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我們知道iOS的應用真的太多了，很多應用讓我們驚歎不已！！！很多意想不到的應用！
比如：
1.電子羅盤指南針之類的應用-讓我們知道方向。
2.運動類型軟件-讓我們知道我們跑步多少公里。
3.社交軟件中的搖一搖功能。
4.遊戲中扮演角色類中根據設備的晃動等進行操作。
等等。。而且還有很多應用正在層出不窮的展現再我們面前。
其實，他們多半是使用了iOS中的一個框架-核心運動框架-CoreMotion.framework
CoreMotion.framework框架是做什麼的
我們可以使用iOS提供給我們的CoreMotion 框架來訪問加速度器和陀螺儀的相關數據！
它不僅僅提供給你獲得實時的加速度值和旋轉速度值，更重要的是，蘋果在其中集成了很多算法，可以直接給你輸出把重力加速度分量剝離的加速度，省去你的高通濾波操作，以及提供給你一個專門的設備的三維attitude信息！
我剛接觸的時候，也是一頭霧水啊。那就普及一下相關的知識。
我們知道，智能手機已經普及到我們日常生活中了，尤其iPhone等iOS設備，也已經相當的普遍（俗稱：街機）。在它的硬件設備中，其實安裝了很多的傳感器。其中的加速度器和陀螺儀就是其中的兩種傳感器！
智能機中常見的傳感器
1. 接近傳感器
接近傳感器，顧名思義，就是用來檢測非常接近的目標物體的。這類傳感器通常利用電磁場或者靜電場的改變，或者測量發射的電磁波的反射波的改變，來進行判斷。因爲手段不一樣，所以接近傳感器的目標物體種類也不一樣，有的針對金屬物體，有的針對塑料物體。具體到手機上來說，現在的手機都是使用了新一代的反射光學接近傳感器，可以針對較多種表面類型來檢測。過程很簡單，它們會發出人眼看不到的紅外光，一旦手機來電話了，你肯定會接聽，接聽會導致臉部皮膚離傳感器很近，這樣只需要用光學探測器檢測從皮膚反射回來的光的總量的變化，接近傳感器就檢測到了這個接近。這個傳感結果有什麼用呢？一個明顯的例子，就是可以改進手機的節電功能，比如判斷什麼時候自動打開或關閉顯示屏，鍵盤背光或者觸摸功能，甚至於什麼時候自動關機/待機，取決於設備的主人是正在通話，正在打字，還是就直接把設備扔到口袋中了。這些任務，就由接近傳感器一肩挑了。
2. 加速度傳感器
我個人估計，大家最熟悉的，就是加速度傳感器。由於其帶來了更多的直覺遊戲體驗，基本姿態識別和環境感知功能，這類傳感器從08年開始井噴，因iPhone、iPod的帶動而紅火，因Wii的集成而大規模部署，並由此帶動了價格的下降。現在如果還有哪款手機或者音樂播放器不配備這個傳感器阿，出廠去商店都不好意思和擺在一起的別的設備打招呼。加速度計的原理很簡單，現在手機裏面基本配備的都是3維線傳感器，也就是說，用來測量x，y，z三個軸上的加速力。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。
我爲什麼說大家應該都熟悉加速度傳感器呢，如果用IBM筆記本的朋友就知道，前IBM，現聯想，的Thinkpad系列筆記本，一直都有硬盤保護功能，這個功能利用的就是通過加速度傳感器動態監測出筆記本的震動，並根據這個震動選擇關閉硬盤還是繼續運行。這樣可以最大程度的保護由於振動，比如顛簸的工作環境，或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害，最大程度的保護裏面的數據。類似的一個非常普及的用處就是目前用的數碼相機和攝像機裏，用加速度傳感器，來檢測拍攝時候的手部的振動，並根據這些振動，自動調節相機的聚焦。現在，我們手頭都有iPhone，Android軍團，Nokia N900等手機，我們至少都知道，加速度傳感器可以幫助你打遊戲。典型的例子比如Labyrinth2，中文名叫做迷宮滾球。但更廣義地說，加速度傳感器在檢測人的即時背景環境信息上更有用處。比如說，通過三個軸上加速度的變化值的分析處理，手機可以知道你現在是在走路還是騎車還是坐車，是上坡還是下坡，等等。
從理論上講，有了三個軸的加速度立體信息，我們可以推斷出加速方向的信息，比如，你加速騎車的方向，或者你乘坐的電梯正在朝上還是朝下。根據初中數學的知識，這些方向和角度都是可以通過矢量的加減運算算出來的。可惜的是，我們沒法僅僅依靠加速度傳感器來檢測加速方向的角度，也無法得知手機本身的朝向。這是爲什麼呢？要解釋這個，就牽涉到一個困擾加速度儀的大問題，就是重力加速度分量的干擾。
當你的移動設備處於靜止狀態時，加速度計能告訴你它相對於地平面的朝向，這是沒有問題的; 然而，當設備動起來的時候，分析朝向就相當複雜了。這種情況下，要分四種類型討論
- 設備處於水平完全靜止或者勻速運動，這時的它會在垂直方向的軸上輸出一個值，那就是重力加速度，接近9.8 。
- 設備自由落體的時候，會三個軸都輸出0呢。
- 設備靜止或者勻速運動狀態時，但沒有處於絕對水平。此時任何軸都可能有輸出值，但都是重力加速度的分量。一旦處於這種狀態，我們可以通過求分量於三個軸的角度來得知手機旋轉的角度。
- 設備沿着任意方向加速。這時，問題就變複雜了，因爲你沒辦法知道設備目前的方向角度信息，所以你根本就不知道重力加速度的分量到底是怎麼分解的，於是……你也就不清楚某個軸所報告的數值，哪些是重力加速度部分，哪些是真正的線性加速度部分
除此之外，另一個加速度傳感器無能爲力的地方，就是純水平旋轉，或者勻速水平變向。
這類運動，加速度傳感器也只會輸出一個值：g。因爲無論是x，y，還是z軸，都沒有真正意義上的加速運動。這會帶來什麼問題呢？好比你帶着一個手機在街上走，沿着一條大街走了一段路，這段路的加速度自然是能被採到的。然後你轉彎，在另一條路上走一段，這一段的加速度也是能被採到的。你回到家，拿出手機看數據，沒錯阿，兩端加速度都有，手機知道我走了兩段路，很智能阿，缺少了什麼東西？你轉彎的動作和角度！這個加速度計是採不到的，而這個信息，在很多增強現實的智能應用中，卻是非常有用的。爲了解決這個問題，人們開始引入其他種類的傳感器，比如接下來要介紹的這個陀螺儀。
關於加速度器的座標：
陀螺儀代表着另一個重要的，但可能還需要等待一兩年才能騰飛的傳感器領域，主要是因爲導航級MEMS陀螺儀目前對於手機來說仍然過於昂貴，普通陀螺儀一般廠商都很少看上眼。當然，在iPhone4的帶動下，可以預見的手機軍備競賽，遲早會讓陀螺儀逐漸普及開來。陀螺儀的主要作用，是基於角動量守恆的理論，沿着某個特定的座標軸測量旋轉速率。在使用中，陀螺儀的轉子在高速旋轉時，始終指向一個固定的方向，當運動物體的運動方向偏離預定方向時，陀螺儀就可以感受出來。在現代航空裝備中，飛機駕駛的時候，就是通過多達十多個的陀螺儀來測量機體是否翻滾，以及如何翻滾的。
先來看看iPhone中，陀螺儀硬件吧：
再看看，陀螺儀的樣子：
關於陀螺儀的座標：
Roll軸的信息：
Pitch軸的信息：
Yaw軸信息：
需要注意的是，這裏的三個角度，和加速度計的x，y，z三維意義完全不同，不要混淆了。
陀螺儀的測量是隨時間累計的，要知道當前的角度，只需要將之前所有的輸出數值積分即可。當然，陀螺儀只會輸出當前旋轉的變化值，比如說，如果一架飛機是以60度的傾斜角度徑直飛行，此時陀螺儀的輸出爲0，因爲當前就沒有機體旋轉。但是，你可以通過之前的輸出累計計算出當前機體傾斜角度是多少。陀螺儀有兩個好處：
- 可測頻率比較大，低可以低到直流信號，就是0Hz，高可以高到60-70Hz。這個範圍，基本是根據人類的普遍動作頻率所決定的，而且也考慮了很大的餘量。一般的陀螺儀會對採集到的信號濾波，最終顯示的數據基本是在0-20Hz範圍的。當然，並不是所有陀螺儀都能測量到這個頻率範圍，這個取決於具體的檔次了。
- 在設備中的位置並不重要。陀螺儀測量的角速度本質上是慣性角速度，所以你把它放在設備的前端或者後端，輸出的值都會是一樣的，沒有什麼區別。
說完了陀螺儀的優點，說說缺點吧。聰明的讀者在看到陀螺儀計算角度的原理是，肯定能一下就發現陀螺儀的缺陷：這玩意的誤差是累計的！也就是說，某一個時刻你因爲不管什麼樣的原因引進了角度的誤差，可能是靜態漂移誤差，可能是讀數誤差，whatever，這個誤差就會一直跟着你，一直在後面的讀數和計算中延續！更有趣的是，陀螺儀有一個臭名昭著的特性：它會隨着時間而漂移！換句話說，每分每秒，它都會自動引入附加的誤差！！時間一長，完了，你關於旋轉度的測量值就變成了中國有關部門：可信度爲0 。當然，科技是在發展的，現在很多高端的陀螺儀的隨機誤差很小，普通應用有時候都可以不用管這個誤差。當然，一分錢一分貨，這種高端陀螺儀通常都很貴，很少會採用到手機系統中。
這下好玩了，在一個短的時間刻度裏，加速度值噪聲特別大，而且還有重力的影響。在長的時間刻度裏呢，加速度值總體是靠譜的，沒有誤差累計。而在短的時間刻度裏，陀螺儀很準，因爲誤差累計的速度還是很慢的。但在長的時間刻度裏，陀螺儀就不準得離譜。在某些情況下，加速度傳感器可以用來校準陀螺儀，比如設備完全靜止的時候，和重力相關的方向上，就可以這樣做。那麼，什麼時候不行呢？回頭看我們剛纔放的那三個圖，其中yaw的示意圖
yaw角度的變化方向是垂直於重力方向的！所以，通過剛纔關於加速度的介紹我們知道，在這個垂直於重力的平面上，加速度傳感器就沒辦法幫陀螺儀了。
本質上，通過三維加速度傳感器+三維陀螺儀的合作，我們等同於擁有了一個六維的傳感器，但無處不在的誤差會讓這個六維傳感器偶爾感到無助。這時候，我們就需要另外的設備來幫忙做進一步的校正，這就是下面要介紹的電子羅盤。
4. 電子羅盤
電子羅盤，也稱磁力計，或者電子指南針，是繼加速度計之後，從09年開始井噴的一種傳感器。如果我沒記錯的話，最早集成這個傳感器的主流智能手機就是Google的G1，從這個意義上講，G1對於磁性傳感器市場的帶動作用，可能堪比iPhone對於加速度傳感器的意義。這玩意啥用處？顧名思義，就是告訴你南北極方向的。以前古老的那種指南針，或者叫平面羅盤，可以在你放平羅盤後告訴你南極北極在哪，這樣，你就知道了目前你的正前方在地球這個大平面座標軸上的角度了。當然，出於技術的限制，平面羅盤要求你保持水平，如果有傾斜就不準確了。後來出現的電子羅盤，很多是兩軸的，也就是說，等同於電子平面羅盤。在我記憶中，幾年前的openmoko手機就是集成的這種，所以有同樣的限制。現在高端智能手機裏面集成的都是三維電子羅盤，由於加入了傾角傳感器，可以對羅盤進行傾斜補償，這樣就克服了這個缺陷，可以輸出三維方向上的角度信息。
電子羅盤的原理也很簡單，就是我們物理都學過的霍爾效應。當電流通過一個位於磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產生一個橫向的洛倫茲力，電荷因此產生偏轉，偏轉的方向垂直於電流方向和磁場方向，而且正電荷和負電荷偏轉的方向相反，從而在導體的兩端產生電壓差。 這個電壓差也叫霍爾電壓，和兩個因素成比例：電流大小和磁場強度。當然這裏有一個要注意的問題，如果磁場的方向是和導體非垂直的話，實際作用的磁場實際上是原來磁場的一個矢量分量。如何知道這個磁場分量的角度呢？我們可以用兩個或者多個霍爾效應傳感器，相互垂直，這樣的話，磁場的方向就可以通過不同傳感器上霍爾電壓的比例值來求出，這個計算過程只需要知道基本的線性代數運算即可。當然，具體的計算中肯定有一些tricky的地方，不過不是關鍵點，所以這裏就暫時不介紹了。所以和陀螺儀不一樣的是，電子羅盤輸出的是角方向值，而陀螺儀輸出的是角方向的加速度。
所以大家應該都明白了，在電子羅盤的應用中，上述的磁場就是地球磁場，電子羅盤測量地球磁場的矢量值，然後再轉換並表示在系統座標中。在理想情況下，這樣測出來的方向值也是比較準確的，一旦我知道移動設備剛開始的方向值，就能通過之後電子羅盤的輸出，求出該設備接下來的一系列方向改變信息。
不幸的是，這個世界上的理想情況不存在。在我們經常使用移動設備的環境中，有時候會存在除了地球以外的別的，未被有效屏蔽的磁場，這個外加磁場會有很大可能干擾電子羅盤的讀書，而讓結果不可信。而且，如果移動設備周圍有金屬，一旦金屬被磁化，電子羅盤也會受很大的影響。
注：以上文章摘自：移動設備智能化的基石–從iPhone4的傳感器談起
理論很長。總結一下：目的在於告訴我們，iPhone設備中，集成了很多的傳感器。以及對每一種傳感器進行了分析說明。
看了上面的介紹，相信大家心裏面也都有了數。這些傳感器，各有神通，也各有缺陷，很多時候還真得相互配合來使用，才能達到預期的效果，真正準確檢測出設備主人的行動信息。這個協作的過程比較複雜。但是，我們很多情況下，不需要去了解太多細節，要不，就不用寫代碼了，直接去中科院搞飛機，衛星，導彈去了！爲什麼說，我們不需要明白關於加速度器和陀螺儀的太多的原理性的東西？因爲，底層的實現全部由CorMotion框架給你準備好了！我們只需要來使用框架提供的屬性方法，就可以得到我們想要的信息！
使用CorMotion框架
切回正題，來進行CorMotion框架的使用！
先貼：
self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
// 加速度器的檢測
if ([self.motionManager isAccelerometerAvailable]){
NSLog(@"Accelerometer is available.");
} else{
NSLog(@"Accelerometer is not available.");
}
if ([self.motionManager isAccelerometerActive]){
NSLog(@"Accelerometer is active.");
} else {
NSLog(@"Accelerometer is not active.");
}
// 陀螺儀的檢測
if([self.motionManager isGyroAvailable]){
NSLog(@"Gryro is available.");
} else {
NSLog(@"Gyro is not available.");
}
if ([self.motionManager isGyroActive]){
NSLog(@"Gryo is active.");
} else {
NSLog(@"Gryo is not active.");
}
說明：
1.對加速度器和陀螺儀相關的訪問，都被封裝在CoreMotion.framework框架下的CMMotionManager類中。我們通過使用類的方法，來得到我們想要的加速度數據和陀螺儀數據。
2. isAccelerometerAvailable方法用來查看加速度器是否可用。
3. isAccelerometerAvailable方法用來查看加速度器的狀態：是否Active（啓動）。
4.同理isGyroAvailable方法和isGyroActive方法用來檢測陀螺儀。
用來CMMotionManager獲取加速度的數據
說到獲取加速度器的數據。主要有兩種方式。
1.push方式
這種方式，是實時獲取到Accelerometer的數據，並且用相應的隊列來顯示。即主動。
貼：
// 加速度器的檢測
if ([self.motionManager isAccelerometerAvailable]){
NSLog(@"Accelerometer is available.");
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[self.motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue: queue
withHandler:^(CMAccelerometerData*accelerometerData, NSError *error) {
NSLog(@"X = %.04f, Y = %.04f, Z = %.04f",accelerometerData.acceleration.x, accelerometerData.acceleration.y, accelerometerData.acceleration.z);
}];
}
2.pull方式
就是獲取數據，如果要顯示，就要向Accelerometer來索要數據。即：被動的方式。
self.motionManager.accelerometerUpdateInterval = 0.01; // 告訴manager，更新頻率是100Hz
[self.motionManager startAccelerometerUpdates]; // 開始更新，後臺線程開始運行。
用來CMMotionManager獲取陀螺儀的數據
跟加速度器獲取數據類似，我們來獲取關於陀螺儀的數據
貼：
// 陀螺儀的檢測
if([self.motionManager isGyroAvailable]){
NSLog(@"Gryro is available.");
if ([self.motionManager isGyroActive] == NO){
[self.motionManager setGyroUpdateInterval:1.0f / 1.0f];
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[self.motionManager startGyroUpdatesToQueue:queue
withHandler:^(CMGyroData *gyroData, NSError *error) {
NSLog(@"Gyro Rotation x = %.04f", gyroData.rotationRate.x);
NSLog(@"Gyro Rotation y = %.04f", gyroData.rotationRate.y);
NSLog(@"Gyro Rotation z = %.04f", gyroData.rotationRate.z);
}];
}
}else {
NSLog(@"Gyro is not available.");
}
希望對你有所幫助！