采用3軸加速度計ADXL345的全功能計步器方案設(shè)計
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/160507.htm
動態(tài)閾值和動態(tài)精度:系統(tǒng)持續(xù)更新3軸加速度的最大值和最小值,每采樣50次更新一次。平均值(Max + Min)/2稱為“動態(tài)閾值”。接下來的50次采樣利用此閾值判斷個體是否邁出步伐。由于此閾值每50次采樣更新一次,因此它是動態(tài)的。這種選擇具有自適應(yīng)性,并且足夠快。除動態(tài)閾值外,還利用動態(tài)精度來執(zhí)行進(jìn)一步濾波,如圖6所示。
圖6. 動態(tài)閾值和動態(tài)精度
利用一個線性移位寄存器和動態(tài)閾值判斷個體是否有效地邁出一步。該線性移位寄存器含有2個寄存器:sample_new寄存器和sample_old寄存器。這些寄存器中的數(shù)據(jù)分別稱為sample_new和sample_old。當(dāng)新采樣數(shù)據(jù)到來時,sample_new無條件移入sample_old寄存器。然而,sample_result是否移入sample_new寄存器取決于下述條件:如果加速度變化大于預(yù)定義精度,則最新的采樣結(jié)果sample_result移入sample_new寄存器,否則sample_new寄存器保持不變。因此,移位寄存器組可以消除高頻噪聲,從而保證結(jié)果更加精確。
步伐邁出的條件定義為:當(dāng)加速度曲線跨過動態(tài)閾值下方時,加速度曲線的斜率為負(fù)值(sample_new sample_old)。 .
峰值檢測:步伐計數(shù)器根據(jù)x、y、z三軸中加速度變化最大的一個軸計算步數(shù)。如果加速度變化太小,步伐計數(shù)器將忽略。
步伐計數(shù)器利用此算法可以很好地工作,但有時顯得太敏感。當(dāng)計步器因為步行或跑步之外的原因而非常迅速或非常緩慢地振動時,步伐計數(shù)器也會認(rèn)為它是步伐。為了找到真正的有節(jié)奏的步伐,必須排除這種無效振動。利用“時間窗口”和“計數(shù)規(guī)則”可以解決這個問題。
“時間窗口”用于排除無效振動。假設(shè)人們最快的跑步速度為每秒5步,最慢的步行速度為每2秒1步。這樣,兩個有效步伐的時間間隔在時間窗口[0.2 s - 2.0 s]之內(nèi),時間間隔超出該時間窗口的所有步伐都應(yīng)被排除。
ADXL345的用戶可選輸出數(shù)據(jù)速率特性有助于實現(xiàn)時間窗口。表1列出了TA = 25°C, VS = 2.5 V, and VDD I/O = 1.8 V時的可配置數(shù)據(jù)速率(以及功耗)。
表1. 數(shù)據(jù)速率和功耗
輸出數(shù)據(jù) 速率 (Hz) | 帶寬 (Hz) | 速率 代碼 | IDD (µA) |
3200 | 1600 | 1111 | 146 |
1600 | 800 | 1110 | 100 |
800 | 400 | 1101 | 145 |
400 | 200 | 1100 | 145 |
200 | 100 | 1011 | 145 |
100 | 50 | 1010 | 145 |
50 | 25 | 1001 | 100 |
25 | 12.5 | 1000 | 65 |
12.5 | 6.25 | 0111 | 55 |
6.25 | 3.125 | 0110 | 40 |
此算法使用50 Hz數(shù)據(jù)速率(20 ms)。采用interval的寄存器記錄兩步之間的數(shù)據(jù)更新次數(shù)。如果間隔值在10與100之間,則說明兩步之間的時間在有效窗口之內(nèi);否則,時間間隔在時間窗口之外,步伐無效。
“計數(shù)規(guī)則” 用于確定步伐是否是一個節(jié)奏模式的一部分。步伐計數(shù)器有兩個工作狀態(tài):搜索規(guī)則和確認(rèn)規(guī)則。步伐計數(shù)器以搜索規(guī)則模式開始工作。假設(shè)經(jīng)過四個連續(xù)有效步伐之后,發(fā)現(xiàn)存在某種規(guī)則(in regulation),那么步伐計數(shù)器就會刷新和顯示結(jié)果,并進(jìn)入“確認(rèn)規(guī)則”工作模式。在這種模式下工作時,每經(jīng)過一個有效步伐,步伐計數(shù)器就會更新一次。但是,如果發(fā)現(xiàn)哪怕一個無效步伐,步伐計數(shù)器就會返回搜索規(guī)則模式,重新搜索四個連續(xù)有效步伐。
圖7顯示了步伐參數(shù)的算法流程圖。
圖7. 步伐參數(shù)算法流程圖
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