文档介绍：步器处于未知方向,因此测量精度不应严重依赖于运动轴与加速
利用 3 轴数字加速度计度计测量轴之间的关系。
实现功能全面的计步器
设计
作者:Neil Zhao
简介
计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度监控器,可以激励人们挑
战自己,增强体质,帮助瘦身。早期设计利用加重的机械开关检
测步伐,并带有一个简单的计数器。晃动这些装置时,可以听到
有一个金属球来回滑动,或者一个摆锤左右摆动敲击挡块。图 1. 各轴的定义
如今,先进的计步器利用MEMS(微机电系统)惯性传感器和复让我们考虑步行的特性。图 2 描绘了一个步伐,我们将其定义为
杂的软件来精确检测真实的步伐。MEMS惯性传感器可以更准确单位步行周期,图中显示了步行周期各阶段与竖向和前向加速度
地检测步伐,误检率更低。MEMS惯性传感器具有低成本、小尺变化之间的关系。
寸和低功耗的特点,因此越来越多的便携式消费电子设备开始集
图 3 显示了与一名跑步者的竖向、前向和侧向加速度相对应的 x、
成计步器功能,如音乐播放器和手机等。ADI公司的 3 轴加速度
y 和 z 轴测量结果的典型图样。无论如何穿戴计步器,总有至少
计ADXL335、ADXL345和ADXL346小巧纤薄,功耗极低,非常
一个轴具有相对较大的周期性加速度变化,因此峰值检测和针对
适合这种应用。
所有三个轴上的加速度的动态阈值决策算法对于检测单位步行
本文以对步伐特征的研究为基础,描述一个采用 3 轴加速度计或跑步周期至关重要。
ADXL345 的全功能计步器参考设计,它能辨别并计数步伐,测
量距离、速度甚至所消耗的卡路里。
ADXL345 专有的(正在申请专利)片内 32 级先进先出(FIFO)
缓冲器可以存储数据,并执行计步器应用的相关操作,从而最大
程度地减少主处理器干预,为便携式设备节省宝贵的系统功率。
其 13 位分辨率(4 mg/LSB)甚至允许计步器以合理的精度测量超
低速步行(每步加速度变化约 55 mg)。
了解模型
在可用于分析跑步或步行的特征当中,我们选择“加速度”作为
相关参数。个体(及其相关轴)的运动包括三个分量,分别是前
向(“滚动”)、竖向(“偏航”)和侧向(“俯仰”),如图
1 所示。ADXL345 检测其三个轴——x、y 和 z 上的加速度。计图 3. 从一名跑步者测得的 x、y 和 z 轴加速度的典型图样

图 2. 步行阶段与加速度模式

Analog Dialogue 44-06, June (2010) logdialogue 1
算法由于此阈值每 50 次采样更新一次,因此它是动态的。这种选择
步伐参数具有自适应性,并且足够快。除动态阈值外,还利用动态精度来
执行进一步滤波,如图 6 所示。
数字滤波器:首先,为使图 3 所示的信号波形变得平滑,需要一
个数字滤波器。可以使用四个寄存器和一个求和单元,如图 4 所利用一个线性移位寄存器和动态阈值判断个体是否有效地迈出
示。当然,可以使用更多寄存器以使加速度数据更加平滑,但响一步。该线性移位寄存器含有 2 个寄存器:sample_new 寄存器
应时间会变慢。和 sample_old 寄存器。这些寄存器中的数据分别称为 sample_new