基于3軸加速度計(jì)ADXL345的全功能計(jì)步器設(shè)計(jì)

簡介
計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開關(guān)檢測步伐，并帶有一個(gè)簡單的計(jì)數(shù)器?；蝿?dòng)這些裝置時(shí)，可以聽到有一個(gè)金屬球來回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。

如今，先進(jìn)的計(jì)步器利用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）慣性傳感器和復(fù)雜的軟件來精確檢測真實(shí)的步伐。MEMS慣性傳感器可以更準(zhǔn)確地檢測步伐，誤檢率更低。MEMS慣性傳感器具有低成本、小尺寸和低功耗的特點(diǎn)，因此越來越多的便攜式消費(fèi)電子設(shè)備開始集成計(jì)步器功能，如音樂播放器和手機(jī)等。ADI公司的3軸加速度計(jì)ADXL335, ADXL345和 ADXL346小巧纖薄，功耗極低，非常適合這種應(yīng)用。

本文以對步伐特征的研究為基礎(chǔ)，描述一個(gè)采用3軸

圖1. 各軸的定義

讓我們考慮步行的特性。圖2描繪了一個(gè)步伐，我們將其定義為單位步行周期，圖中顯示了步行周期各階段與豎向和前向加速度變化之間的關(guān)系。

圖2. 步行階段與加速度模式

圖3顯示了與一名跑步者的豎向、前向和側(cè)向加速度相對應(yīng)的x、y和z軸測量結(jié)果的典型圖樣。無論如何穿戴計(jì)步器，總有至少一個(gè)軸具有相對較大的周期性加速度變化，因此峰值檢測和針對所有三個(gè)軸上的加速度的動(dòng)態(tài)閾值決策算法對于檢測單位步行或跑步周期至關(guān)重要。

圖3. 從一名跑步者測得的x、y和z軸加速度的典型圖樣

算法
步伐參數(shù)
數(shù)字濾波器：首先，為使圖3所示的信號波形變得平滑，需要一個(gè)數(shù)字濾波器?？梢允褂盟膫€(gè)寄存器和一個(gè)求和單元，如圖4所示。當(dāng)然，可以使用更多寄存器以使加速度數(shù)據(jù)更加平滑，但響應(yīng)時(shí)間會變慢。

圖4. 數(shù)字濾波器

圖5顯示了來自一名步行者所戴計(jì)步器的最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)。對于跑步者，峰峰值會更高。

圖5. 最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)