.3 游戏整体详细框架 -19 3.3.1 游戏的功能模块详解-19 3.3.2 游戏具体包含实体模块-21 3.3.3 mvc设计模式介绍-22 3.3.4 游戏设计规划过程-23 3.3.5 游戏各个模块设计详解-23 3.4 游戏设计中的状态机 -25 3.5 小结 -25 4 游戏源程序开发游戏源程序开发-26 4.1 传感器游戏开发流程 -26 4.2 游戏开发实现过程的主要技术实现 -26 4.2.1 android静态图片的访问-26 4.2.2 android动态图片的访问-27 4.2.3 图像色彩显示-27 4.2.4 碰撞检测实现-28 4.3 核心库文件的详细解读 -29 4.3.1 gameview-29 4.3.2 phone -30 4.3.3 audio-32 4.4 游戏测试 -33 4.4.1 游戏测试环境-33 4.4.2 游戏测试结果-33 4.5 本章总结 -33 5 总结与展望总结与展望 -34 5.1 论文总结 -34 5. 2 未来展望-34 致谢致谢-35 参考文献参考文献 -36 i 摘要摘要 随着科学技术的发展，人们的沟通方式发生了翻天覆地的变化，对手机的需求 也不在局限于传统的语音、短信功能，而是要求成为具有越来越完备和强大的应用 数据处理能力，如移动办公、网上购物、互联网游戏、地图导航、随身数字影院、 在线音乐等等兼备的智能的手持终端。在现实生活中，智能手机硬件以及软件开发 商也正是朝着这个目标进行技术和产品的创新。因此也就出现了几大阵营的智能手 机操作系统，目前使用最为广泛的是 apple 公司的 ios，microsoft 的 windows phone，以及现在正在迅速崛起的 google 公司推出的基于 linux 内核的开源智能手 机操作系统android。 根据 google 公司的统计数据，android 设备每日实际激活量约达 65 万台，该系 统正在如火如荼的壮大。基于 android 系统的各种手机硬件及软件研发已然成为一 种趋势。作为近些年智能手机操作系统中的佼佼者之一，google 公司发布的 android 系统正在趋于成熟，并凭借其自身强大的开源优势成为厂商在手机硬件和应 用研发中的首选。android 系统平台有功能强大的传感器接口，这些接口为开发各类 手机传感器应用(apps)提供了便利的途径。 本文通过介绍基于 android 系统平台的传感器应用游戏的设计与开发过程，阐 述当前流行传感器应用程序在 android 智能手机操作系统中的实现过程及涉及的技 术要点。利用姿态传感器设计一款游戏应用程序，从而全面的学习并实践传感器在 游戏开发过程中的使用。该程序中主要运用到的技术有传感器应用技术、游戏应用 程序界面设计。 关键词：智能手机; android; 传感器; 游戏开发 ii abstract with the development of science and technology, the way people communicate has undergone enormous changes. they are no longer just confined to the traditional voice and text messaging function level, but require the phone has become more and more complete and powerful application processing capabilities. such as mobile office, online shopping, internet games, map navigation, online music. smart phones and application software developers are towards this objective technical and product research and development. the most widely used is the u.s. apples iphone operating system and microsoft windows phone mobile operating system. the open source linux kernel android smartphone operating system is rapidly emerging. android smartphone operating system platform has a powerful sensor interface, such as orientation sensor, accelerometer sensor, light sensor, magnetic field sensor, ambient temperature sensor, gravity sensor, gyroscope sensor, pressure sensor, proximity sensor, temperature sensor and rotation vector sensor etc. these all types of mobile sensor provide a convenient way for the development of applications. this paper introduces a sensor application game design based on the android smartphone operating system. learning how the popular smartphone operating system sensor applications develop. keywords：smart phones; sensor; games; android 基于 android 的传感器技术应用开发 1 引言引言 正是科学技术的发展带来了各种各样便捷的生活方式，同时人们对于生活质量 的要求也越来越高，特别是对于移动互联网时代的终端要求伴随技术水平的提高而 水涨船高。传统的软、硬件模式已经被人们所摒弃，新的创新型产品越来越深入到 生活的方方面面。 手机现在成为了每一个人出门必备的随身物品，所以人们对其的要求也越来越 高。google 公司的 android 操作系统就是一个非常开放与优秀的智能手机操作平台， 其强大应用接口可以为程序的开发提供非常便利的条件。 本次的毕业设计基于 android 的传感器技术应用开发就是以 basic4android 搭建开发环境，利用 android 平台提供的硬件实现传感器游戏的开发，从而对于传 感器进行深入的研究与学习。 本文分为 5 个章节详细的介绍了从开始想法的萌生到开发完成的所有步骤。第 1 章是绪论，主要介绍研究背景、意义等基本情况；第 2 章对应用程序项目涉及的 具体相关技术进行介绍；第 3 章是系统详细分析设计，介绍项目程序的系统设计框 架、程序功能以及程序各个模块;第 4 章是程序的详细开发设计过程研究、源程序代 码开发以及测试。在这一章中将会对游戏程序的详细开发流程、各个模块的具体实 现过程、遇到的技术难点等进行详细的分析与介绍，其中包括程序中的姿态传感器 模块算法开发、应用程序测试等等;第 5 章是总结与展望，将会对论文研究的结果进 行总结并且对未来该方向的发展趋势加以展望。 基于 android 的传感器技术应用开发 2 1绪论绪论 在移动互联网时代，一次次的科学技术的发展，必将带来前所未有的挑战与机 遇，新的科学技术成果将为人类的文明史划下浓墨重彩的一笔。美国 google 公司推 出的 android 系统就扮演着这样的角色，它已经改变了人们的传统的生活方式。本 章将简要介绍该系统的演进史，再对研究的背景及意义简要的介绍，并对于论文的 基本内容做了简要的安排。 1.1 研究背景与意义研究背景与意义 随着科学技术水平的不断迭代更新，人们的工作、生活方式正在悄然发生变化。 在移动互联网时代，高速的生活节奏、海量的数据信息每天伴随在我们的身边。尤 其在智能手机终端出现以后，这一现象随处可见，地铁、公交、餐厅等等地方，人 们越来越多的时间花在了移动手持终端之上，这使得传统的桌面式办公方式、消费 模式、游戏娱乐体验发生了颠覆性的改变。现在的智能手机终端也越来越趋于智能 化、人性化，功能越来越完善和强大。全球的各大厂商正在努力的进行技术研发与 应用创新。在目前智能手机终端领域比较流行的操作系统主要有：微软(microsoft)研 发的 windows phone 智能手机操作系统、美国苹果(apple)公司的 iphone 智能手机操 作系统、谷歌(google)公司研发推出的基于 linux 内核自由及开放源代码的智能手机 操作系统android。由于自由及开放源代码的优势使得 android 智能手机操作系 统在过去的时间里迅猛的发展起来，倍受全球手机硬件厂商和软件研发人员青睐。 本文将论述的 android 游戏开发就该种，基于 linux 内核自由及开放源代码的 以手持终端为载体的智能操作系统平台下的应用程序开发。自谷歌(google)公司 2007 年 11 月 5 日正式向外界展示了这款名为 android 的操作系统后，从最初的阿童 木(android beta)、发条机器人(android 1.0)到纸杯蛋糕 cupcake (android 1.5)、甜甜 圈 donut (android 1.6)、松饼 eclair (android 2.0/2.1)、冻酸奶 froyo (android 2.2)、 姜饼 gingerbread (android 2.3)、蜂巢 honeycomb (android 3.0)、冰激凌三明治 ice cream sandwich (android 4.0)、果冻豆 jelly bean (android4.1 和 android 4.2)以及在 不久的将来要发布的青柠派 key lime pie (android5.0)，经过各个版本的更迭改善使 得绝大部分组件功能都不需要经过授权而可以直接为开发人员所利用。软件研发者 开发的软件可以被上传到谷歌应用商店(google play)之上供人们下载使用，达到资 源共享的目的。正是这样的原因极大的促进了 android 智能手机操作系统以及其产 业链的蓬勃发展，手机硬件厂商、软件研发机构和个人大量的投入到这个产业当中。 基于 android 的手机硬件产品层出不穷，各个厂商打造属于自己的基于 android 的 智能手机操作系统，软件开发人员运用开放与自由的平台开发拥有个性化应用的软 件程序，一股 android 之风正在席卷全球。 基于 android 的传感器技术应用开发 3 1.2 国内外智能手机应用程序现状研究国内外智能手机应用程序现状研究 由于 android 系统本身所自带的强大的应用程序接口(api)功能，这就为人们开 发各种类型的应用提供便利的技术应用基础。现在，市面上围绕 android 的智能手 机操作系统己经开发出五花八门的应用程序，如移动办公程序、互联网游戏程序等 等。在传统 pc 桌面以及 web 应用程序开发日趋成熟的状况下，基于智能手机的移 动互联网应用程序开发是当前软件研发的又一个春天，智能手机操作系统的发展更 为移动互联网时代的快速发展带来前所未有契机。 在对手机的应用程序功能需求上，人们的要求也越来越有品位与个性化。传统 的手机软件已经不再能够满足人们日益增长的互联网服务需求。相应产生的是能够 满足更多需求的综合性智能手机应用程序，比如说百度地图(baidu map)能够在提供 地图服务的基础上为人们提供便捷的本地生活服务提供周边餐饮美食、休闲娱乐、 酒店购物等海量商户信息，包括商户电话、地址地图、客观点评等免费下载优惠券， 还可享受最新鲜的团购折扣信息；智能出行规划拥有强大的路线查询及规划能力， 支持公交、驾车、步行、 地铁四种出行方式，提供路线方案和打车费用； 随时随 地查看实时路况，提前规划出行计划等等。当然越来越高的技术难点就会出现在研 发人员的面前，比如 3d 效果显示技术，大数据的分析技术等等。本论文正是在这 样的大背景之下，研究利用手机的传感器设计出来一个小型游戏软件，从而对于 android 程序的开发过程做一了解。 1.3 研究目的及项目背景介绍研究目的及项目背景介绍 伴随着移动互联网技术的更迭和大数据时代的到来，相关的应用程序也在不断 的演进，各种领域的学者都在关注着该领域的每一步发展。从谷歌公司(google)开始 发布基于 linux 内核的自由开放源代码的 android 智能手机操作系统以来，各大个 人、高校以及研究机构纷纷投入与其相关领域进行研究。本文中将会介绍基于 android 操作系统的传感器应用程序开发游戏的全过程，通过开发中不断出现问题、 解决问题的过程，从而对 android 平台应用程序的开发有一个全面的了解，为以后 的进一步拓展学习打下坚实的基础。更多的是学会去提出问题，解决问题的方法， 继而从容面对以后工作中遇到的更多的难题。 1.4 论文的研究内容和结构安排论文的研究内容和结构安排 1.4.1 论文内容概述论文内容概述 本论文主要对基于 android 的传感器技术应用进行深入的研究，通过开发一款 比较简单常见的传感器小型游戏的整体设计与实现过程，学习传感器技术在 android 智能手机操作系统中的综合应用。游戏程序主要是利用姿态传感器技术和主要的素 基于 android 的传感器技术应用开发 4 材模块实现，通过调整手机姿态来实时控制游戏主角的弹跳轨迹，从而到达更高平 台，获取更高的分数，游戏具有很高的操作性与可玩性。 1.4.2 论文内容结构安排论文内容结构安排 本文分为 5 个章节，第 1 章是绪论，主要介绍论文研究背景、意义等情况；第 2 章对应用程序项目涉及的具体相关技术进行介绍；第 3 章是系统详细分析设计， 介绍项目程序的系统设计框架、程序功能以及程序各个模块；第 4 章是程序的详细 开发设计过程研究、代码开发以及测试，在这一章中将会对游戏程序的详细开发流 程、各个模块的具体实现过程、遇到的技术难点等知识点进行详细的分析与介绍， 其中包括程序中的姿态传感器模块开发算法、应用程序测试等等;第 5 章是综述，将 会对论文研究的结果进行总结并且对未来的发展趋势加以展望。 1.5 小结小结 本章是论文的绪论部分，主要介绍了论文的研究意义、国内外研究现状，对论 文的撰写架构做了简要的说明。最后对论文中涉及的项目程序的开发技术背景知识 进行了介绍，这些在下一章当中进行详细的介绍与分析。 2基于基于 android 的传感器技术研究的传感器技术研究 基于 android 的传感器技术应用开发 5 绪论对于文章的研究背景做了介绍，这一章将针对 android 的平台和程序设计 过程中用到的传感器知识进行深入的探讨，并将 basic4android 相关的要点进行重点 的阐述。 2.1 android 简述简述 2.1.1 android 平台简介平台简介 android 的本义是“机器人” ，是 google 公司 2007 年 11 月 5 日正式面世，基于 linux 平台的开放源代码的操作系统，它很好的整合了操作系统、中间件、用户界 面和应用软件，可以为移动终端打造开放完整的移动程序软件。 android 是一个崭新的手机操作系统平台，在以 google 为首的 40 多家开放手机 联盟(oha)支持下，使用开放源码策略，平台全部以开源的项目来构建，是完全开 放的智能终端操作系统平台。android 系统的快速发展使得移动终端的发展趋向于多 元化，其强大的网络功能及整合 google 网络服务优势，使得 android 在移动技术发 展方面有着光明的前景趋势。目前 android 已由刚开始的 android 1.0 版本经过多个 版本的演进与升级，发展到现在的 android4.1、android4.2 版本，不久的将来会发 布的 android4.5 版本，其平台应用方面更加趋于完备和成熟。 2.1.2 android 开发框架开发框架 和其他的智能手机操作系统一样，android 操作系统也有自己的一套运行机制和 开发框架，如图 1.1 所示: 应用层程序 应用程序架构 应用库 核心库 da1vik 虚拟机 linux 内核 图 1-1 android 框架 由于 android 系统的体系架构采用类似于 osi 的开放式系统互联参考模型的分 层架构，分层的好处是下层可以为上层提供统一的服务，这样能够屏蔽本层及以下 层的差异，当本层及以下层发生了变化不会影响到上一层；也就说高层各司其职， 各层提供各自独有的服务。 a.应用程序 android 应用程序属于整个框架的最顶层，也是开发人员进行设计开发应用以及 基于 android 的传感器技术应用开发 6 终端用户体验使用直接接口。该层包含大量本身配置的一套应用程序子集，如短信 收发、日历查询、google map、web 浏览器、e-mail 客户端等等常用工具组件，以 及基于 android 平台的应用程序框架，该层是使用 java 语言开发的。 b.应用程序框架 android 应用程序框架主要包括系统中与用户进行交互的一些管理组件，如 activity、窗体、电话、包和视图管理等等，这些框架的使用可简化和充当应用程序 的组件。在应用程序框架这一层，充分体现了各个组件的重用性能，也就是说任何 的应用组件不但可以独立发布自己的应用，也可以发布其他具有组合功能的应用程 序。因此，通过该应用程序框架，用户自定义的程序不但可以执行用户程序之外的 预设功能，也可以执行其他附加的能使得软件的复用性更高。 c.系统开发库 android 系统的库运行在 linux 内核之上，应用程序框架层之下。该层由负责 android 运行时的核心库、dalvik 虚拟机以及其他的一些常用的应用库组成。这些核 心库主要是 c/c+函数库，而应用库则是一些常用的应用开发库，例如用于音频、 视频播放的媒体库；用于管理界面显示效果的外观管理器；用于 2d 和 3d 图形显示 的 sgl 和 opengl 的图形库；用于本地数据库支持的 sqlite；用于集成 web 浏览 器和 internet 安全的 ssl 和 webkit 等等。 d. linux 核心 android 的 linux 核心层位于其框架的最底层，该层虽说是基于 linux 核心，但 是发展到现在已经和 linux 有了很大差别。该层用来提供系统的底层服务，包括安 全运行机制、内存、进程、电源项的管理，网络堆栈及所有驱动模块。另外，内核 还在硬件和软件栈的部分提供了一个抽象层。android 系统框架发展到现在的状况， 底层 linux 核心层已经和标准的 linux 很大的区别，它的编程接口、系统库等和标 准的 linux 系统已经不同，它的文件系统并不是采用虚拟内存文件系统，而是采用 开源的、可移植性较好的 yaffs ( yet another flash file system)文件系统。 2.1.3 android 应用程序组件应用程序组件 进行 android 应用程序的开发，我们必不可少的就是要了解其平台的应用程序 框架。android 应用程序主要是由 activity、broadcast receiver、service 和 content provider 四大组件构成。在 android 应用程序中，不一定要包括所有组件，开发人员 可根据实际需求进行选择性的使用。但无论对哪个组件进行使用，都必须在 androidmanfest.xml 文件中进行注册以后才能使用。 基于 android 的传感器技术应用开发 7 a.activity 组件 在 android 中最常见、也是最重要的一个组件是 activity。它主要是负责终端屏 幕界面之间的跳转，为用户提供一个可视化界面，也就是说我们用户所看到的每一 个显示界面就是一个 activity 组件。在进行程序开发的过程中所涉及到的全部功能 就是通过 activity 组件之间的相互衔接、跳转，再运用其自带的强大控件功能和图 层渲染等技术完成，从而最终形成优美的显示界面。任何一个 activity 类的使用都 是继承自基类，并在 androidmanfest.xml 文件中进行注册。activity 中包含有 3 个重 要的生命周期状态：运行状态(running state)暂停状态(pause state)和停止状态 (stopped state)。对 activity 组件的调用基本上都是对这三个生命周期的使用。当 activity 在不同状态进行切换时，就是通过重写相应的回调的方法来执行相应的动作， 图 2-1 显示的是 activity 生命周期的基本过程。 图 2-1 activity 生命周期 b.broadcast receiver 组件 broadcast receiver 组件主要负责接收外部的广播消息并对消息做出适当反应。 在使用 android 系统的时候经常会遇到许多各种类型的广播，比如我们在玩游戏同 onrestart( ) oncreate( ) onstart( ) onresume() running stat e onpauese( ) paused state onstop( ) stopped stat e ondestroy( ) activity 创建 获得焦点 失去焦点 失去焦点 销毁退出 基于 android 的传感器技术应用开发 8 时，手机显示有新的来电或者收到新的短信，由于优先级的不同，这时这个系统就 必须对当前应用程序进行中断并响应新来电或短信，这些都需要系统响应。应用程 序需要对某些广播事件进行响应，则需要注册对应的 broadcast receiver 对象。 broadcast receiver 发布广播和接收广播是通过 intent 对象来完成，intent 可用于 activity 之间的切换。broadcast receiver 组件的生命周期较为简单，它只需 onreceiver 一个回调方法，在应用程序接收到广播的时候调用即可。 c.service 组件 service 组件是与用户没有交互界面，运行于程序后台的长生命周期组件，它继 承自 service 类。service 组件运行于程序的后台，因此任何不需要在前台显示的计 算或数据处理，都可以通过启动 service 组件来实现。因此，我们可以认为 service 是一个默默在后台支撑系统的各种程序，而自身却始终没有现身的幕后主角。一个 service 启动之后会一直在后台运行，直到自己的生命周期结束为止，即便在这期间 启动它的 activity 或是其他组件的生命周期己经结束。与此同时，service 组件有两 种启动的方式，分别为 startservice 方式和 bindservice 方式。这两种方式的区别是 bindservice 方式会将启动 service 组件的组件，如 activity，进行绑定，当启动 service 的组件消失时，它也会跟着一起停止运行。而 startservice 方式则不同，它会 一直在后台运行到生命周期结束为止。 d.content provider 组件 该组件主要的功能是在不同的应用程序之间实现数据共享。android 系统应用程 序拥有各自独立的存储空间，这样如果一个程序要访问其他程序的数据或者向外部 程序提供数据，则需要 content provider 组件来完成。在 android 平台中，应用程序 数据可以被存储为 sqlite 数据库文件、android 系统文件或者其他合法的文件类型。 content provider 为应用程序提供了一组标准的访问方式，用于在程序需要时能够访 问这些数据，实现数据共享。 2.1.4 android 软件开发的优点及缺点软件开发的优点及缺点 a.android 应用开发的优势 android 平台的开放性:开放性对其迅速的风靡全球有不可磨灭的功劳。谷歌公 司把 android 系统开放给广大软、硬件厂商、软件研发人员以及普通用户，为 android 平台积累了众多的人气和关注度。大家可以通过 google 的 google play 平台 下载应用软件并且上传自己设计开发的程序，这样的开放方式促进 android 平台不 断的发展和完善，也有利于促进软件行业的竞争，同时为大家提供了非常丰富的软 件资源。 基于 android 的传感器技术应用开发 9 良好的兼容性：android 平台的兼容性，使 android 手机上的各种应用开发百花 齐放，各种各样创新的设计以及产品应运而生，虽然这些基于 android 平台上开发 的应用程序功能特色各异、用途各不相同，在不同手机厂商的硬件版本中，却实现 数据同步，软、硬件高度兼容的情况，这些是得力于手机联盟(oha)对 android 平 台的大力支持。 高度融合 google 服务：android 系统另一个特点就是整合了 google 服务的特色 功能，如 google map、e-mail、搜索功能等，这些极大的方便广大开发者以及手机 用户。 b.android 应用开发存在的不足 android 版本更新过于频繁。自从 2007 年 android1.0 版本正式面世以来，中间 经历了许多的版本的更迭，虽然这样说明了 android 发展的势头，但同时版本更新 过于密集，也会让开发人员和用户感到不适，系统及软件的升级维护有一定的麻烦， 无形中增加了一定的使用成本。 由于 android 虚拟机 dalvik vm 对硬件配置资源的要求比较高，相应的开发所 需硬件配置成本比其他开发环境要求有所提高。 为了平台的安全性考虑，google 公司在该平台使用开发时设置了较多的权限控 制，导致了任务管理器、虚拟按键、屏幕截图、短信防火墙等类似功能的实现步骤 相当繁琐，比较难为实现。 2.1.5 basic4android 开发环境的搭建开发环境的搭建 android 平台 linux 核心库提供了 java 语言核心库的大多数功能，并通过 dalvik 虚拟机来执行 android 应用程序。因此，android 平台下应用程序的开发除了 用于 java 语言开发的 jdk，还须安装专门为 android 开发用的 android 标准开发包 android sdk，以及相关的开发编程工具 basic4android，具体开发环境的搭建和配置 流程这里不做详细的介绍。只对于环境搭建过程中的注意事项做一简单介绍。首先 安装完成 basic4android，初次运行会提示选择相应的 license 文件并且要求输入邮箱 账号，从而激活完整版软件。第二步安装 java jdk v7，这里要注意的是不管是 32 位或者 64 位的操作系统，都必须安装 windows x86 (32-bit)，否则在下一步 android sdk 的安装过程中将无法识别。第三步安装 android sdk 和开发平台(platform)， android sdk 的安装路径必须不能包含空格键，比如 program files，完成安装之后 打开路径下的 sdk manager.exe 其显示如图 2-2 所示