Android應(yīng)用于模擬信號(hào)示波器
出處：尤新亮 發(fā)布于：2011-08-25 22:39:21
Android一詞的本義指“機(jī)器人”，同時(shí)也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱，該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，號(hào)稱是為移動(dòng)終端打造的真正開放和完整的移動(dòng)軟件。目前，版本為Android 2.4 Gingerbread和Android 3.0 Honeycomb。
Android是基于Linux開放性內(nèi)核的操作系統(tǒng)，是Google公司在2007年11月5日公布的手機(jī)操作系統(tǒng)。早期由原名為"Android"的公司開發(fā)，谷歌在2005年收購(gòu)"Android.Inc"后，繼續(xù)進(jìn)行對(duì)Android系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)營(yíng)，它采用了軟件堆層（software stack，又名軟件疊層）的架構(gòu)，主要分為三部分。底層Linux內(nèi)核只提供基本功能，其他的應(yīng)用軟件則由各公司自行開發(fā)，部分程序以Java編寫。
本文結(jié)合SurfaceView實(shí)現(xiàn)一個(gè)Android版的手機(jī)模擬信號(hào)示波器。近物聯(lián)網(wǎng)炒得很火，作為手機(jī)軟件開發(fā)者，如何在不修改手機(jī)硬件電路的前提下實(shí)現(xiàn)與第三方傳感器結(jié)合呢？麥克風(fēng)就是一個(gè)很好的ADC接口，通過麥克風(fēng)與第三方傳感器結(jié)合，再在軟件里對(duì)模擬信號(hào)做相應(yīng)的處理，就可以提供更豐富的傳感化應(yīng)用。
先來(lái)看看本文程序運(yùn)行的效果圖：
本文程序使用8000hz的采樣率，對(duì)X軸方向繪圖的實(shí)時(shí)性要求較高，如果不降低X軸的分辨率，程序的實(shí)時(shí)性較差，因此程序?qū)軸數(shù)據(jù)縮小區(qū)間為8倍～16倍。由于采用16位采樣，因此Y軸數(shù)據(jù)的高度相對(duì)于手機(jī)屏幕來(lái)說也偏大，程序也對(duì)Y軸數(shù)據(jù)做縮小，區(qū)間為1倍～10倍。在SurfaceView的OnTouchListener方法里加入了波形基線的位置調(diào)節(jié)，直接在SurfaceView控件上觸摸即可控制整體波形偏上或偏下顯示。
main.xml源碼如下：
view plaincopy to clipboardprint?
android:orientation="vertical" android:layout_width="fill_parent"
android:layout_height="fill_parent">
android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="fill_parent"
android:orientation="horizontal">
android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlX">
android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlY">
android:layout_height="fill_parent" android:layout_width="fill_parent">
android:orientation="vertical" android:layout_width="fill_parent"
android:layout_height="fill_parent">
android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="fill_parent"
android:orientation="horizontal">
android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlX">
android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlY">
android:layout_height="fill_parent" android:layout_width="fill_parent">
ClsOscilloscope.java是實(shí)現(xiàn)示波器的類庫(kù)，包含AudioRecord操作線程和SurfaceView繪圖線程的實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)線程同步操作，代碼如下：
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package com.testOscilloscope;
import java.util.ArrayList;
import android.graphics.Canvas;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.graphics.Rect;
import android.media.AudioRecord;
import android.view.SurfaceView;
public class ClsOscilloscope {
private ArrayList inBuf = new ArrayList（）；
private boolean isRecording = false;// 線程控制標(biāo)記
/**
* X軸縮小的比例
*/
public int rateX = 4;
/**
* Y軸縮小的比例
*/
public int rateY = 4;
/**
* Y軸基線
*/
public int baseLine = 0;
/**
* 初始化
*/
public void initOscilloscope（int rateX, int rateY, int baseLine） {
this.rateX = rateX;
this.rateY = rateY;
this.baseLine = baseLine;
}
/**
* 開始
*
* @param recBufSize
* AudioRecord的MinBufferSize
*/
public void Start（AudioRecord audioRecord, int recBufSize, SurfaceView sfv,
Paint mPaint） {
isRecording = true;
new RecordThread（audioRecord, recBufSize）。start（）；// 開始錄制線程
new DrawThread（sfv, mPaint）。start（）；// 開始繪制線程
}
/**
* 停止
*/
public void Stop（） {
isRecording = false;
inBuf.clear（）；// 清除
}
/**
* 負(fù)責(zé)從MIC保存數(shù)據(jù)到inBuf
*
* @author GV
*
*/
class RecordThread extends Thread {
private int recBufSize;
private AudioRecord audioRecord;
public RecordThread（AudioRecord audioRecord, int recBufSize） {
this.audioRecord = audioRecord;
this.recBufSize = recBufSize;
}
public void run（） {
try {
short[] buffer = new short[recBufSize];
audioRecord.startRecording（）；// 開始錄制
while （isRecording） {
// 從MIC保存數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)
int bufferReadResult = audioRecord.read（buffer, 0,
recBufSize）；
short[] tmpBuf = new short[bufferReadResult / rateX];
for （int i = 0, ii = 0; i < tmpBuf.length; i++, ii = i
* rateX） {
tmpBuf[i] = buffer[ii];
}
synchronized （inBuf） {//
inBuf.add（tmpBuf）；// 添加數(shù)據(jù)
}
}
audioRecord.stop（）；
} catch （Throwable t） {
}
}
};
/**
* 負(fù)責(zé)繪制inBuf中的數(shù)據(jù)
*
* @author GV
*
*/
class DrawThread extends Thread {
private int oldX = 0;// 上次繪制的X坐標(biāo)
private int oldY = 0;// 上次繪制的Y坐標(biāo)
private SurfaceView sfv;// 畫板
private int X_index = 0;// 當(dāng)前畫圖所在屏幕X軸的坐標(biāo)
private Paint mPaint;// 畫筆
public DrawThread（SurfaceView sfv, Paint mPaint） {
this.sfv = sfv;
this.mPaint = mPaint;
}
public void run（） {
while （isRecording） {
ArrayList buf = new ArrayList（）；
synchronized （inBuf） {
if （inBuf.size（） == 0）
continue;
buf = （ArrayList） inBuf.clone（）；// 保存
inBuf.clear（）；// 清除
}
for （int i = 0; i < buf.size（）； i++） {
short[] tmpBuf = buf.get（i）；
SimpleDraw（X_index, tmpBuf, rateY, baseLine）；// 把緩沖區(qū)數(shù)據(jù)畫出來(lái)
X_index = X_index + tmpBuf.length;
if （X_index > sfv.getWidth（）） {
X_index = 0;
}
}
}
}
/**
* 繪制指定區(qū)域
*
* @param start
* X軸開始的位置（全屏）
* @param buffer
* 緩沖區(qū)
* @param rate
* Y軸數(shù)據(jù)縮小的比例
* @param baseLine
* Y軸基線
*/
void SimpleDraw（int start, short[] buffer, int rate, int baseLine） {
if （start == 0）
oldX = 0;
Canvas canvas = sfv.getHolder（）。lockCanvas（
new Rect（start, 0, start + buffer.length, sfv.getHeight（）））；// 關(guān)鍵：獲取畫布
canvas.drawColor（Color.BLACK）；// 清除背景
int y;
for （int i = 0; i < buffer.length; i++） {// 有多少畫多少
int x = i + start;
y = buffer[i] / rate + baseLine;// 調(diào)節(jié)縮小比例，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)線
canvas.drawLine（oldX, oldY, x, y, mPaint）；
oldX = x;
oldY = y;
}
sfv.getHolder（）。unlockCanvasAndPost（canvas）；// 解鎖畫布，提交畫好的圖像
}
}
}
package com.testOscilloscope;
import java.util.ArrayList;
import android.graphics.Canvas;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.graphics.Rect;
import android.media.AudioRecord;
import android.view.SurfaceView;
public class ClsOscilloscope {
private ArrayList inBuf = new ArrayList（）；
private boolean isRecording = false;// 線程控制標(biāo)記
/**
* X軸縮小的比例
*/
public int rateX = 4;
/**
* Y軸縮小的比例
*/
public int rateY = 4;
/**
* Y軸基線
*/
public int baseLine = 0;
/**
* 初始化
*/
public void initOscilloscope（int rateX, int rateY, int baseLine） {
this.rateX = rateX;
this.rateY = rateY;
this.baseLine = baseLine;
}
/**
* 開始
*
* @param recBufSize
* AudioRecord的MinBufferSize
*/
public void Start（AudioRecord audioRecord, int recBufSize, SurfaceView sfv,
Paint mPaint） {
isRecording = true;
new RecordThread（audioRecord, recBufSize）。start（）；// 開始錄制線程
new DrawThread（sfv, mPaint）。start（）；// 開始繪制線程
}
/**
* 停止
*/
public void Stop（） {
isRecording = false;
inBuf.clear（）；// 清除
}
/**
* 負(fù)責(zé)從MIC保存數(shù)據(jù)到inBuf
*
* @author GV
*
*/
class RecordThread extends Thread {
private int recBufSize;
private AudioRecord audioRecord;
public RecordThread（AudioRecord audioRecord, int recBufSize） {
this.audioRecord = audioRecord;
this.recBufSize = recBufSize;
}
public void run（） {
try {
short[] buffer = new short[recBufSize];
audioRecord.startRecording（）；// 開始錄制
while （isRecording） {
// 從MIC保存數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)
int bufferReadResult = audioRecord.read（buffer, 0,
recBufSize）；
short[] tmpBuf = new short[bufferReadResult / rateX];
for （int i = 0, ii = 0; i < tmpBuf.length; i++, ii = i
* rateX） {
tmpBuf[i] = buffer[ii];
}
synchronized （inBuf） {//
inBuf.add（tmpBuf）；// 添加數(shù)據(jù)
}
}
audioRecord.stop（）；
} catch （Throwable t） {
}
}
};
/**
* 負(fù)責(zé)繪制inBuf中的數(shù)據(jù)
*
* @author GV
*
*/
class DrawThread extends Thread {
private int oldX = 0;// 上次繪制的X坐標(biāo)
private int oldY = 0;// 上次繪制的Y坐標(biāo)
private SurfaceView sfv;// 畫板
private int X_index = 0;// 當(dāng)前畫圖所在屏幕X軸的坐標(biāo)
private Paint mPaint;// 畫筆
public DrawThread（SurfaceView sfv, Paint mPaint） {
this.sfv = sfv;
this.mPaint = mPaint;
}
public void run（） {
while （isRecording） {
ArrayList buf = new ArrayList（）；
synchronized （inBuf） {
if （inBuf.size（） == 0）
continue;
buf = （ArrayList） inBuf.clone（）；// 保存
inBuf.clear（）；// 清除
}
for （int i = 0; i < buf.size（）； i++） {
short[] tmpBuf = buf.get（i）；
SimpleDraw（X_index, tmpBuf, rateY, baseLine）；// 把緩沖區(qū)數(shù)據(jù)畫出來(lái)
X_index = X_index + tmpBuf.length;
if （X_index > sfv.getWidth（）） {
X_index = 0;
}
}
}
}
/**
* 繪制指定區(qū)域
*
* @param start
* X軸開始的位置（全屏）
* @param buffer
* 緩沖區(qū)
* @param rate
* Y軸數(shù)據(jù)縮小的比例
* @param baseLine
* Y軸基線
*/
void SimpleDraw（int start, short[] buffer, int rate, int baseLine） {
if （start == 0）
oldX = 0;
Canvas canvas = sfv.getHolder（）。lockCanvas（
new Rect（start, 0, start + buffer.length, sfv.getHeight（）））；// 關(guān)鍵：獲取畫布
canvas.drawColor（Color.BLACK）；// 清除背景
int y;
for （int i = 0; i < buffer.length; i++） {// 有多少畫多少
int x = i + start;
y = buffer[i] / rate + baseLine;// 調(diào)節(jié)縮小比例，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)線
canvas.drawLine（oldX, oldY, x, y, mPaint）；
oldX = x;
oldY = y;
}
sfv.getHolder（）。unlockCanvasAndPost（canvas）；// 解鎖畫布，提交畫好的圖像
}
}
}
testOscilloscope.java是主程序，控制UI和ClsOscilloscope，代碼如下：
view plaincopy to clipboardprint?
package com.testOscilloscope;
import android.app.Activity;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.media.AudioFormat;
import android.media.AudioRecord;
import android.media.MediaRecorder;
import android.os.Bundle;
import android.view.MotionEvent;
import android.view.SurfaceView;
import android.view.View;
import android.view.View.OnTouchListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.ZoomControls;
public class testOscilloscope extends Activity {
/** Called when the activity is first created. */
Button btnStart,btnExit;
SurfaceView sfv;
ZoomControls zctlX,zctlY;
ClsOscilloscope clsOscilloscope=new ClsOscilloscope（）；
static final int frequency = 8000;//分辨率
static final int channelConfiguration = AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO;
static final int audioEncoding = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
static final int xMax = 16;//X軸縮小比例值，X軸數(shù)據(jù)量巨大，容易產(chǎn)生刷新延時(shí)
static final int xMin = 8;//X軸縮小比例值
static final int yMax = 10;//Y軸縮小比例值
static final int yMin = 1;//Y軸縮小比例值
int recBufSize;//錄音buffer大小
AudioRecord audioRecord;
Paint mPaint;
@Override
public void onCreate（Bundle savedInstanceState） {
super.onCreate（savedInstanceState）；
setContentView（R.layout.main）；
//錄音組件
recBufSize = AudioRecord.getMinBufferSize（frequency,
channelConfiguration, audioEncoding）；
audioRecord = new AudioRecord（MediaRecorder.AudioSource.MIC, frequency,
channelConfiguration, audioEncoding, recBufSize）；
//按鍵
btnStart = （Button） this.findViewById（R.id.btnStart）；
btnStart.setOnClickListener（new ClickEvent（））；
btnExit = （Button） this.findViewById（R.id.btnExit）；
btnExit.setOnClickListener（new ClickEvent（））；
//畫板和畫筆
sfv = （SurfaceView） this.findViewById（R.id.SurfaceView01）；
sfv.setOnTouchListener（new TouchEvent（））；
mPaint = new Paint（）；
mPaint.setColor（Color.GREEN）；// 畫筆為綠色
mPaint.setStrokeWidth（1）；// 設(shè)置畫筆粗細(xì)
//示波器類庫(kù)
clsOscilloscope.initOscilloscope（xMax/2, yMax/2, sfv.getHeight（）/2）；
//縮放控件，X軸的數(shù)據(jù)縮小的比率高些
zctlX = （ZoomControls）this.findViewById（R.id.zctlX）；
zctlX.setOnZoomInClickListener（new View.OnClickListener（） {
@Override
public void onClick（View v） {
if（clsOscilloscope.rateX>xMin）
clsOscilloscope.rateX--;
setTitle（"X軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍"
+","+"Y軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）；
}
}）；
zctlX.setOnZoomOutClickListener（new View.OnClickListener（） {
@Override
public void onClick（View v） {
if（clsOscilloscope.rateX clsOscilloscope.rateX++;
setTitle（"X軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍"
+","+"Y軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）；
}
}）；
zctlY = （ZoomControls）this.findViewById（R.id.zctlY）；
zctlY.setOnZoomInClickListener（new View.OnClickListener（） {
@Override
public void onClick（View v） {
if（clsOscilloscope.rateY>yMin）
clsOscilloscope.rateY--;
setTitle（"X軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍"
+","+"Y軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）；
}
}）；
zctlY.setOnZoomOutClickListener（new View.OnClickListener（） {
@Override
public void onClick（View v） {
if（clsOscilloscope.rateY clsOscilloscope.rateY++;
setTitle（"X軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateX）+"倍"
+","+"Y軸縮小"+String.valueOf（clsOscilloscope.rateY）+"倍"）；
}
}）；
}
@Override
protected void onDestroy（） {
super.onDestroy（）；
android.os.Process.killProcess（android.os.Process.myPid（））；
}
/**
* 按鍵事件處理
* @author GV
*
*/
class ClickEvent implements View.OnClickListener {
@Override
public void onClick（View v） {
if （v == btnStart） {
clsOscilloscope.baseLine=sfv.getHeight（）/2;
clsOscilloscope.Start（audioRecord,recBufSize,sfv,mPaint）；
} else if （v == btnExit） {
clsOscilloscope.Stop（）；
}
}
}
/**
* 觸摸屏動(dòng)態(tài)設(shè)置波形圖基線
* @author GV
*
*/
class TouchEvent implements OnTouchListener{
@Override
public boolean onTouch（View v, MotionEvent event） {
clsOscilloscope.baseLine=（int）event.getY（）；
return true;
}
}
}
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