标签: 计步器

现如今，很多现代人都非常注重自己的日常锻炼，计步作为一种有效记录监控锻炼的监控手段，被广泛应用在移动终端的应用中。 目前，大部分的计步都是通过GPS信号来测算运动距离，再反推行走步数实现的。这种方法很是有效，但在室内或没有GPS信号的设备上无法工作。同时，GPS精度对结果的干扰也比较大。 为避免上述问题的出现，我们可以考虑一种新的测步方法，即：通过设备上的加速度传感器来计算步数，在不支持GPS的设备上也可正常工作。还可以与GPS互相配合测步，这样可令使用场景变得多样。 1.先要摸清模型的特征 目前，大部分设备都提供了可以检测各个方向的加速度传感器。以iOS设备为例，我们利用了其三轴加速度传感器（x,y,z轴代表方向如图）的特性来分析。分别用以检测人步行中三个方向的加速度变化。 iOS设备的三轴加速度传感器示意图 用户在水平步行运动中，垂直和前进两个加速度会呈现周期性变化，如图所示。在步行收脚的动作中，由于重心向上单只脚触地，垂直方向加速度是呈正向增加的趋势，之后继续向前，重心下移两脚触底，加速度相反。水平加速度在收脚时减小，在迈步时增加。 反映到图表中，可以看到，在步行运动中，垂直和前进产生的加速度与时间大致为一个正弦曲线，而且在某点有一个峰值。其中，垂直方向的加速度变化最大，通过对轨迹的峰值进行检测计算和加速度阀值决策，即可实时计算用户运动的步数，还可依此进一步估算用户步行距离。 2.计步的合理算法 因为用户在运动中可能用手平持设备，或者将设备置于口袋中。所以，设备的放置方向不定。为此，通过计算三个加速度的矢量长度，我们可以获得一条步行运动的正弦曲线轨迹。 第二步是峰值检测，我们记录了上次矢量长度和运动方向，通过矢量长度的变化，可以判断目前加速度的方向，并和上一次保存的加速度方向进行比较。如果是相反的，即是刚过峰值状态，则进入计步逻辑进行计步，否则舍弃。通过对峰值的次数累加，可得到用户步行的步伐。 最后，就是去干扰。手持设备会有一些低幅度和快速的抽动状态，或是我们俗称的手抖，或者某个恶作剧用户想通过短时快速反复摇动设备来模拟人走路，这些干扰数据如果不剔除，会影响记步的准确值，对于这种干扰，我们可以通过给检测加上阀值和步频判断来过滤。 人体最快的跑步频率为5HZ，也就是说相邻两步的时间间隔的至少大于0.2秒，如图所示，我们设置了timespan在记步过程中我们过滤了高频噪声，即步频过快的情况。同时我们通过和上次加速度大小进行比较，设置设立一定的阀值Threshold来判断运动是否属于有效，有效运动才可进行记步。 3.关于计步器的扩展 以上是一个依靠加速度测算的计步器实现原理，已知步行和跑步的步伐经验值，那么稍微改进下即可变成一个测距测速计。 通过三轴加速度传感器，我们可以知道用户的运动状态。除了计步，还可以通过加速器的变化曲线判断用户摔倒状态，做成一个老人和儿童摔倒检测自动报警器。

  前言： 最近有不少客户在问我，加速度传感器在计步器中是如何用的，应该用什么样的加速度传感器。其实我是有 2 款产品可以推荐给客户。一款是 vti 的 cma3000 ，一款是 sca3060 ，具体选哪款，要根据算法和具体的需求来。下面就一些应用跟大家分享下！   关键词：三轴加速度传感器；计步器 / 步数仪   计步器或者步数仪 , 在现代通常是便携的 , 电子式或者机械式的 , 可以通过探测人的运动状况计算出人所走的步数 . 因为每个人的步幅是各不相同的 , 因此需要用户在一个标准的距离 ( 例如 1 喱或者 1 公里 为单位 ) 做一个校正 .   计步器最初用在对运动和身体健美的狂热追求者 . 现在则更广泛的作为日常锻炼测量和激励 . 通常将它戴在身上一整天 ,   它就可以记录出那天你一共走了多少步 ,, 然后距离 = 步长×步数 . 计步器存在这会作出错误记录的可能 , 例如 , 当弯腰系鞋带 ,   乘坐的一段时间交通工具等情况 , 各种计步器都在致力于研究如何能减少错误记录 . 目前计步器被集成到各种消费产品中 , 例如 , 音乐播放器 , 手机等 .     计步器中包括一个 MEMS 传感器和高级软件来计算步数 .MEMS 传感器是 1,2 或者 3 轴加速度传感器 , 使用 MEMS 传感器可以更准确的计算步数减少错误 . 软件是用来解释传感器输出和 " 搞清楚步数 ".     人在行走或者跑步过程中 , 速度和时间轴大致成为一个正旋波 , 利用加速度传感器检测运动的加速度 , 可计算出走了多少 步 , 可根据步幅估算距离 .         三轴加速度传感器     SCA3060 是低功率高性能的加速度传感器     1. 供电电压： 2.35V － 2.7V ，数字 I/O 电压： 1.7V － 2.7V     2. 测量范围：± 2g     3. 分辨率 :11 位 (2mg/0.1 ° ),9 位 (8mg/0.45 ° )     4. 接口 :SPI,I2C     5. 低功率 ( 标准 500 μ A,2.5V ）     6. 内置温度传感器输出     7. 内置缓存器存储每轴 64 次采样存储 50% 或 75% 中断信号输出，卓越的系统省电功能     8. 运动和自由落体 ( 坠落 ) 探测触发中断信号输出     9. 尺寸 :7 × 7 × 1.8mm     10. 改进的电容 3D － MEMS 技术     11. 高抗震性     12. 遵循 ROHS/ 无铅焊接 3060 资料下载