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1、.,1,第12组 杨文能 王志远 王潇 闫立川 张卫东,电子计步器,.,2,目录,.,3,1.环境背景,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。,.,4,2.顾客需求,.,5,3.工作原理,在人行走过程中，可以将距离、速度、加速度等属性作为描述人体行走状态的参数，本文主要对人体运动过程中的加速度信息进行采样分析
2、。行走时，身体的各个部位都在运动，它们的运动都会产生相应的加速度，其中垂直方向的加速度变化是最大的。,.,6,在每一个步伐周期中，人体的垂直加速度值都会出现一个峰值，这样的一个峰值对应迈出的一步。采用加速度传感器对人体运动的加速度信息进行采集，对加速度信号作预处理，再由微控制器通过计步算法准确地计算出人体实际行走的步数,在人体运动过程中，脚离开地面是行走的第一步。由于地面会给蹬地的人一个反作用力，垂直加速度开始逐渐增大，身体重心也逐渐上移。当脚要达到最高点位置时，脚的垂直速度值是最小的，垂直加速度值达到最大，然后接着脚会向下移动，垂直加速度值开始逐渐减小，最终脚落地，垂直加速度值减少到最小值，
3、然后便进入到下一个步伐周期。,.,7,4.硬件设计,主控制器采用ST公司的基于ARM CortexM3内核的48位微控制STM32F103C8T6，三轴加速度传感器采用INEMO，同时采用2.4寸彩色液晶显示屏对行走步数、剩余电量等信息进行显示，按键和振动马达作为人机交互设备。,.,8,.,9,5.软件设计,系统软件主要实现高精度计步器的数据采集、算法处理、信息输出以及人机交互，核心技术是步数检测算法实现。传统的步数检测算法主要有两种:一是动态阈值判断方法，从正弦波形的下降区间进行判断；二是峰值检测方法，从正弦波的拐点处判断步数。这两种检测方法都有局限性和不确定性。本计步器结合以上两种方法，提
4、出一种新的改进算法，从而可高效准确地检测出人体行走的步数。,.,10,5.1数据预处理,（1） 中值滤波,在运动过程中,加速度传感器的输出信号会包含大量的脉冲噪声信号，在实际计步过程中必须剔除。中值滤波是一种有效的消除脉冲噪声的方法，它是一种基于排序统计理论的能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，它把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近真实值，从而消除孤立的噪声点。,（2） 低通滤波,通常来讲，人体每秒钟行走0.52.0步，最多不超过5.0步。因此合理的计步器输出为0.55.0 Hz，需要通过一个低通滤波器，以从原始加速度信号中分离出人体活动所产生的
5、高频低通噪声，此时的低通滤波器截止频率为5.0 Hz,.,11,5.2、步数检测算法,5.2.1三轴数据合一的方法选取加速度传感器采集到的是三轴的加速度数据，这3个轴分别对应人体运动的3个方向。无论如何穿戴计步器，总有至少一个轴的数据具有较大的周期性加速度变化，所以某些算法采用单个轴的加速度值来表征人体运动，算法实时比较三轴加速度数据大小，把加速度变化最大的那个轴记为有效轴，然后利用有效轴的数据进行分析和步伐判断。但是这种实时判断有效轴的方法容易丢失计数点，加速度有效轴可能会不停地变换，这会导致数据过于敏感，稳定性差。为了很好地解决这个问题，本文采用三轴合一加速度的方法处理数据。,.,12,5
6、.2.2、步数检测的核心算法,系统中设定两个移位寄存器,其中一个寄存器用于保存新得到的加速度采样值，根据动态峰值可以确定动态阈值的大小，当新得到一个加速度采样值时，将其与新数据寄存器中的数值进行比较，若二者的差值的绝对值大于动态精度时，则新数据寄存器的值移位到旧数据寄存器，而新得到的加速度值就可以移位到新数据寄存器；当加速度变化值小于或等于动态精度时，此变化值被抛弃，新数据寄存器保持不变。旧数据寄存器则不断地更新采样数据。在得到有效步数后，对有效步数的合加速度值进行检测，峰值点应满足下式，其中tp为峰值点附近加速度的幅值。,.,13,当满足峰值条件后，再对合加速度信号进行幅度阈值条件和时间阈值条件的判断,以避免行走时身体抖动对计步的影响，最后对实际的步数进行记录存储，显示到液晶屏上。其中幅度阈值为所有峰值点的均值，这样的均值比较合理。而人体每步行走的时间范围为0.22 s。其峰值检测的流程图如图所示。,.,14,THANKS,
