31、安卓设备通信与传感功能全解析

安卓设备通信与传感功能全解析

1. 蓝牙通信基础

在安卓设备间进行蓝牙通信时，首先要创建 BluetoothSocketListener 对象，并开启一个线程来监听消息。以下是示例代码：

BluetoothSocketListener bsl = new BluetoothSocketListener(socket, handler, messageText);
Thread messageListener = new Thread(bsr);
messageListener.start();

完成上述代码后运行应用程序，就能对一个设备进行配置以监听连接，再用另一个设备连接它，连接成功后，两个设备间就能发送简单的文本消息。需要注意的是，此示例为突出蓝牙功能，已尽可能简化。更优的实现方式是将所有连接状态和逻辑代码移到 Service 中，并且在完成发现和配对操作后注销 Broadcast Receivers 。

2. 网络连接管理

随着互联网服务的飞速发展以及移动设备的广泛普及，移动互联网接入在手机上变得愈发普遍。由于互联网连接的速度、可靠性和成本取决于所使用的网络技术（如 Wi-Fi、GPRS、3G），所以让应用程序了解并管理这些连接，有助于确保其高效、响应迅速地运行。

2.1 ConnectivityManager 介绍

ConnectivityManager 代表网络连接服务，可用于监控网络连接状态、配置故障转移设置以及控制网络无线电。要访问 ConnectivityManager ，可使用 getSystemService 方法，并传入 Context.CONNECTIVITY_SERVICE 作为服务名称，示例代码如下：

String service = Context.CONNECTIVITY_SERVICE;
ConnectivityManager connectivity = (ConnectivityManager)getSystemService(service);

使用 ConnectivityManager 时，应用程序需要读写网络状态的访问权限，需在 manifest 中添加以下权限：

<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE"/>
<uses-permission android:name="android.permission.CHANGE_NETWORK_STATE"/>

2.2 读取用户后台数据传输偏好

通过 ConnectivityManager 可获取的重要信息之一是用户对后台数据传输的偏好。用户可通过“设置”➪“账户与同步设置”➪“后台数据设置”来启用或禁用后台数据传输。要获取后台数据设置，可调用 ConnectivityManager 对象的 getBackgroundDataSetting 方法：

boolean backgroundEnabled = connectivity.getBackgroundDataSetting();

若后台数据设置被禁用，应用程序应仅在处于活动状态且位于前台时传输数据。若应用程序需要后台数据传输才能正常运行，最好告知用户此需求，并提供前往设置页面更改偏好的选项。若用户更改了后台数据偏好，系统会发送一个带有 ConnectivityManager.ACTION_BACKGROUND_DATA_SETTING_CHANGED 操作的广播 Intent 。可通过以下代码监控后台数据设置的变化：

registerReceiver(
    new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            // 当后台数据设置更改时执行操作
        }
    },
    new IntentFilter(ConnectivityManager.ACTION_BACKGROUND_DATA_SETTING_CHANGED));

2.3 监控网络详情

ConnectivityManager 提供了可用网络连接的高级视图。使用 getActiveNetworkInfo 或 getNetworkInfo 方法可返回 NetworkInfo 对象，该对象包含当前活动网络或指定类型非活动网络的详细信息。示例代码如下：

// 获取活动网络信息
NetworkInfo activeNetwork = connectivity.getActiveNetworkInfo();
int networkType = networkInfo.getType();
switch (networkType) {
    case (ConnectivityManager.TYPE_MOBILE) : break;
    case (ConnectivityManager.TYPE_WIFI) : break;
    default: break;
}
// 获取移动网络信息
int network = ConnectivityManager.TYPE_MOBILE;
NetworkInfo mobileNetwork = connectivity.getNetworkInfo(network);
NetworkInfo.State state = mobileNetwork.getState();
NetworkInfo.DetailedState detailedState = mobileNetwork.getDetailedState();

2.4 查找和配置网络偏好及控制硬件无线电

ConnectivityManager 还可用于控制网络硬件并配置故障转移偏好。当授权应用程序请求互联网连接时，安卓会尝试连接到首选网络。可使用 getNetworkPreference 和 setNetworkPreference 方法分别查找当前首选网络和设置首选网络，示例代码如下：

int networkPreference = connectivity.getNetworkPreference();
connectivity.setNetworkPreference(NetworkPreference.PREFER_WIFI);

若首选连接不可用或该网络的连接丢失，安卓会自动尝试连接到次要网络。可使用 setRadio 方法控制网络类型的可用性，示例代码如下：

connectivity.setRadio(NetworkType.WIFI, false);
connectivity.setRadio(NetworkType.MOBILE, true);

2.5 监控网络连接

ConnectivityManager 的一个实用功能是向应用程序通知网络连接的变化。可创建自己的 Broadcast Receiver 实现来监听 ConnectivityManager.CONNECTIVITY_ACTION 广播 Intent 。这些 Intent 包含多个额外信息，可通过 ConnectivityManager 类的静态常量访问，具体如下表所示：
| 常量 | 描述 |
| ---- | ---- |
| EXTRA_IS_FAILOVER | 若当前连接是从首选网络故障转移的结果，则返回 true |
| EXTRA_NO_CONNECTIVITY | 若设备未连接到任何网络，则返回 true |
| EXTRA_REASON | 若关联广播表示连接失败，此字符串值包含连接尝试失败的原因描述 |
| EXTRA_NETWORK_INFO | 返回一个 NetworkInfo 对象，包含与当前连接事件相关网络的更详细信息 |
| EXTRA_OTHER_NETWORK_INFO | 网络断开连接后，此值将返回一个 NetworkInfo 对象，包含可能的故障转移网络连接的详细信息 |
| EXTRA_EXTRA_INFO | 包含特定于网络的额外连接详细信息 |

3. Wi-Fi 管理

WifiManager 代表安卓 Wi-Fi 连接服务，可用于配置 Wi-Fi 网络连接、管理当前 Wi-Fi 连接、扫描接入点以及监控 Wi-Fi 连接的变化。

3.1 访问 Wi-Fi Manager

要访问 WifiManager ，可使用 getSystemService 方法，并传入 Context.WIFI_SERVICE 常量，示例代码如下：

String service = Context.WIFI_SERVICE;
WifiManager wifi = (WifiManager)getSystemService(service);

使用 WifiManager 时，应用程序的 manifest 中必须包含访问和更改 Wi-Fi 状态的权限：

<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_WIFI_STATE"/>
<uses-permission android:name="android.permission.CHANGE_WIFI_STATE"/>

3.2 监控和更改 Wi-Fi 状态

可使用 WifiManager 的 setWifiEnabled 方法启用或禁用 Wi-Fi 硬件，使用 getWifiState 或 isWifiEnabled 方法请求当前 Wi-Fi 状态，示例代码如下：

if (!wifi.isWifiEnabled())
    if (wifi.getWifiState() != WifiManager.WIFI_STATE_ENABLING)
        wifi.setWifiEnabled(true);

3.3 监控 Wi-Fi 连接

WifiManager 会在 Wi-Fi 网络连接状态发生变化时广播 Intent ，使用 WifiManager 类中定义的以下常量之一作为操作：
- WIFI_STATE_CHANGED_ACTION ：表示 Wi-Fi 硬件状态发生了变化，在启用、已启用、禁用、已禁用和未知状态之间转换。它包含两个额外值，分别以 EXTRA_WIFI_STATE 和 EXTRA_PREVIOUS_STATE 为键，提供新的和先前的 Wi-Fi 状态。
- SUPPLICANT_CONNECTION_CHANGE_ACTION ：每当与活动的 supplicant （接入点）的连接状态发生变化时，会广播此 Intent 。当建立新连接或现有连接丢失时触发，使用 EXTRA_NEW_STATE 布尔额外值，前者情况下返回 true 。
- NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION ：每当 Wi-Fi 连接状态发生变化时触发。此 Intent 包含两个额外信息，第一个 EXTRA_NETWORK_INFO 包含一个 NetworkInfo 对象，详细描述当前网络状态，第二个 EXTRA_BSSID 包含连接到的接入点的 BSSID。
- RSSI_CHANGED_ACTION ：可通过监听 RSSI_CHANGED_ACTION Intent 来监控连接的 Wi-Fi 网络的当前信号强度。此广播 Intent 包含一个整数额外信息 EXTRA_NEW_RSSI ，保存当前信号强度。要使用此信号强度，应使用 WifiManager 上的 calculateSignalLevel 静态方法将其转换为指定范围内的整数值。

3.4 监控活动连接详情

建立活动网络连接后，可使用 WifiManager 的 getConnectionInfo 方法获取活动连接的状态信息。返回的 WifiInfo 对象包含当前接入点的 SSID、BSSID、Mac 地址和 IP 地址，以及当前链接速度和信号强度。示例代码如下：

WifiInfo info = wifi.getConnectionInfo();
if (info.getBSSID() != null) {
    int strength = WifiManager.calculateSignalLevel(info.getRssi(), 5);
    int speed = info.getLinkSpeed();
    String units = WifiInfo.LINK_SPEED_UNITS;
    String ssid = info.getSSID();
    String cSummary = String.format("Connected to %s at %s%s. Strength %s/5", ssid, speed, units, strength);
}

3.5 扫描热点

可使用 WifiManager 的 startScan 方法进行接入点扫描。扫描完成且结果可用时，会异步广播一个带有 SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION 操作的 Intent 。调用 getScanResults 方法可获取这些结果，作为 ScanResult 对象的列表。以下是一个示例代码，用于发起接入点扫描并显示找到的接入点总数和信号最强的接入点名称：

// 注册一个广播接收器，监听扫描结果
registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        List<ScanResult> results = wifi.getScanResults();
        ScanResult bestSignal = null;
        for (ScanResult result : results) {
            if (bestSignal == null || WifiManager.compareSignalLevel(bestSignal.level, result.level) < 0)
                bestSignal = result;
        }
        String toastText = String.format("%s networks found. %s is the strongest.", results.size(), bestSignal.SSID);
        Toast.makeText(getApplicationContext(), toastText, Toast.LENGTH_LONG);
    }
}, new IntentFilter(WifiManager.SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION));
// 发起扫描
wifi.startScan();

3.6 管理 Wi-Fi 配置

可使用 WifiManager 管理已配置的网络设置，并控制连接到哪些网络。连接成功后，可查询活动网络连接以获取其配置和设置的额外详细信息。可使用 getConfiguredNetworks 方法获取当前网络配置的列表，返回的 WifiConfiguration 对象列表包含每个配置的网络 ID、SSID 等详细信息。要使用特定的网络配置，可使用 enableNetwork 方法，示例代码如下：

// 获取可用配置列表
List<WifiConfiguration> configurations = wifi.getConfiguredNetworks();
// 获取第一个配置的网络 ID
if (configurations.size() > 0) {
    int netID = configurations.get(0).networkId;
    // 启用该网络
    boolean disableAllOthers = true;
    wifi.enableNetwork(netID, disableAllOthers);
}

3.7 创建 Wi-Fi 网络配置

要连接到 Wi-Fi 网络，需要创建并注册一个配置。网络配置存储为 WifiConfiguration 对象，以下是一些可用的公共字段：
- BSSID ：接入点的 BSSID
- SSID ：特定网络的 SSID
- networkId ：用于在当前设备上标识此网络配置的唯一标识符
- priority ：网络配置在排序潜在接入点列表时的优先级
- status ：此网络连接的当前状态，可能为 WifiConfiguration.Status.ENABLED 、 WifiConfiguration.Status.DISABLED 或 WifiConfiguration.Status.CURRENT

可使用 addNetwork 方法添加新配置，使用 updateNetwork 方法更新现有配置，使用 removeNetwork 方法移除配置。要使对网络配置所做的更改持久化，必须调用 saveConfiguration 方法。

4. 传感器使用

现代智能手机不仅仅是简单的通信设备，还配备了各种传感器，如麦克风、摄像头、加速度计、指南针、温度传感器和亮度探测器等，这些传感器为移动应用的用户体验带来了新的创新。

4.1 传感器管理器介绍

Sensor Manager 用于管理安卓设备上的传感器硬件。要获取 Sensor Manager 服务的引用，可使用 getSystemService 方法，示例代码如下：

String service_name = Context.SENSOR_SERVICE;
SensorManager sensorManager = (SensorManager)getSystemService(service_name);

4.2 支持的安卓传感器

目前安卓设备支持的传感器类型如下：
| 传感器类型 | 描述 |
| ---- | ---- |
| Sensor.TYPE_ACCELEROMETER | 三轴加速度计传感器，返回沿三个轴的当前加速度（单位：m/s²） |
| Sensor.TYPE_GYROSCOPE | 陀螺仪传感器，返回设备在三个轴上的当前方向（单位：度） |
| Sensor.TYPE_LIGHT | 环境光传感器，返回描述环境光照度的单个值（单位：勒克斯） |
| Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD | 磁场传感器，返回沿三个轴的当前磁场（单位：微特斯拉） |
| Sensor.TYPE_ORIENTATION | 方向传感器，返回设备在三个轴上的方向（单位：度） |
| Sensor.TYPE_PRESSURE | 压力传感器，返回设备上施加的当前压力（单位：千帕） |
| Sensor.TYPE_PROXIMITY | 接近传感器，指示设备与目标对象之间的距离（单位：米） |
| Sensor.TYPE_TEMPERATURE | 温度计，返回温度（单位：摄氏度） |

4.3 查找传感器

安卓设备可能包含特定传感器类型的多个实现。要查找特定类型的默认传感器实现，可使用 Sensor Manager 的 getDefaultSensor 方法，示例代码如下：

Sensor defaultGyroscope = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE);

若要返回给定类型的所有可用传感器列表，可使用 getSensorList 方法，示例代码如下：

List<Sensor> pressureSensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_PRESSURE);

若要查找主机平台上的所有传感器，可传入 Sensor.TYPE_ALL ，示例代码如下：

List<Sensor> allSensors = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL);

4.4 使用传感器

要监控硬件传感器结果，需实现 SensorEventListener 接口。以下是示例代码：

final SensorEventListener mySensorEventListener = new SensorEventListener() {
    public void onSensorChanged(SensorEvent sensorEvent) {
        // 监控传感器变化
    }
    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // 对传感器精度变化做出反应
    }
};

onSensorChanged 方法中的 SensorEvent 参数包含四个属性：
- sensor ：触发事件的 Sensor 对象
- accuracy ：事件发生时传感器的精度（低、中、高或不可靠）
- values ：包含检测到的新值的浮点数组
- timestamp ：传感器事件发生的时间（单位：纳秒）

在 onAccuracyChanged 方法中，精度值使用以下常量表示：
- SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_LOW ：表示传感器报告的精度较低，需要校准
- SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_MEDIUM ：表示传感器数据的精度一般，校准可能会提高读数
- SensorManager.SENSOR_STATUS_ACCURACY_HIGH ：表示传感器报告的精度最高
- SensorManager.SENSOR_STATUS_UNRELIABLE ：表示传感器数据不可靠，可能需要校准或当前无法进行读数

要接收传感器事件，需将 Sensor Event Listener 注册到 Sensor Manager ，并指定要观察的 Sensor 对象和更新速率。示例代码如下：

Sensor sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);
sensorManager.registerListener(mySensorEventListener, sensor, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

Sensor Manager 提供了以下常量供选择更新速率：
- SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST ：指定最快的传感器更新速率
- SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME ：选择适合游戏控制的更新速率
- SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL ：指定默认更新速率
- SensorManager.SENSOR_DELAY_UI ：指定适合更新 UI 功能的速率

为了最小化使用传感器的资源成本，应选择最慢的合适速率。当应用程序不再需要接收更新时，要注销 Sensor Event Listener ：

sensorManager.unregisterListener(mySensorEventListener);

建议在 Activity 的 onResume 和 onPause 方法中注册和注销 Sensor Event Listener ，以确保仅在 Activity 活动时使用传感器。

综上所述，安卓设备的蓝牙通信、网络连接管理、Wi-Fi 管理以及传感器使用为开发者提供了丰富的功能和可能性。通过合理运用这些技术，可以开发出更加智能、高效、用户体验良好的应用程序。

安卓设备通信与传感功能全解析

5. 传感器使用的深入探讨

在前面介绍了传感器的基本使用方法，下面进一步探讨如何更高效地利用传感器数据以及处理一些常见的情况。

5.1 传感器数据的处理与分析

当获取到传感器数据后，往往需要对其进行处理和分析，以满足应用程序的需求。例如，对于加速度计数据，可以通过计算加速度的变化率来检测设备的运动状态。以下是一个简单的示例代码，用于检测加速度的变化：

final SensorEventListener mySensorEventListener = new SensorEventListener() {
    private float lastX, lastY, lastZ;
    private long lastTime;

    public void onSensorChanged(SensorEvent sensorEvent) {
        if (sensorEvent.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
            float x = sensorEvent.values[0];
            float y = sensorEvent.values[1];
            float z = sensorEvent.values[2];
            long currentTime = System.currentTimeMillis();

            if (currentTime - lastTime > 100) {
                long diffTime = (currentTime - lastTime);
                lastTime = currentTime;

                float speed = Math.abs(x + y + z - lastX - lastY - lastZ) / diffTime * 10000;

                if (speed > 800) {
                    // 检测到剧烈运动，可进行相应操作
                }

                lastX = x;
                lastY = y;
                lastZ = z;
            }
        }
    }

    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // 对传感器精度变化做出反应
    }
};

在上述代码中，通过比较相邻两次加速度计数据的差值，计算出加速度的变化率。当变化率超过一定阈值时，认为检测到了剧烈运动，可以进行相应的操作。

5.2 多传感器的协同使用

在实际应用中，有时需要同时使用多个传感器来获取更全面的信息。例如，结合加速度计和陀螺仪可以更准确地检测设备的运动和姿态。以下是一个简单的示例代码，展示如何同时注册加速度计和陀螺仪的监听器：

Sensor accelerometer = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
Sensor gyroscope = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GYROSCOPE);

sensorManager.registerListener(mySensorEventListener, accelerometer, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
sensorManager.registerListener(mySensorEventListener, gyroscope, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

在 onSensorChanged 方法中，可以根据 sensorEvent.sensor.getType() 来区分不同的传感器事件，从而进行相应的处理。

6. 蓝牙通信的优化与扩展

蓝牙通信虽然在前面已经介绍了基本的实现方法，但在实际应用中，还需要考虑一些优化和扩展的问题。

6.1 蓝牙连接的稳定性优化

为了提高蓝牙连接的稳定性，可以采用以下几种方法：
- 重试机制 ：在连接失败时，进行多次重试，增加连接成功的概率。
- 心跳包机制 ：定期发送心跳包，检测连接是否正常，及时发现并处理连接中断的情况。

以下是一个简单的重试机制示例代码：

int maxRetries = 3;
int retryCount = 0;

while (retryCount < maxRetries) {
    try {
        // 尝试连接蓝牙设备
        bluetoothSocket.connect();
        break;
    } catch (IOException e) {
        retryCount++;
        if (retryCount == maxRetries) {
            // 达到最大重试次数，处理连接失败的情况
        }
    }
}

6.2 蓝牙数据传输的优化

在进行蓝牙数据传输时，为了提高传输效率，可以采用以下方法：
- 数据压缩 ：对要传输的数据进行压缩，减少数据量。
- 批量传输 ：将多个小的数据块合并成一个大的数据块进行传输，减少传输次数。

7. 网络连接管理的最佳实践

在网络连接管理方面，除了前面介绍的基本功能，还有一些最佳实践可以遵循。

7.1 智能切换网络

当设备同时处于 Wi-Fi 和移动网络环境时，可以根据网络的状态和应用程序的需求，智能地切换网络。例如，当 Wi-Fi 信号弱或不可用时，自动切换到移动网络。以下是一个简单的示例代码，用于检测网络状态并进行切换：

ConnectivityManager connectivityManager = (ConnectivityManager) getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
NetworkInfo wifiInfo = connectivityManager.getNetworkInfo(ConnectivityManager.TYPE_WIFI);
NetworkInfo mobileInfo = connectivityManager.getNetworkInfo(ConnectivityManager.TYPE_MOBILE);

if (wifiInfo.isConnected() && wifiInfo.getDetailedState() == NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED) {
    // Wi-Fi 连接正常，使用 Wi-Fi
} else if (mobileInfo.isConnected() && mobileInfo.getDetailedState() == NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED) {
    // Wi-Fi 不可用，使用移动网络
} else {
    // 无可用网络，处理网络连接失败的情况
}

7.2 网络请求的优化

在进行网络请求时，为了减少网络流量和提高响应速度，可以采用以下方法：
- 缓存机制 ：对一些不经常变化的数据进行缓存，避免重复请求。
- 异步请求 ：使用异步请求方式，避免阻塞主线程，提高应用程序的响应速度。

8. Wi-Fi 管理的高级应用

除了基本的 Wi-Fi 管理功能，还可以实现一些高级应用，如自动连接到指定的 Wi-Fi 网络、创建热点等。

8.1 自动连接到指定的 Wi-Fi 网络

可以通过代码实现自动连接到指定的 Wi-Fi 网络。以下是一个简单的示例代码：

WifiConfiguration wifiConfig = new WifiConfiguration();
wifiConfig.SSID = "\"Your_WiFi_SSID\"";
wifiConfig.preSharedKey = "\"Your_WiFi_Password\"";

int netId = wifi.addNetwork(wifiConfig);
wifi.disconnect();
wifi.enableNetwork(netId, true);
wifi.reconnect();

8.2 创建热点

可以使用 WifiManager 创建热点。以下是一个简单的示例代码：

WifiManager wifiManager = (WifiManager) getSystemService(Context.WIFI_SERVICE);
Method method = wifiManager.getClass().getMethod("setWifiApEnabled", WifiConfiguration.class, boolean.class);
WifiConfiguration wifiConfig = new WifiConfiguration();
wifiConfig.SSID = "Your_Hotspot_SSID";
wifiConfig.preSharedKey = "Your_Hotspot_Password";
method.invoke(wifiManager, wifiConfig, true);

9. 总结与展望

通过对安卓设备的蓝牙通信、网络连接管理、Wi-Fi 管理以及传感器使用的介绍，我们可以看到安卓系统提供了丰富的功能和强大的 API，为开发者开发各种应用程序提供了便利。

在未来，随着技术的不断发展，安卓设备的通信和传感功能将会更加完善和强大。例如，蓝牙技术可能会支持更高的传输速率和更远的传输距离，网络连接管理可能会更加智能和高效，传感器的种类和精度也会不断提高。开发者可以充分利用这些技术，开发出更加创新和实用的应用程序，为用户带来更好的体验。

同时，在开发过程中，开发者也需要注意一些问题，如权限管理、性能优化、兼容性等，以确保应用程序的稳定性和可靠性。

总之，安卓设备的通信和传感功能为开发者提供了广阔的发展空间，未来充满了无限的可能性。