中國傳媒大學(xué) 喻 進 駱新全

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Android平臺電子電路實驗教學(xué)應(yīng)用的開發(fā)

中國傳媒大學(xué) 喻 進 駱新全

【摘要】為了使學(xué)生及時掌握電子電路實驗的操作，提出了Android平臺的電子電路實驗教學(xué)應(yīng)用。該應(yīng)用借助Android中繪圖、觸控的應(yīng)用程序接口，設(shè)計了移動終端上的電子電路技術(shù)實驗練習(xí)模塊，提高了教學(xué)輔助系統(tǒng)的交互體驗，突顯出這種移動終端應(yīng)用所具有的可用性和有效性。

【關(guān)鍵詞】電子電路；Android；實驗教學(xué)

1　概述與現(xiàn)狀

電子電路實驗課是通信電子類專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分。通過在實驗室操作真實儀器和電路，學(xué)生完成各種類型的實驗任務(wù)?；趥鹘y(tǒng)臺式機的教學(xué)輔助系統(tǒng)可供學(xué)生完成各類電子電路的實驗練習(xí)，表達輸出測試結(jié)果。然而隨著個人移動終端的普及，受到體積的限制，傳統(tǒng)的教學(xué)輔助系統(tǒng)無法滿足移動場景下的需求。

當前在Android應(yīng)用市場上相對成熟的應(yīng)用有Circuit Jam和EveryCricuit。Circuit Jam將若干電路由易到難排列，用戶需要操作電路圖來配合當前顯示的波形，過程中電路復(fù)雜度不斷增長，用戶也會對電路有更深刻的了解。EveryCricuit則允許用戶查看經(jīng)典的電路圖，并可創(chuàng)建自己的電路，觀看動態(tài)的電流、電壓動畫，這為用戶深入認識電路及其工作方式提供了很強的靈活性。

國外成熟的電子電路實驗應(yīng)用，為設(shè)計開發(fā)適合國內(nèi)教學(xué)特點的應(yīng)用提供了有益的參考。針對以上分析，本文提出了Android平臺的電子電路實驗教學(xué)應(yīng)用，以此作為傳統(tǒng)教學(xué)輔助系統(tǒng)的補充，能使學(xué)生在課下隨時隨地復(fù)習(xí)和掌握有關(guān)電子電路的相關(guān)技能，從而提高電子電路實驗的教學(xué)效果。

2　應(yīng)用總體設(shè)計

圖2-1　應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意

2.1設(shè)計思路

電子電路實驗按照類別的不同，設(shè)計成LineActivity、MoveActivity和FlipActivity三種模式。應(yīng)用中所設(shè)計的活動類、基類等組件的結(jié)構(gòu)示意如圖2-1所示。

應(yīng)用所包含的活動類分別要完成三類實驗?zāi)Ｊ?，只要是符合某個模式的實驗內(nèi)容，都可以在對應(yīng)活動類中完成初始化。在LineActivity中，學(xué)生根據(jù)實驗要求連接電路，輕點測量表筆和電路節(jié)點，由此生成若干電路連線，且可劃斷某個連線；而在MoveActivity中，學(xué)生選擇元件或儀器，拖拽它們到指定電路的空缺處；在MoveActivity的基礎(chǔ)上設(shè)計的FlipActivity，允許學(xué)生旋轉(zhuǎn)元件以完成電路。

結(jié)構(gòu)示意圖下部分的兩個基類，即代表電路圖層對象和節(jié)點對象，它們分別定義了電路圖層對象和節(jié)點對象的坐標、寬和高、移動方法、位置方法、碰撞檢測方法、是否可見方法以及繪制方法等，方便對實驗界面里的電路圖層和節(jié)點進行控制。

列表活動類ListActivity則負責(zé)顯示實驗列表并提供啟動相應(yīng)活動類的入口。

2.2模塊流程圖

結(jié)構(gòu)示意圖中，各活動類涉及的模塊流程圖如圖2-2所示。

各個活動類負責(zé)處理如點按、拖拽這樣的觸摸事件。從模塊流程圖可看出，模塊的核心是不斷的繪圖和刷新界面，而判斷正誤的規(guī)則寫入各個實驗中，提交后便可見到判定結(jié)果并顯示正確答案。

圖2-2　活動類設(shè)計的流程圖

3　電子電路實驗的實現(xiàn)

電子電路實驗有以下幾個關(guān)鍵問題，下面列出相應(yīng)解決方案及其代碼片段。

3.1LineActivity的觸摸響應(yīng)邏輯

LineActivity的功能是學(xué)生可以通過點擊儀器的測量表筆和電路節(jié)點完成儀器和電路的連接，并且可以劃斷電路連線以重新連線。圖3-1是觸摸事件和相應(yīng)判斷邏輯關(guān)系的示意。

圖3-1　LineActivity觸摸響應(yīng)邏輯示意

3.1.1連接測量表筆和節(jié)點

在Activity里定義了判斷是否連線成功的方法line()，節(jié)點被判斷為點擊之后調(diào)用這個方法，若連線成功，則調(diào)用視圖類（View）的postInvalidate()方法刷新界面，重繪時調(diào)用Canvas類的drawLine()方法繪制直線。

代碼片段：

3.1.2劃斷電路間的連線

在節(jié)點類CircuitPoint里定義了判斷觸摸點是否劃過電路連線坐標范圍內(nèi)的方法，只要在Activity的onTouchEvent()方法中獲取觸摸點坐標，并調(diào)用isCut()方法就能判斷連線是否被切斷。若被切斷，則在該連線坐標范圍繪制一條與畫布背景顏色相同的直線。下面片段是連線為豎直方向的方法，即比較觸摸點與連線的對應(yīng)坐標值，水平方向與之類似。

代碼片段：

3.2MoveActivity的觸摸響應(yīng)邏輯

MoveActivity的功能是學(xué)生可以通過拖動元件或儀器至目標框中完成選擇，若未完成選擇，元件或儀器自動回到原位置。圖3-2是觸摸事件和屬性動畫之間關(guān)系的示意。

圖3-2　MoveActivity觸摸響應(yīng)邏輯示意

3.2.1對象與目標的碰撞檢測

在CircuitPart里定義判斷是否拖拽成功的方法crash()，該方法通過對觸摸點離開屏幕時圖片的位置和目標框進行坐標比較，從而判斷對象是否已經(jīng)在目標范圍內(nèi)。

代碼片段：

3.2.2借助屬性動畫處理取消事件

用戶拖拽某個對象中途要放棄而選擇另一個，那么當前的對象應(yīng)該回到初始位置，而直接設(shè)置界面上會有明顯的閃爍，可以借助屬性動畫改善。屬性動畫可以在指定時間內(nèi)改變一個對象的屬性。下面的例子指定的動畫屬性為對象在屏幕上的橫縱坐標，animator對象會計算出圖片當前位置到原來位置的距離，然后執(zhí)行動畫便可。

代碼片段：

3.3FlipActivity的觸摸響應(yīng)邏輯

此活動類在MoveActivity的基礎(chǔ)上，能讓學(xué)生先旋轉(zhuǎn)元件，再點按元件拖動到指定位置以完成選擇。對于二極管等具有方向性的元件，該活動類增強了實驗的可操作性。圖3-3是觸摸事件和旋轉(zhuǎn)動畫之間關(guān)系的示意。

圖3-3　FlipActivity觸摸響應(yīng)邏輯示意

3.3.1實現(xiàn)元件在觸摸后旋轉(zhuǎn)

在應(yīng)用中，元件的實質(zhì)是Bitmap類對象，可以使用矩陣類Matrix的postRotate方法對其執(zhí)行旋轉(zhuǎn)操作，把旋轉(zhuǎn)后的Bitmap返回給自身。不過這種方法使得旋轉(zhuǎn)在調(diào)用的時候已經(jīng)發(fā)生，看起來會比較生硬，缺乏靈活性。

為了讓旋轉(zhuǎn)在特定時間內(nèi)發(fā)生，自定義一個旋轉(zhuǎn)動畫監(jiān)聽器類，用以實現(xiàn)ValueAnimator類的監(jiān)聽器接口，把旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)軸坐標值作為參數(shù)供其計算屬性值。

代碼片段：

private class rotateAnimatorListener implements ValueAnimator. AnimatorUpdateListener {... public rotateAnimatorListener (Matrix matrix, int id) {...}

@Override

public void onAnimationUpdate (ValueAnimator animation) {

float degree = (Float) animation.getAnimatedValue("rotation"); ... tMatrix.postRotate(degree, pivotX, pivotY); ... } }

監(jiān)聽器類對象負責(zé)處理旋轉(zhuǎn)事務(wù)，可以為屬性動畫對象指定一個該類對象，由于setRotateAnimation傳入的參數(shù)中包含元件所代表的矩陣，因此可對任意指定的元件對象設(shè)置旋轉(zhuǎn)動畫。其后，可以為屬性動畫對象指定持續(xù)時間并令其觸發(fā)。

3.3.2分配不同的觸摸響應(yīng)邏輯

在此活動類中，元件有被旋轉(zhuǎn)和被拖動兩種狀態(tài)；被拖動如同MoveActivity分配到ACTION_MOVE事件中，而被旋轉(zhuǎn)則分配到ACTION_UP,即手指在屏幕上抬起。元件被旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)之所以不分配到ACTION_DOWN，主要是由于ACTION_MOVE事件起始于ACTION_DOWN，如果旋轉(zhuǎn)狀態(tài)分配到ACTION_DOWN，將會出現(xiàn)在一個手勢中旋轉(zhuǎn)并拖動的現(xiàn)象。

為解決這一沖突問題，將被旋轉(zhuǎn)分配到ACTION_UP事件中，這樣輕點元件并抬起只響應(yīng)旋轉(zhuǎn)，按住元件并移動則響應(yīng)拖動。另外在ACTION_MOVE事件中，還要判斷元件是否處于豎直狀態(tài)，若沒有，則彈出相應(yīng)提示對話框。

代碼片段：

if (circuitParts.get(0).isInPart(eventX, eventY)) { ...

setRotateAnimation(90, circuitParts.get(0).getX() + circuitParts. get(0).partWidth / 2,

circuitParts.get(0).getY() + circuitParts.get(0).partHeight / 2,

circuitParts.get(0).partMatrix, ); ... }

上面的代碼展示了在ACTION_UP事件中，輕點二極管元件并抬起，使得二極管繞自身中心旋轉(zhuǎn)了90度。

判斷豎直狀態(tài)的邏輯比較簡單，對每個元件設(shè)置一個整型flipNum值，也就是旋轉(zhuǎn)次數(shù)，初始化為零。對于各個元件，每旋轉(zhuǎn)一次flipNum自增1，判斷時為flipNum對2取余，也就是說，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為偶數(shù)便會彈出提示。至于拖動以分配到不同的結(jié)果時，亦是對旋轉(zhuǎn)次數(shù)取余的方法來判斷當前選擇元件的狀態(tài)。

4　運行效果與總結(jié)

4.1運行效果示意

下面是應(yīng)用內(nèi)包含的實驗內(nèi)容及其對應(yīng)的活動類。

電子電路實驗中，連線的實驗如圖4-1所示。在此劃斷了一根連線，并把萬用表的表筆和劃去后的節(jié)點連接了起來。

電子電路實驗中，旋轉(zhuǎn)元件并拖動來填充電路的實驗如圖4-2所示。在此先輕點二極管使其為豎直方向，再將它點按拖動了虛線框里，從而完成電路填充。

圖4　1LineActivity實例，萬用表測量電流，劃斷電路以連線

圖4-2　FlipActivity實例，二極管基本電路，旋轉(zhuǎn)元件填充電路

4.2總結(jié)與展望

本文描述了在基于Android系統(tǒng)的移動終端上實現(xiàn)電子電路實驗的方法和過程，充分運用Android SDK中的組件和方法，結(jié)合電子電路實驗課的實際，解決了包括繪圖、觸摸響應(yīng)邏輯等問題。不過，本研究的實際效果還略顯粗糙，在業(yè)務(wù)邏輯和技術(shù)實現(xiàn)上還有進一步改良的空間。

個人移動終端的繁榮為移動開發(fā)者提供了廣闊的平臺，而在Android平臺上服務(wù)于教育教學(xué)的應(yīng)用仍相對匱乏。相信隨著應(yīng)用市場的逐漸成熟，創(chuàng)新的實踐方法被不斷擴充，更加豐富優(yōu)質(zhì)的實驗教學(xué)類應(yīng)用將供高校師生使用。

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