中國傳媒大學 喻 進 駱新全

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Android平臺電子電路實驗教學應用的開發(fā)

中國傳媒大學 喻 進 駱新全

【摘要】為了使學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應用。該應用借助Android中繪圖、觸控的應用程序接口，設計了移動終端上的電子電路技術實驗練習模塊，提高了教學輔助系統(tǒng)的交互體驗，突顯出這種移動終端應用所具有的可用性和有效性。

【關鍵詞】電子電路；Android；實驗教學

1　概述與現狀

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

當前在Android應用市場上相對成熟的應用有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用，為設計開發(fā)適合國內教學特點的應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應用，以此作為傳統(tǒng)教學輔助系統(tǒng)的補充，能使學生在課下隨時隨地復習和掌握有關電子電路的相關技能，從而提高電子電路實驗的教學效果。

2　應用總體設計

圖2-1　應用結構示意

2.1設計思路

電子電路實驗按照類別的不同，設計成LineActivity、MoveActivity和FlipActivity三種模式。應用中所設計的活動類、基類等組件的結構示意如圖2-1所示。

應用所包含的活動類分別要完成三類實驗模式，只要是符合某個模式的實驗內容，都可以在對應活動類中完成初始化。在LineActivity中，學生根據實驗要求連接電路，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的基礎上設計的FlipActivity，允許學生旋轉元件以完成電路。

結構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則負責顯示實驗列表并提供啟動相應活動類的入口。

2.2模塊流程圖

結構示意圖中，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果并顯示正確答案。

圖2-2　活動類設計的流程圖

3　電子電路實驗的實現

電子電路實驗有以下幾個關鍵問題，下面列出相應解決方案及其代碼片段。

3.1LineActivity的觸摸響應邏輯

LineActivity的功能是學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是觸摸事件和相應判斷邏輯關系的示意。

圖3-1　LineActivity觸摸響應邏輯示意

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用這個方法，若連線成功，則調用視圖類（View）的postInvalidate()方法刷新界面，重繪時調用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的方法，只要在Activity的onTouchEvent()方法中獲取觸摸點坐標，并調用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坐標值，水平方向與之類似。

代碼片段：

3.2MoveActivity的觸摸響應邏輯

MoveActivity的功能是學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系的示意。

圖3-2　MoveActivity觸摸響應邏輯示意

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在目標范圍內。

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，那么當前的對象應該回到初始位置，而直接設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的觸摸響應邏輯

此活動類在MoveActivity的基礎上，能讓學生先旋轉元件，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是觸摸事件和旋轉動畫之間關系的示意。

圖3-3　FlipActivity觸摸響應邏輯示意

3.3.1實現元件在觸摸后旋轉

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

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

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)聽器類對象負責處理旋轉事務，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置旋轉動畫。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邏輯

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

為解決這一沖突問題，將被旋轉分配到ACTION_UP事件中，這樣輕點元件并抬起只響應旋轉，按住元件并移動則響應拖動。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了90度。

判斷豎直狀態(tài)的邏輯比較簡單，對每個元件設置一個整型flipNum值，也就是旋轉次數，初始化為零。對于各個元件，每旋轉一次flipNum自增1，判斷時為flipNum對2取余，也就是說，旋轉次數為偶數便會彈出提示。至于拖動以分配到不同的結果時，亦是對旋轉次數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

4.1運行效果示意

下面是應用內包含的實驗內容及其對應的活動類。

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，旋轉元件填充電路

4.2總結與展望

本文描述了在基于Android系統(tǒng)的移動終端上實現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，結合電子電路實驗課的實際，解決了包括繪圖、觸摸響應邏輯等問題。不過，本研究的實際效果還略顯粗糙，在業(yè)務邏輯和技術實現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平臺上服務于教育教學的應用仍相對匱乏。相信隨著應用市場的逐漸成熟，創(chuàng)新的實踐方法被不斷擴充，更加豐富優(yōu)質的實驗教學類應用將供高校師生使用。

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