1. Wear OS传感器应用工程导论
Wear OS 是 Google 面向智能手表等可穿戴设备推出的操作系统平台，它并不是把手机 Android 简单缩小后塞进表壳，而是围绕“贴身佩戴、屏幕小、电池小、交互短促”重新组织的一套运行环境。理解这一点，是学习传感器应用工程的前提：手表上的加速度计、陀螺仪、心率传感器、气压计、环境光传感器等，并不是孤立外设，而是通过 Wear OS 的分层架构被应用层以统一 API 访问，同时受到功耗、采样率、后台限制和传感器权限的约束。
Wear OS 平台架构：从硬件到应用的四层视角
从工程视角看，Wear OS 可以拆成四层。最底层是硬件与传感器子系统，包括 SoC、传感器集线器（sensor hub）、各物理传感器和显示/触控模块。传感器集线器很关键：它是一颗低功耗协处理器，可以在主 CPU 休眠时持续采集加速度、步数等数据，从而避免主处理器频繁唤醒。第二层是系统服务与 HAL，传感器服务负责管理传感器列表、采样率、批处理（batching）和唤醒策略，并通过 HAL 与具体硬件驱动对接。第三层是框架与 API，向应用暴露 SensorManager、Sensor、SensorEvent、SensorEventListener 等接口，以及 Health Services 等更高层健康数据接口。最上层是应用与表盘，包括前台应用、后台服务、Tile、Complication 和 Watch Face。
需要特别注意的是，Wear OS 对后台执行有严格限制。普通后台服务不能长期运行，长时间采集通常要借助前台服务（Foreground Service）并显示常驻通知，或使用 WorkManager、Health Services 的被动数据订阅。传感器采样率也不是越高越好：SENSOR_DELAY_GAME 约 20ms 一次，SENSOR_DELAY_UI 约 60ms，SENSOR_DELAY_NORMAL 约 200ms，而 SENSOR_DELAY_FASTEST 则尽可能快。采样率越高，功耗和发热越明显，因此工程上要在“数据质量”和“续航”之间做权衡。
传感器在可穿戴设备中的角色
在手表上，传感器承担三类角色。第一类是“运动与姿态感知”，加速度计和陀螺仪组合可以判断抬腕、计步、识别手势和运动状态；第二类是“生理与健康监测”，PPG 心率传感器、血氧传感器、皮肤温度传感器用于连续或间歇采集体征数据；第三类是“环境与交互辅助”，气压计用于海拔和楼层判断，环境光传感器用于自动亮度调节，磁力计用于指南针。与手机不同，手表传感器更强调“贴身、连续、低功耗”，因此很多采集任务需要交给传感器集线器或 Health Services 在后台完成。
以计步为例，应用并不需要自己从原始加速度里做峰值检测，Wear OS 通常提供 TYPE_STEP_COUNTER 和 TYPE_STEP_DETECTOR。TYPE_STEP_COUNTER 返回自开机以来的累计步数，适合做日步数统计；TYPE_STEP_DETECTOR 每检测到一步就触发一次事件，适合做实时反馈。若要做更复杂的动作识别，才需要读取 TYPE_ACCELEROMETER 原始数据并自行做滤波和特征提取。这里有一个工程判断：能用系统高层传感器解决的，优先用高层传感器，因为它们在底层已经做了功耗优化和算法处理。
课程项目目标与开发环境搭建
本课程最终要完成一个可运行的 Wear OS 传感器应用：在手表上采集加速度、心率和步数，做简单的实时状态判断，并把结果通过 Tile 或表盘展示出来。为了达到这个目标，需要先搭好开发环境。推荐使用 Android Studio 最新稳定版，安装 Wear OS 系统镜像和对应 SDK。创建项目时选择 “Wear OS” 模板，最小 SDK 建议设为 API 30（Wear OS 3）或更高，以便使用较新的 Health Services 和前台服务 API。
环境搭建的关键步骤包括：在 SDK Manager 中安装 Wear OS API 级别、创建 Wear OS 模拟器或配对真机、开启手表开发者选项与 ADB 调试。真机调试时，手表和电脑需要在同一网络，或通过蓝牙配对；模拟器则可以直接用 Android Studio 的 Wear OS 虚拟设备。下面给出一个典型的项目依赖配置示例，用于后续章节的传感器采集与健康数据访问：
// build.gradle (Module: app)
android {
compileSdk 34
defaultConfig {
minSdk 30
targetSdk 34
}
}
dependencies {
// Wear OS 基础库
implementation "androidx.wear:wear:1.3.0"
// Health Services（心率、步数等）
implementation "androidx.health:health-services-client:1.1.0-alpha03"
// 协程与生命周期
implementation "org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.7.3"
implementation "androidx.lifecycle:lifecycle-runtime-ktx:2.7.0"
}权限方面，读取心率通常需要 BODY_SENSORS，读取步数需要 ACTIVITY_RECOGNITION，前台服务需要 FOREGROUND_SERVICE 和 FOREGROUND_SERVICE_HEALTH。注意 Wear OS 对权限的运行时申请和手机类似，但用户授权界面更小，因此要在申请前给出清晰说明。开发环境验证的标准很简单：能通过 ADB 连接设备，能安装并启动一个空白 Wear OS 应用，能在 Logcat 中看到传感器列表输出。完成这一步，后续的传感器采集、数据处理和界面展示才有稳定的运行基础。