Android应用于模拟信号示波器

    Android一词的本义指“机器人”，同时也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。目前，版本为Android 2.4 Gingerbread和Android 3.0 Honeycomb。

    Android是基于Linux开放性内核的操作系统，是Google公司在2007年11月5日公布的手机操作系统。早期由原名为"Android"的公司开发，谷歌在2005年收购"Android.Inc"后，继续进行对Android系统开发运营，它采用了软件堆层（software stack，又名软件叠层）的架构，主要分为三部分。底层Linux内核只提供基本功能，其他的应用软件则由各公司自行开发，部分程序以Java编写。

    本文结合SurfaceView实现一个Android版的手机模拟信号示波器。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：

 

 

 

    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：

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

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

    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：

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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;// 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

    }

    }

    }

    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

    }

    }

    }

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

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    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轴缩小比例值

    static final int yMax = 10;//Y轴缩小比例值

    static final int yMin = 1;//Y轴缩小比例值

    int recBufSize;//录音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                    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                    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;

    }

    }

    }