Android提高第十一篇之模拟信号示波器

Android提高第十一篇之模拟信号示波器

上次简单地介绍了AudioRecord和AudioTrack的使用，这次就结合SurfaceView实现一个Android版的手机模拟信号示波器。最近物联网炒得很火，作为手机软件开发者，如何在不修改手机硬件电路的前提下实现与第三方传感器结合呢？麦克风就是一个很好的ADC接口，通过麦克风与第三方传感器结合，再在软件里对模拟信号做相应的处理，就可以提供更丰富的传感化应用。

先来看看本文程序运行的效果图(屏幕录像速度较慢，真机实际运行起来会更加流畅)：



       本文程序使用8000hz的采样率，对X轴方向绘图的实时性要求较高，如果不降低X轴的分辨率，程序的实时性较差，因此程序对X轴数据缩小区间为8倍～16倍。由于采用16位采样，因此Y轴数据的高度相对于手机屏幕来说也偏大，程序也对Y轴数据做缩小，区间为1倍～10倍。在SurfaceView的OnTouchListener方法里加入了波形基线的位置调节，直接在SurfaceView控件上触摸即可控制整体波形偏上或偏下显示。

main.xml源码如下：

<linearlayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" 

        android:orientation="vertical" android:layout_width="fill_parent"

        android:layout_height="fill_parent">

        <linearlayout android:id="@+id/LinearLayout01" 

                android:layout_height="wrap_content" android:layout_width="fill_parent"

                android:orientation="horizontal">

                <button android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/btnStart" 

                        android:text="开始" android:layout_width="80dip">

                <button android:layout_height="wrap_content" android:text="停止" 

                        android:id="@+id/btnExit" android:layout_width="80dip">

                <zoomcontrols android:layout_width="wrap_content" 

                        android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlX">

                <zoomcontrols android:layout_width="wrap_content" 

                        android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/zctlY">

        

        <surfaceview android:id="@+id/SurfaceView01" 

                android:layout_height="fill_parent" android:layout_width="fill_parent">

复制代码
ClsOscilloscope.java是实现示波器的类库，包含AudioRecord操作线程和SurfaceView绘图线程的实现，两个线程同步操作，代码如下：

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;// 线程控制标记

        /**

         * X轴缩小的比例

         */

        public int rateX = 4;

        /**

         * Y轴缩小的比例

         */

        public int rateY = 4;

        /**

         * Y轴基线

         */

        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;

        }

        /**

         * 开始

         * 

         * @param recBufSize

         *            AudioRecord的MinBufferSize

         */

        public void Start(AudioRecord audioRecord, int recBufSize, SurfaceView sfv,

                        Paint mPaint) {

                isRecording = true;

                new RecordThread(audioRecord, recBufSize).start();// 开始录制线程

                new DrawThread(sfv, mPaint).start();// 开始绘制线程

        }

        /**

         * 停止

         */

        public void Stop() {

                isRecording = false;

                inBuf.clear();// 清除

        }

        /**

         * 负责从MIC保存数据到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();// 开始录制

                                while (isRecording) {

                                        // 从MIC保存数据到缓冲区

                                        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);// 添加数据

                                        }

                                }

                                audioRecord.stop();

                        } catch (Throwable t) {

                        }

                }

        };

        /**

         * 负责绘制inBuf中的数据

         * 

         * @author GV

         * 

         */

        class DrawThread extends Thread {

                private int oldX = 0;// 上次绘制的X坐标

                private int oldY = 0;// 上次绘制的Y坐标

                private SurfaceView sfv;// 画板

                private int X_index = 0;// 当前画图所在屏幕X轴的坐标

                private Paint mPaint;// 画笔

                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);// 把缓冲区数据画出来

                                        X_index = X_index + tmpBuf.length;

                                        if (X_index > sfv.getWidth()) {

                                                X_index = 0;

                                        }

                                }

                        }

                }

                /**

                 * 绘制指定区域

                 * 

                 * @param start

                 *            X轴开始的位置(全屏)

                 * @param buffer

                 *            缓冲区

                 * @param rate

                 *            Y轴数据缩小的比例

                 * @param baseLine

                 *            Y轴基线

                 */

                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()));// 关键:获取画布

                        canvas.drawColor(Color.BLACK);// 清除背景

                        int y;

                        for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {// 有多少画多少

                                int x = i + start;

                                y = buffer[i] / rate + baseLine;// 调节缩小比例，调节基准线

                                canvas.drawLine(oldX, oldY, x, y, mPaint);

                                oldX = x;

                                oldY = y;

                        }

                        sfv.getHolder().unlockCanvasAndPost(canvas);// 解锁画布，提交画好的图像

                }

        }

}

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testOscilloscope.java是主程序，控制UI和ClsOscilloscope，代码如下：

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轴缩小比例最大值,X轴数据量巨大，容易产生刷新延时

        static final int xMin = 8;//X轴缩小比例最小值

        static final int yMax = 10;//Y轴缩小比例最大值

        static final int yMin = 1;//Y轴缩小比例最小值

        

        int recBufSize;//录音最小buffer大小

        AudioRecord audioRecord;

        Paint mPaint;

    @Override

    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

        super.onCreate(savedInstanceState);

        setContentView(R.layout.main);

        //录音组件

                recBufSize = AudioRecord.getMinBufferSize(frequency,

                                channelConfiguration, audioEncoding);

                audioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC, frequency,

                                channelConfiguration, audioEncoding, recBufSize);

                //按键

                btnStart = (Button) this.findViewById(R.id.btnStart);

                btnStart.setOnClickListener(new ClickEvent());

                btnExit = (Button) this.findViewById(R.id.btnExit);

                btnExit.setOnClickListener(new ClickEvent());

                //画板和画笔

                sfv = (SurfaceView) this.findViewById(R.id.SurfaceView01); 

                sfv.setOnTouchListener(new TouchEvent());

        mPaint = new Paint();  

        mPaint.setColor(Color.GREEN);// 画笔为绿色  

        mPaint.setStrokeWidth(1);// 设置画笔粗细 

        //示波器类库

        clsOscilloscope.initOscilloscope(xMax/2, yMax/2, sfv.getHeight()/2);

        

        //缩放控件，X轴的数据缩小的比率高些

                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轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"

                                                +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");

                        }

                });

                zctlX.setOnZoomOutClickListener(new View.OnClickListener() {

                        @Override

                        public void onClick(View v) {

                                if(clsOscilloscope.rateX<xmax)

                                        clsOscilloscope.rateX++;        

                                setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"

                                                +","+"Y轴缩小"+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轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"

                                                +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");

                        }

                });

                

                zctlY.setOnZoomOutClickListener(new View.OnClickListener() {

                        @Override

                        public void onClick(View v) {

                                if(clsOscilloscope.rateY<ymax)

                                        clsOscilloscope.rateY++;        

                                setTitle("X轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateX)+"倍"

                                                +","+"Y轴缩小"+String.valueOf(clsOscilloscope.rateY)+"倍");

                        }

                });

    }

        @Override

        protected void onDestroy() {

                super.onDestroy();

                android.os.Process.killProcess(android.os.Process.myPid());

        }

        

        /**

         * 按键事件处理

         * @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();

                        }

                }

        }

        /**

         * 触摸屏动态设置波形图基线

         * @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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