基于单片机的计步器设计及实现
摘要: 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。
计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。与传统的机械式传感器不同，ADXL345是电容式三轴传感器，由它捕获人体运动时加速度信号，更加准确。信号通过低通滤波器滤波，由单片机内置A／D转换器对信号进行采样、A／D转换。软件采用自适应算法实现计步功能，减少误计数，更加精确。单片机STC89C51控制液晶显示计步状态。整机工作电流只有1-1.5mA，实现超低功耗。
关键字：计步器;加速度传感器;ADXL345;低功耗
Design and realization of pedometer-based microcontrollers
Abstract：Pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. Early designs used a weighted mechanical switch detects the pace, and with a simple counter. When shaking the device, you can hear a metal ball to slide back and forth, left and right, or a pendulum swinging percussion stopper.
Pedometer function can calculate the movement of people to analyze the situation of human health. And the movement of people can be analyzed by many features. With the traditional mechanical sensors differ, ADXL345 three-axis sensor is a capacitive acceleration signal by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller built-in A / D converter for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C51 SCM control LCD pedometer state. Machine operating current of only 1-1.5mA, ultra-low power consumption.
Key Words: pedometer; Acceleration sensor; ADXL345; low power consumption
目录
1绪论 (1)
1.1论文研究的背景、目的及意义 (1)
1.2国内外研究现状 (1)
1.3本文研究的内容 (2)
2方案设计及选择 (2)
2.1设计要求 (2)
2.2传感器的选择 (2)
2.3 MCU微处理器的选择 (4)
2.4系统的总体设计 (4)
3系统的硬件设计 (5)
3.1微处理器电路模块 (5)
3.2计步器传感器采集模块 (6)
3.3显示模块 (9)
4软件设计 (11)
4.1软件流程图 (11)
4.2计步器算法的实现 (11)
5测试及分析 (16)
5.1系统调试及功能 (16)
5.2系统的测试 (16)
6总结 (18)
[参考文献] (19)
附录1 (20)
附录2 (20)
总结 (36)
III
1绪论
1.1论文研究的背景、目的及意义
随着社会的发展，人们的物质生活水平日渐提高，人们也越来越关注自己的健康。计步器作为一种测量仪器，可以计算行走的步数和消耗的能量，所以人们可以定量的制定运动方案来健身，并根据运行情况来分析人体的健康状况，因而越发流行。手持式的电子计步器是适应市场需求的设计，使用起来简单方便。
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。电子计步器主要组成部分是振动传感器和电子计数器。步行的时候人的重心会上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最为适宜。所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作，由电子计数器完成了主要的记录与显示功能，其他的属于热量消耗，路程换算均由电路完成。计步器中一般采用一种加速度计来感受外界的震动。常用的加速度计原理如下：在一段塑料管中密封着一小块磁铁，管外缠绕着线圈，当塑料管运动时，磁铁由于惯性在管中反向运动，切割线圈，由于电磁感应，线圈中产生电流，人体运动时，上下起伏的加速度近似为正弦过程，线圈的输出电流也是正弦波，测量正弦波的频率就可以得出运动的步数，再计算的出速度，距离，和消耗卡路里。
1.2国内外研究现状
计步器最早是由意大利的伦纳德·达芬奇酝酿的，但现存的最早的计步器是在达芬奇之后150年，即德国1667年制作的。日本最早的计步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。在中世纪和近代，计步器并未被广泛使用，因为人们并不清楚它的用途。这说明机器的发明(硬件)不及找到它对人类的用途(软件)重要。在日本，计步器已经使用了40多年，主要用于体育运动和分析记录行走步调。1965年，计步器正式进入日本商用市场，并被命名为manpo-meter （manpo的日语含义是10000步）。这是的计步器通常利用摆钟原理作为记步技
术，利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器。如果晃动这些装置，就可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个摆钟左右摆动敲响当块。这种机械式的计步器早已淡出历史，取而代之的是电子式的计步器。
1.3本文研究的内容
本文是一个基于STC89C51低速单片机，结合ADXL345倾角传感器来实现计步功能。第二章根据设计的要求选择了基于三轴加速度ADXL345功能计步器设计方案，第三章对硬件中微处理器电路模块、传感器数据采集模块以及LED1602显示模块进行介绍，第四章中对软件流程图以及记步检测算法进行介绍。紧接着第五章对实物进行了调试和功能验证。
2方案设计及选择
2.1设计要求
(1)能够有效的检测人体步行动作。
(2)能够显示并且记录单位时间内的步数。
(3)使用单片机技术处理数据。
2.2传感器的选择
方案一：是选择机械式振动传感器
方案二：选择加速度传感器
三轴加速度传感器分为压阻式，压电式和电容式。加速度的变化能够改变电阻、电压或者电容的变化，从而获得空间位置三个垂直方向的加速度分量。佩戴者在跑步过程中，身体上下起伏，计步器内部的微控制器读取三轴加速度传感器的三组模拟量，通过计步算法分析，获取运动信息。三轴加速度传感器具有精度高、反应速度快、通讯协议简单可靠等特点，广泛使用于汽车、数码产品、航天设备等领域。
方案三：选择压力传感器
为选择一款最适合本课题的计步传感器将三种传感器对比如图：
表1
类型机械式振动传感器加速度传感器压力传感器工作电流5mA 30 --
工作精度0.1g 0.002g --
目前内置于鞋底的压力传感器属于柔性传感器。在2008年北京奥运会上曾将它用于检测运动员的蹬地力、蹬地时间、足底接触形状、运动速度、离心力等信息，以便指导运动员取得更好的成绩。这种传感器价格昂贵，设计难度较大，不适合本设计。机械设振动传感器应用于早期的计步器，测量精度低，误判、漏判严重，不符合本课题高精度的设计原则。随着加速度传感器的工艺逐渐成熟，测量精度也逐渐提高，功耗已达到微安级别，随着市场的大量使用，价格也降了下来，非常符合本课题的设计理念。表2列出了不同型号的三轴加速度传感器的特性。
表2 加速度传感器特性对比表
加速度计代表型号LSM303DLH MPU-6050 ADXL345 工作电流0.83Ma 500 150 精度0.0003g 0.0003g 0.008g 结合价格、功耗和精度等多方面考虑，本课题选择的三轴加速度传感器ADX L345作为计步传感器。
2.3 MCU微处理器的选择
方案一：采用8位微控制器
8位微控制器的典型代表是8051微控制器。8051微控制器是一款入门级微控制器，它内核简易，应用广泛，资料齐全，非常适合入门学习。同时它的价格低廉，是一款适用于追求低成本，不追求实时性的电子产品。在我国很长一段时间内，8051微控制器占据了小型家电市场，其中的原因正是超低的成本.
方案二：采用16位微控制器
MSP430微控制器是一款以低功耗闻名的16位微控制器，有许多低功耗的工作模式，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式，高效率的查表处理指令。这些特点都保证了用它可以编写出高效率的源程序。
方案三：采用32位微控制器
Cortex-M0+内核基于ARMv6架构，支持Thumb/Thumb-2子集ISA，单核心，采用低成本的90nmLP工艺制造，核心面积仅0.04mm2，每MHz单位频率消耗的电流、功耗分别有9μA、11μW，是现今其它8/16位微控制器的大约三分之一，而性能上又比它们高出很多。飞思卡尔的Kinetis L系列微控制器基于ARM Cortex-M0+内核，是目前市场上能效极高的32位微控制器，每微安数据吞吐量居业内领先水平；超低功耗模式多种灵活的功率模式，适合不同的应用情形，可最大限度延长电池寿命；多种技术优化功耗，包括90nm薄膜存储(TFS)技术、时钟和电源门控技术，以及带有位处理引擎、外围交叉桥和零等待闪存控制器的高效平台等；深度睡眠模式下，可在不唤醒内核的情况下进行智能决策并处理数据。
综合上述几种单片机优缺点并且根据实验要求,就地取材选择了由STC公司生产的一种价格便宜、低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
2.4系统的总体设计
该计步器是有ADXL345加速度传感器、STC89C51单片机以及LED1602显示屏等组成。传感器采集数据，经内部A/D转换后，输入单片机内部，将数据
处理后输出液晶显示。 VISIO
图1总体方框图
3系统的硬件设计
3.1微处理器电路模块
STC89C51是STC 公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K
在系统可编程Flash 存储器。STC89C51使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash ，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能： 8k 字节Flash ，512字节RAM ， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM ，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz ，6T/12T 可选。
STC89C51RC 单片机参数
⑴8K 字节程序存储空间； ⑵512字节数据存储空间； ⑶内带2K 字节EEPROM 存储空间； ⑷可直接使用串口下载；
ADXL345传感器采集器
微处理器STC89C 51单片机
LCD1602数据显示
3.2计步器传感器采集模块
ADXL345的内部功能结构如图2所示，X、Y、Z三个相互正交的的方向上的加速度由G-Cell传感器感知，经过容压变换器、增益放大、滤波器和温度补偿后以电压信号输出。
图2 ADXL345内部结构功能框图
所谓的G-Cell传感器是由半导体材料(多晶硅)经半导体工艺加工得到，其结构可简化为三块电容极板，如图3。两端的极板圈定，中间的极板在加速度的作用下，偏离无加速度的位置，这样它到两端极板的距离发生变化，造成电容值的变化．这个变化值经容压变换、增益放大，滤波等后体现在最后的电压输出值上，从而完成对加速度的测量。
图3 G-Cell传感器的物理模型
ADXL345的三个相互正交的测量方向如图4，固定在人体上后，这三个方向上的数据意义也就随之确定了。
图4 ADXL345的三测量轴向
引脚配置(顶视图)：
图5引脚功能图
ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围达±16g 。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI (3线或4线)或I2C 数字接口访问。ADXL345非常适合移动设备应用。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度。其高分辨率(3.9mg/LSB )，能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。
如图10所示，为传感器底座，接口电路连接：
图6 传感器连接模块
此模块电路主要功能就用于做ADXL345加速度传感器的一个转接口，而且利用ADXL345该加速度传感器产生相应的变化值。相当于整个系统的信号产生
1 2 3 4
P11
1
2 3
4 P12
0.1uF
C7 X out Y out Z out VCC
1 3 5 7 9 11
2 4 6
10 12 8 13
14 ADXL345
SDO SDA
SCL
VDD
GND
GND RESE RESE INT2 GND
NC
VS CS INT1 X out Z out
S1 Y out
模块。
3.3显示模块
液晶显示器(LCD)为平面超薄的显示设备，液晶显示器功耗很低，适用于使用电池的电子设备.它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。
LCD特点：机身薄，节省空间。与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。
省电，不产生高温。它属于低耗电产品，可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管或LED)，而CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。
低辐射，益健康。液晶显示器的辐射远低于CRT显示器（仅仅是低，并不是完全没有辐射，电子产品多多少少都有辐射）。
画面柔和不伤眼，不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。
图7 LCD16021602采用标准的16脚接口
第1脚：GND为电源地
第2脚：VCC接5V电源正极
第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。
第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳
变时执行指令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。
第15脚背光正极.
第16脚背光负极。特性3.3V或5V工作电压，对比度可调
4软件设计
4.1软件流程图 解释
（1）主程序流程
图8 流程图
（2）
开始按键按下
算法计算
显示输出步
结束
自适应阀
判断阀值是否有效
计数
Count%50
继续计数
初始化
显示步数
预采样
清零按键按
下
Y
Y
N
4.2计步器算法的实现
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9所示。ADXL345检测其三个轴—x、y和z 上的加速度。计步器处于未知方向，因此测量精度不应严重依赖于运动轴与加速度计测量轴之间的关系。
图9 跑步时的三个分量
让我们考虑步行的特性。一个步伐，我们将其定义为单位步行周期，步行周期各阶段与竖向和前向加速度变化之间有一定的关系。
要实现检测步数首先要对人走路的姿态有一定了解。行走时,脚、腿、腰部,手臂都在运动,它们的运动都会产生相应的加速度,并且会在某点有一个峰值。从脚的加速度来检测步数是最准确的,但是考虑到携带的方便,我们选择利用腰部的运动来检测步数。
图10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、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或跑步周期至关重要。
图10从一名跑步者测得的x、y和z轴加速度的典型图样（1）步伐参数
数字滤波器：首先，为使信号波形变得平滑，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11所示。当然，可以使用更多寄存器以使加速度数据更加平滑，但响应时间会变慢。
图11 数字滤波器
图12显示了来自一名步行者所戴计步器的最活跃轴的滤波数据。对于跑步者，峰峰值会更高。
图12最活跃轴的滤波数据
动态阈值和动态精度：系统持续更新三轴加速度的最大值和最小值，每采样50次更新一次。平均值(Max + Min)/2称为“动态阈值”。接下来的50次采样利用此阈值判断个体是否迈出步伐。
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。
步伐迈出的条件定义为：当加速度曲线跨过动态阈值下方时，加速度曲线的斜率为负值(sample_new < sample_old)。
峰值检测：步伐计数器根据x、y、z三轴中加速度变化最大的一个轴计算步数。如果加速度变化太小，步伐计数器将忽略。
步伐计数器利用此算法可以很好地工作，但有时显得太敏感。当计步器因为步行或跑步之外的原因而非常迅速或非常缓慢地振动时，步伐计数器也会认为它是步伐。为了找到真正的有节奏的步伐，必须排除这种无效振动。利用“时间窗口”和“计数规则”可以解决这个问题。
“时间窗口”用于排除无效振动。假设人们最快的跑步速度为每秒5步，最慢的步行速度为每2秒1步。这样，两个有效步伐的时间间隔在时间窗口[0.2 s - 2.0 s]之内，时间间隔超出该时间窗口的所有步伐都应被排除。
ADXL345的用户可选输出数据速率特性有助于实现时间窗口。表5.1列出了
TA = 25°C、VS = 2.5 V、VDD I/O = 1.8 V时的可配置数据速率（以及功耗）。
表3数据速率和功耗
出数据速率(Hz) 带宽(Hz) 速率代码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数据速率(20 ms)。采用interval的寄存器记录两步之间的数据更新次数。如果间隔值在10与100之间，则说明两步之间的时间在有效窗口之内；否则，时间间隔在时间窗口之外，步伐无效。
“计数规则”用于确定步伐是否是一个节奏模式的一部分。步伐计数器有两个工作状态：搜索规则和确认规则。步伐计数器以搜索规则模式开始工作。假设经过四个连续有效步伐之后，发现存在某种规则(in regulation)，那么步伐计数器就会刷新和显示结果，并进入“确认规则”工作模式。在这种模式下工作时，每经过一个有效步伐，步伐计数器就会更新一次。但是，如果发现哪怕一个无效步伐，步伐计数器就会返回搜索规则模式，重新搜索四个连续有效步伐。
5测试及分析
5.1系统调试及功能
图13系统实物图
设计的实物用于记录单位时间的人行走的步数，以及一段时间的总步数，以达到督促人们锻炼的目的。
5.2系统的测试
如表2为在实际步数中显示步数以及总步数不复位情况下记录。下图表3为在实际步数中显示步数每5步复位一次总步数不复位情况下记录。由图可得到实物对步数统计准确率在90%以上。
表4
实际步数 5 10 15 20 25 30 显示步数 5 9 14 18 22 27 总步数
5
9
14
18
22
27
1602显示步数和总步数
步数复位
总步数复位
单片机复位
Adxl34传感器
表5
实际步数 5 10 15 20 25 30 显示步数 4 5 4 5 5 5 总步数 4 9 13 18 23 28
沈阳工程学院 课程设计 设计题目：电子健身计步器 系别电气工程系班级供电本102 学生姓名吴智昂学号 2010208231 指导教师黄硕职称讲师 起止日期：2012年 12月 10日起——至 2010年 12 月 14 日止
沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目：健身计步器 系别电气系班级供电本102 学生姓名吴智昂学号2010208231 指导教师黄硕职称讲师 课程设计进行地点：B 419 任务下达时间：2012年12 月1 日 起止日期：2012年12 月10 日起——至2012年12 月14日止
健身计步器的设计 1.设计任务描述 1.1设计题目：健身计步器 1.2设计要求 1.2.1 设计目的 （1）掌握健身计步器的构成、原理与设计方法； （2）熟悉集成电路的使用方法。 1.2.2 基本要求 （1）健身计步器中的传感器将人每走（跑）一步的振动以脉冲形式发出，将此脉冲整形作为基准计步脉冲； (2) 可以记录走（跑）步数，最大值为9999； (3) 假设每走25步可以消耗1卡的热量，所消耗卡路里的计数译码显示； (4) 记录本次健身时间。（可以分钟为单位） 1.2.3 发挥部分 （1）计步值的预置，当达到预置值时，发出庆祝的声音； （2）每走一千步发出提示音； （3）其他。 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2 个方向： （2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份； （3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000 字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。 （2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
基于单片机的计步器设计及实现 摘要: 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。 计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。与传统的机械式传感器不同，ADXL345是电容式三轴传感器，由它捕获人体运动时加速度信号，更加准确。信号通过低通滤波器滤波，由单片机内置A／D转换器对信号进行采样、A／D转换。软件采用自适应算法实现计步功能，减少误计数，更加精确。单片机STC89C51控制液晶显示计步状态。整机工作电流只有1-1.5mA，实现超低功耗。 关键字：计步器;加速度传感器;ADXL345;低功耗
Design and realization of pedometer-based microcontrollers Abstract：Pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. Early designs used a weighted mechanical switch detects the pace, and with a simple counter. When shaking the device, you can hear a metal ball to slide back and forth, left and right, or a pendulum swinging percussion stopper. Pedometer function can calculate the movement of people to analyze the situation of human health. And the movement of people can be analyzed by many features. With the traditional mechanical sensors differ, ADXL345 three-axis sensor is a capacitive acceleration signal by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller built-in A / D converter for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C51 SCM control LCD pedometer state. Machine operating current of only 1-1.5mA, ultra-low power consumption. Key Words: pedometer; Acceleration sensor; ADXL345; low power
健康计步器毕业设计
2017届电子信息工程专业本科毕业论文 健康计步器的设计 摘要：改革开放三十年来，随着社会的不断进步，人们的生活水平也不断的提高了，许多人把健身当做每天的一门必修的功课，在诸多的健身方法中，跑步便成了他们最有效，最简单的运动方法。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，也成了计量跑步时间、步数和里程的最简易、有效的工具。计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。与传统的机械式传感器不同，MMA7455是微机械式三轴传感器，由它捕获人体运动时加速度信号，更加准确。信号通过低通滤波器滤波，由单片机内置A/D转换器对信号进行采样、A/D转换。软件采用自适应算法实现计步功能，减少误计数，更加精确。单片机STC89C52控制液晶显示计步状态。整机工作电流只有1-1.5mA，实现超低功耗。 关键字：计步器 MMA7455 加速度传感器低功耗 Abstract: Thirty years of reform and opening up, with the constant progress of the society, people’s living standard has been improved, many people consider fitness as every one of the compulsory courses, in many fitness method,
running as their most effective, the most simple method, pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. pedometer also became the running time, measurement step number and calories burned the most simple, effective tool. Pedometer function can calculate the movement of people to analyze the situation of human health. And the movement of people can be analyzed by many features. With the traditional mechanical sensors differ, MMA7455 three-axis sensor is a capacitive acceleration signal by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller built-in A / D converter for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C52 SCM control LCD pedometer state. Machine
目录 1.引言………………………1 1.1 选题的目的………………………1 1.2 选题的意义………………………2 1.3 国内外研究现状………………………2 2.系统基本原理及系统设计方案………………………3 2.1 多功能计步器的基本内容………………………3 2.2 传感器的选择………………………3 2.3 MCU 微处理器的选择………………………4 2.4 系统的总体设计………………………5 3.系统的硬件设计………………………6 3.1 微处理器电路模块………………………6 3.2 计步器传感器采集模块………………………7 3.3 数字温度传感器模块………………………9 3.4 显示模块………………………10 4.软件设计………………………11 4.1 软件主流程图………………………11 4.2 计步器算法的实现………………………12 5.硬件及软件测试………………………15 5.1 实物图展示………………………15 5.2 功能模块测试………………………16 5.3 软件测试………………………16 6.总结………………………17 参考文献………………………17 基于单片机多功能计步器的设计与实现 摘要：目前，人们可以依据这种计步器来得出人体是否是一种健康的状态，它是通过研究与分析人体 的运动的情况，但是人体的运动状态并不能进行简单的分析，计步器有着很多种的特性。三轴的加速度传 感器 ADXL345 归于电容式的三轴的传感器的一种，若它与以往的机械式的传感器比的话，它得到的人的 身体的运动的时候的加速度的信号会比传统的更加的准。当捕获到加速度的信号后，这些信号需要通过低 通的滤波器来进行滤波，进而进行对信号的 A／D 转换、信号的采样利用单片机的内部的结构中的 A／D
随着社会的发展,人们越来越注重自己的健康,跑步成为一种方便而又有效的锻炼方式。但是如何知道自己跑了多少步,多远的路程?计步器可以帮助人们实时掌握锻炼情况。它的主要功能是检测步数,通过步数和步幅可计算行走的路程。步幅信息可通过行走固定的距离如20m 来计算或是直接输入,高级的计步器还可以计算人体消耗的热量。但这些计算的主要依据是步数的检测。下面介绍一种加速度传感器ADXL202在步数检测中的应用。 计步器原理 要实现检测步数首先要对人走路的姿态有一定了解。行走时,脚、腿、腰部,手臂都在运动,它们的运动都会产生相应的加速度,并且会在某点有一个峰值。从脚的加速度来检测步数是最准确的,但是考虑到携带的方便,我们选择利用腰部的运动来检测步数。如图1所示,行走时腰部有上下的垂直运动,每步开始时会有一个比较大的加速度,利用对加速度的峰值检测可以得到行走的步数。 图2是将计步器佩戴在腰间采集到的垂直加速度曲线图,从图上可以清楚地看出有四个峰值,代表行走了四步,说明利用腰部的垂直加速度来检测步数是可行的。 根据资料显示,人行走的垂直加速度在±1g之间(1g为9.8m/s即重力加速度),考虑到还有重力加速度的影响,可选择测量范围在±2g之间的加速度传感器ADXL202来实现计步器。ADXL202是美国AD公司的一种低功耗、二维加速度传感器,输出如图3所示占空比(T1/T2)与加速度成一定比例的数字信号,因此信号可以直接用单片机的计数器来测量,无需AD转换电路或是其它特殊电路。
硬件设计 计步器的整机原理框图如图4所示,ADXL202采集加速度信息并将数据送到单片机进行处理;单片机控制整个系统的工作并从数据中检测出步数送到LCD进行显示;外部控制按键进行开关机控制以及功能选择等。 本文不对电源转换、LCD显示等电路做详细介绍,重点介绍ADXL202芯片的电路设计。ADXL202可以输出X、Y两路信号,由于我们只测量垂直方向上的加速度,只用一路信号即可,需要注意的是,设计PCB时要摆放好芯片位置,保证使用时此路与水平面垂直。从图5可以看出ADXL202的电路设计并不复杂,在使用时我们要得到有用的信号需要设定它的采样频率和采样带宽。上述两个量是由电路图中的电阻Rset和电容Cx的取值所决定的。 采样频率过低,不能准确反应数据的变化情况;过高则引入很多无用信息,增加了系统运算量,需要根据实际情况选择合适的采样频率。根据资料显示,人行走的频率一般在110步/分钟(1.8Hz),跑步时的频率不会超过5Hz,选择100Hz的采样频率可以比较准确地反应加速度变化。1/T2即为数据的采样频率,计算方法为T2=RSET(Ω)/125MΩ。RSET的范围可从500kΩ~2MΩ,这里我们选择RSET=1.25MΩ,采样频率为100Hz。 滤波带宽定义为需要检测的最高频率, 由滤波电容Cx设定,带宽的设定会影响噪声的大小和分辨率。从附表中可以看出,带宽越小,噪声就越小,而分辨率会越高,减小滤波带宽对减小噪声和提高分辨率都是有利的。但是,图2的数据曲线中越尖的地方含有的高频分量就越多,滤波带宽减小,采集到的数据曲线就变光滑,峰值相应变小,这对我们进行峰值检测是不利的。因此我们折中取滤波带宽50Hz,根据公式F-3dB=1/(2π(32kΩ×C(x,y))计算,Cx选择0.10μF。
信息工程学院 传感器与测控技术实训报告 设计课题：电子计步器的设计 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：
1.设计任务描述 1.1设计题目：电子计步器 （1）系统需求 （2）项目说明 （3）项目综述 1.2前期准备 （1）知识储备 （2）软件使用 （3）关键元件的展示 （4）原件清单 1.2.1设计目的 （1）掌握电子计步器的构成、原理与设计方法； （2）设计思路 1.2.2基本要求，任务实施 （1）实现计步功能 (2) 计时功能 (3) 暂停显示时间 (4) 重置功能 1.2.3发挥部分 （1）定时功能，定时5秒后闪烁。 （2）二极管原来灯是灭的，5秒后就灭了。 1.2.4 总结
（1）系统需求 计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度的监控器，可以激励人们挑战自己，增加体质，帮助瘦身。在电子记步器项目学习中，电子计步器随身携带，当人们行走是，利用震动传感器讲姓周的信号转换成开关量信号传送给单片，单片机累积后显示在数码管上。为了携带方便，因此读者课考虑选择3.3V供电的低功耗单片机STC12L5A60S2,其内部资源及使用方法和STC12L5A60S2一样的，只是工作电压不一样。本项目主要介绍了数码管的显示设计、振动传感器及C51指针的内容。 （2）项目说明 根据以上需求，电子计步器系统功能被划分为以下模块，如图2.1所示： （3）项目综述 1.2前期准备 （1）常用的元件封装：（参考protel学习\protel元件封装）
(2)软件使用 2、原理图库 在原理图的绘制中，要加入一下5个库文件：Miscellaneous Devices.ddb Protel DOS Schematic Libraries.ddb Sim.ddb Intel Databooks.ddb TI Databooks.ddb
教学单位湖北工程学院 学生学号013321232403 本科毕业论文（设计） 题目基于单片机的计步器设计和实现 学生姓名郭腾 专业名称电子信息工程 指导教师肖永军 2014年12月10日
基于单片机的计步器设计及实现 摘要: 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。 计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。与传统的机械式传感器不同，ADXL345是电容式三轴传感器，由它捕获人体运动时加速度信号，更加准确。信号通过低通滤波器滤波，由单片机内置A／D转换器对信号进行采样、A／D转换。软件采用自适应算法实现计步功能，减少误计数，更加精确。单片机STC89C52控制液晶显示计步状态。整机工作电流只有1-1.5mA，实现超低功耗。 关键字：计步器;加速度传感器;ADXL345;低功耗
Design and realization of pedometer-based microcontrollers Abstract：Pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. Early designs used a weighted mechanical switch detects the pace, and with a simple counter. When shaking the device, you can hear a metal ball to slide back and forth, left and right, or a pendulum swinging percussion stopper. Pedometer function can calculate the movement of people to analyze the situation of human health. And the movement of people can be analyzed by many features. With the traditional mechanical sensors differ, ADXL345 three-axis sensor is a capacitive acceleration signal by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller built-in A / D converter for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C52 SCM control LCD pedometer state. Machine operating current of only 1-1.5mA, ultra-low power consumption. Key Words: pedometer; Acceleration sensor; ADXL345; low power consumption
利用3轴数字加速度计实现功能全面的计步器设计电子技 术 欢迎到访我的豆丁主页:(文档精灵) 本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。 利用3轴数字加速度计实现功能全面的计步器设计 数字加速器计步器 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。 如今，先进的计步器利用MEMS(微机电系统)惯性传感器和复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地检测步伐，误检率更低。MEMS惯性传感器具有低成本、小尺寸和低功耗的特点，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轴加速度计 ADXL335， ADXL345和ADXL346小巧纤薄，功耗极低，非常适合这种应用。 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)。
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度计测量轴之间的关系。 图1. 各轴的定义 欢迎到访我的豆丁主页:(文档精灵) 本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。 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变化之间的关系。 图2. 步行阶段与加速度模式 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、y和z轴测量结果的典型图样。无论如何穿戴计步器，总有至少一个轴具有相对较大的周期性
1.设计任务描述 1.1设计题目：健身计步器 1.2设计要求 1.2.1 设计目的 （1）掌握健身计步器的构成、原理与设计方法； （2）熟悉集成电路的使用方法。 1.2.2 基本要求 （1）健身计步器中的传感器将人每走（跑）一步的振动以脉冲形式发出，将此脉冲整形作为基准计步脉冲； (2) 可以记录走（跑）步数，最大值为9999； (3) 假设每走14步可以消耗1卡的热量，所消耗卡路里的计数译码显示； (4) 记录本次健身时间。（可以分钟为单位） 1.2.3 发挥部分 （1）计步值的预置，当达到预置值时，发出庆祝的声音； （2）每走一千步发出提示音； （3）其他。
2.设计思路 根据题目要求，我将健身计步器设计分为两部分，第一部分是计数部分，将震动由传感器变为的脉冲信号整形后输入计数器通过译码器译码最后经显示器分别显示出卡路里和及跑（走）的步数。然后在卡路里电路部分通过门电路设计一个预置数，当达到预置数时与其连接的发光二极管会有发光提示；计步电路中的千步发出提示音则用一个555定时器组成单稳态触发器和一个555定时器组成的多谐振荡器和百步进位控制蜂鸣器从而在每1000步时发出响声。 第二部分是计时部分，首先由555多谐振荡器发出一个1000Hz的脉冲，经过三个74LS90计数器组成的1000分频器将其变成1Hz的脉冲，这时以秒为单位计时，考虑到应用健身器时一般不以秒算，则再经过两个74LS90计数器组成的60分频器后形成了以分为计时单位。其余部分就是计数器加译码显示相同于计数部分的连接方法。我设定的跑步时间不超过90分钟。
3.设计方框图 震动脉冲 十进制计数器 译码器 十进制计数器 步数显示 六十分频器 555多谐振荡 十四进制计数器 1000步提示音 译码器 能量显示 444步二极管发光 十进制计数器 译码器 时间显示
Wuhan Polytechnic University Industrial &Commercial College 本科毕业论文（设计） 论文题目：健身计步器的设计 姓名： 学号： 班级：02班 年级：2008级 专业：电气工程及其自动化 系部：信息工程 指导教师： 完成时间：2012年5月12日
作者声明 本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业论文（设计）成果归武汉工业学院工商学院所有。 特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： 年月日
健身计步器的设计 The Design of Fitness Pedometer 2012年5月12日
摘要 改革开放三十年来，随着社会的不断进步，人们的生活水平也不断的提高了，许多人把健身当做每天的一门必修的功课，在诸多的健身方法中，跑步便成了他们最有效，最简单的运动方法，计步器也成了计量跑步时间、步数和消耗卡路里的最简易、有效的工具。 健身计步器的工作工程大致如下，首先传感器将外界的信号转换成具有一定振幅的波形，经过调理电路将波形过滤并且放大，再经过斯密特触发器进行整形，这时输出的波形便是具有可以用来计数的脉冲信号，将其输入由四个十进制组成的计数显示器，在数码管中便可以显示最大为9999的步数。同时将施密特触发器输出的波形用两个五进制连接成的二十五进制的分频器然后再接入计数器，便可以显示健身过程中所消耗的卡路里数。 在我的设计中，我将整个系统划分为若干个功能模块，传感器接受震荡反映产生波形模块、调理整形模块、计算步数模块、计算卡路里模块、1000步提醒模块、1kHz频率产生模块、分频模块和分钟显示模块等组成。每个功能块还对应的相关的电路图，而且还详细的说明了电路图的组成元件，和各个元件的名称、功能、和运行原理，各个部件在此路中的作用，怎么实现所须的功能，合考虑了各方面的因素，选择最适合的器件。在较充分的原理和仿真实验的基础上，经过反复的调试与修改，最终达到了设计要求。 关键词：计数器；译码器；555定时器
基于单片机的计步器设 计及实现 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.
基于单片机的计步器设计及实现 摘要: 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。 计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。与传统的机械式传感器不同，ADXL345是电容式三轴传感器，由它捕获人体运动时加速度信号，更加准确。信号通过低通滤波器滤波，由单片机内置A ／D转换器对信号进行采样、A／D转换。软件采用自适应算法实现计步功能，减少误计数，更加精确。单片机STC89C51控制液晶显示计步状态。整机工作电流只有，实现超低功耗。 关键字：计步器;加速度传感器;ADXL345;低功耗
Design and realization of pedometer-based microcontrollers Abstract：Pedometer is a popular daily exercise progress monitor, can motivate people to challenge themselves, enhance physical fitness, to help lose weight. Early designs used a weighted mechanical switch detects the pace, and with a simple counter. When shaking the device, you can hear a metal ball to slide back and forth, left and right, or a pendulum swinging percussion stopper. Pedometer function can calculate the movement of people to analyze the situation of human health. And the movement of people can be analyzed by many features. With the traditional mechanical sensors differ, ADXL345 three-axis sensor is a capacitive acceleration signal by its human motion capture, and more accurate. Signal through a low pass filter, the microcontroller built-in A / D converter for signal sampling, A / D conversion. Software uses an adaptive algorithm pedometer function, reduce error count is more accurate. STC89C51 SCM control LCD pedometer state. Machine operating current of only , ultra-low power consumption. Key Words: pedometer; Acceleration sensor; ADXL345; low power consumption
滨江学院 本科生毕业论文(设计) 题目基于51单片机的简易计步器设计 学生姓名彭伟东 学号20122340078 系别自动控制系 专业电气工程与自动化 指导教师曹永娟 二Ｏ一六年五月三十日
目录 摘要....................................................I Abstract...............................................II 1、引言. (1) 1.1光电计步器 (1) 1.2 基于加速度传感器的计步器 (2) 2、ADXL3XX系列传感器的简介以及设计方案的提出 (3) 2.1 ADXL335, ADXL345和 ADXL346三轴加速度计的区别 (3) 2.1.1 ADXL335的简介、特点及功能框图 (3) 2.1.2 ADXL346的简介、特点及功能框图 (5) 2.1.3 ADXL345的简介、特点及功能框图 (6) 2.2 系统总体设计方案 (8) 2.2.1 ADXL345中断和寄存器功能分析 (8) 2.2.2 基于51单片机计步器总体框架的构建 (9) 3、系统硬件设计各模块电路 (10) 3.1 传感器电路连接模块 (10) 3.2 微处理器模块 (10) 3.3 显示模块 (13) 3.4 电源模块 (14) 4、软件设计 (15) 4.1 软件总体设计 (15) 4.2 算法的实现 (15) 5、调试及性能分析 (16)
5.1硬件与软件的协同调试 (16) 5.2 性能分析 (17) 6、结论 (18) 致谢 (20) 参考文献 (21) 附录 (22) 附录源程序 (22)
计步器设计初略方案 计步器设计参考资料： 单片机技术指导书、关于ADX L202芯片原理的资料、芯片手册、噪声频带分析信息表、压电晶体或单晶硅体上置一个质量块,当加速度变化时(比如跑步时抬腿运动)对晶体的压力值改变,从而输出一个电讯号. 一、计步器设计信号的采集分析： 要实现检测步数首先要对人走路的姿态有一定了解： 行走时,脚、腿、腰部等都在运动,它们的运动都会产生相应的加速度,并且会在某点有一个峰值。 1、从脚的加速度来检测步数是最准确的, 2、若考虑到携带的方便,我们可以选择利用腰部的运动来检测步数。 如图1所示,行走时腰部有上下的垂直运动,每步开始时会有一个比较大的加速度,利用对加速度的峰值检测可以得到行走的步数。 图像一：人体运动解析图 图一 图像二：行走时信号采样图 图二 图2是将计步器佩戴在腿脚或者腰间采集到的垂直加速度曲线图,从图上可以清楚地看出有四个峰值,代表行走了四步,说明利用腿部或者腰部的垂直加速度来检测步数是可行的。 加速度传感器的选择： 根据资料显示,人行走的垂直加速度在±1g之间(1g为9.8m/s即重力加速度),考虑到还有重力加速度的影响,可选择测量范围在±2g之间的加速度传感器ADXL202来实现计步器。
ADXL202的简介： ADXL202是美国AD公司的一种低功耗、二维加速度传感器,输出如图3所示占空比(T1/T2)与加速度成一定比例的数字信号,因此信号可以直接用单片机的计数器来测量,无需AD转换电路或是其它特殊电路。 图三 二、计步器硬件设计初略分析 计步器的整机原理框图如下图所示,： 1、ADXL202采集加速度信息并将数据送到单片机进行处理; 2、单片机控制整个系统的工作并从数据中检测出步数送到LCD进行显示; 3、外部控制按键进行开关机控制以及功能选择等。 本文不对电源转换、LCD显示等电路做详细介绍, 图四 ADXL202芯片的电路设计： ADXL202可以输出X、Y两路信号,由于我们只测量垂直方向上的加速度,只用一路信号即可, 【需要注意的是,设计PCB时要摆放好芯片位置,保证使用时此路与水平面垂直】。 下图是ADXL202的电路设计图,在使用时我们要得到有用的信号需要设定它的采样频率和采样带宽。上述两个量是由电路图中的电阻Rse t和电容Cx的取值所决定的。 采样频率选择： 采样频率过低,不能准确反应数据的变化情况;过高则引入很多无用信息,增加了系统运算量,需要根据实际情况选择合适的采样频率。 根据资料显示,人行走的频率一般在110步/分钟(1.8Hz),跑步时的频率不会超过5Hz,选择100Hz 的采样频率可以比较准确地反应加速度变化。 集体频率设定定性分析：1/T2即为数据的采样频率,计算方法为T2=RSET(Ω)/125MΩ。RSET 的范围可从500kΩ~2MΩ,这里我们选择RSET=1.25MΩ,采样频率为100Hz。
基于加速度传感器的计步器设计与实现 随着科学技术的不断发展，人们的生活水平越来越高，但在快节奏的生活方式下，尤其是上班一族久坐或久站，长时间保持一个动作，对身体造成了很大负担，缺乏运动观念。锻炼身体的方式多种多样，步行就是有效，轻松，花费时间短的健身方式之一。坚持这种有氧运动有助于人们改善心肺功能，促进血液循坏，长久下去，能使人们的精神面貌焕然一新。通过适当的走路可以快速调节心态，稳定情绪。 计步器的出现有效监测了人们每天的身情况，使人们实时了解每天行走的步数，是一种逐渐受欢迎的健身监测器，可以鼓励人们挑战自我，强身健体，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。如今采用了电子器件时间计步的功能，本文将介绍采用单片机为控制核心，通过ADXL345三轴加速度传感器采集走路信息，通过算法计算出步数，并通过程序算法计算出速度、里程、卡路里消耗等信息。本装置小巧，功能齐全，整体界面简洁美观，具有一定的市场价值。 关键词：单片机；计步器；ADXL345三轴加速度传感器
1 绪论 1.1 课题研究的背景及意义 随着社会的发展，人们的物质生活水平日渐提高，人们也越来越关注自己的健康。计步器作为一种测量仪器，可以计算行走的步数和消耗的能量，所以人们可以定量的制定运动方案来健身，并根据运行情况来分析人体的健康状况，因而越发流行。手持式的电子计步器是适应市场需求的设计，使用起来简单方便。 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。电子计步器主要组成部分是振动传感器和电子计数器。步行的时候人的重心会上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最为适宜。所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作，由电子计数器完成了主要的记录与显示功能，其他的属于热量消耗，路程换算均由电路完成。计步器中一般采用一种加速度计来感受外界的震动。常用的加速度计原理如下：在一段塑料管中密封着一小块磁铁，管外缠绕着线圈，当塑料管运动时，磁铁由于惯性在管中反向运动，切割线圈，由于电磁感应，线圈中产生电流，人体运动时，上下起伏的加速度近似为正弦过程，线圈的输出电流也是正弦波，测量正弦波的频率就可以得出运动的步数，再计算的出速度，距离，和消耗卡路里。 1.2 国内外发展现状 计步器的核心是加速度计，20世纪40年代，德国人研制了第一个摆式陀螺加速度计。此后的半个世纪以来，由于航空航天以及航海领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，其性能和精度有了很大的完善和提高。 加速度计面世后一直作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起受到重视。这时候的加速度计由于技术不成熟，成本高，其他领域没有得到广泛的应用。
开题报告 通信工程 计步器的设计 一、课题研究意义及现状 计步器的出现，是由于“健康”在我们的生活中地位的提高，没有健康的身体，一切都将无从谈起。锻炼是保持健康的最佳方式。步行是最简单、方便又廉价的运动形式，这应该是大部分人的最佳选择。四十年前一位日本研究人员吉城旗野提出“日行万步”的运动理念，理念根据为：医学家统计得出，人一天大约要过剩300卡的多余热量，每天步行一万步，就意味着可以把这些过剩热量消耗光。走路时带个计步器，可显示步数、运动时消耗的热量，调节灵敏度的计步器。有了电子计步器，一切都改变了，每天定量记录运动的多少，在闲暇时间适当的步行可以弥补一天运动量的不足。 早期的计步器通常利用摆锤原理做为计步技术，靠人体走路时的晃动使小钢球来回滚动来测量步数的，但是多次试验证明，其产生的误差很大。所以后来就发展到用电子感应和加速计技术，这两种技术和之前的摆锤技术相比更准确，更为重要的是，不必像之前那样计步器需要佩带需要和垂直于地面而一般只能带于皮带上，因靠感应身体的震动而计步，可以更多方向的佩带，特别是加速计，更是可以360度任何方向的运作。所以你可以放在口袋或是挂在脖子上，如果计步器体积够簿小，更是可以放在钱包里面。 电子计步器主要由振动传感器和电子计数器组成。人在步行时重心都要有一点上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最为适宜。所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作，由电子计数器记录并显示就完成了主要功能，其他的热量消耗，路程换算均由电路完成。 目前的计步器类型很多，计步器的功能不仅仅只是第一代记录行走步数功能，还丰富了很多附加功能，除了计步功能，卡路里，距离，收音机和时间也是计步器通常带有的功能，这些功能都非常普遍。 当然，计步器还有很多方面需要改进，虽然现在的计步器比较第一代的计步器在数值方面已经很精确，可以说趋于完美了，而且也发展了很多功能，大大的提高了计步器的使用价值，但是很大的空间需要我们去发展。例如，在携带方面，虽然计步器已经进步的很小只了，但是会经常忘记携带，所以，可以将计步器安装在我们平时注意力较高的物件上，防止忘记携带，比如安装在手机上，手表上，甚至鞋子上。在衍生功能的卡路里功能方面，也许改进，卡路里值与使用者的体重，步行速度都有关系，所以要向计步器输入体重和速度参数。等等。
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计 时间：2010-11-01 来源：作者： 关键字：ADXL3453轴加速度计全功能计步器 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。 如今，先进的计步器利用MEMS（微机电系统）惯性传感器和复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地检测步伐，误检率更低。MEMS惯性传感器具有低成本、小尺寸和低功耗的特点，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轴加速度计ADXL335, ADXL345和 ADXL346小巧纤薄，功耗极低，非常适合这种应用。 本文以对步伐特征的研究为基础，描述一个采用3轴 图1. 各轴的定义 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变化之间的关系。 图2. 步行阶段与加速度模式 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、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或跑步周期至关重要。 图3. 从一名跑步者测得的x、y和z轴加速度的典型图样 算法 步伐参数 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，但响应时间会变慢。 图4. 数字滤波器 图5显示了来自一名步行者所戴计步器的最活跃轴的滤波数据。对于跑步者，峰峰值会更高。