健康計(jì)步器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、健康計(jì)步器的設(shè)計(jì)摘要：改革開放三十年來(lái)，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平也不斷的提高了，許多人把健身當(dāng)做每天的一門必修的功課，在諸多的健身方法中，跑步便成了他們最有效，最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)方法。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，也成了計(jì)量跑步時(shí)間、步數(shù)和里程的最簡(jiǎn)易、有效的工具。計(jì)步器功能可以根據(jù)計(jì)算人的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)分析人體的健康狀況。而人的運(yùn)動(dòng)情況可以通過(guò)很多特性來(lái)進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)的機(jī)械式傳感器不同，MMA7455是微機(jī)械式三軸傳感器，由它捕獲人體運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度信號(hào)，更加準(zhǔn)確。信號(hào)通過(guò)低通濾波器濾波，由單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、A/D轉(zhuǎn)換。

2、軟件采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能，減少誤計(jì)數(shù)，更加精確。單片機(jī)STC89C52控制液晶顯示計(jì)步狀態(tài)。整機(jī)工作電流只有1-1.5mA，實(shí)現(xiàn)超低功耗。關(guān)鍵字：計(jì)步器 MMA7455 加速度傳感器 低功耗Abstract: Thirty years of reform and opening up, with the constant progress of the society, peoples living standard has been improved, many people consider fitness as every one of the compulsory courses

3、, 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 c

4、alories 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 acc

5、eleration 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

6、 pedometer state. Machine operating current of only 1-1.5mA, ultra-low power consumption.Key words: pedometer, MMA7455, Acceleration sensor, low power consumption1 緒論1.1引言隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平日漸提高，人們?cè)絹?lái)越注重自己的健康，跑步成為了一種方便而又有效的鍛煉方式。但是如何知道自己的運(yùn)動(dòng)情況？計(jì)步器可以幫助人們實(shí)時(shí)掌握鍛煉情況。它的主要功能是檢測(cè)步數(shù)，通過(guò)步數(shù)和步幅可計(jì)算行走的路程。通過(guò)運(yùn)動(dòng)步數(shù)，得以計(jì)算人體消耗

7、的熱量，所以人們可以定量的制定運(yùn)動(dòng)方案來(lái)健身，并根據(jù)運(yùn)行情況分析人體的健康狀況，因而越來(lái)越流行。手持式的電子計(jì)步器是適應(yīng)市場(chǎng)需求的設(shè)計(jì)，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。計(jì)步器的原理是利用行走時(shí)身體的肢體擺動(dòng)從而影響振動(dòng)傳感器，然后單片機(jī)處理振蕩信息并進(jìn)行后續(xù)處理。振蕩傳感器的內(nèi)部有一個(gè)可隨意移動(dòng)的小球，利用物體移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的物理慣性，導(dǎo)致小球在物體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，然后利用感應(yīng)器檢測(cè)小球的運(yùn)動(dòng)，從而確定被檢測(cè)物的運(yùn)動(dòng)狀況。電子計(jì)步器主要組成部分是振動(dòng)傳感器和電子計(jì)數(shù)器。步行的時(shí)候人的重心會(huì)上下移動(dòng)。以腰部的上下移動(dòng)最為明顯，所以計(jì)步器掛在腰帶上最為合適。所謂的振動(dòng)傳感器其實(shí)就是一個(gè)平衡錘在上下振動(dòng)時(shí)平衡被破壞使一個(gè)觸點(diǎn)

8、能出現(xiàn)通/斷動(dòng)作，由電子計(jì)數(shù)器完成了主要的記錄與顯示功能，其他的列如熱量消耗，路程換算均由電路完成。計(jì)步器中一般采用一種加速度計(jì)來(lái)感受外界的震動(dòng)。常用的加速度計(jì)原理如下：在一段塑料管中密封著一小塊磁鐵，管外纏繞著線圈，當(dāng)塑料管運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵由于慣性在管中反向運(yùn)動(dòng)，切割線圈，由于電磁感應(yīng)，線圈中產(chǎn)生電流，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，上下起伏的加速度近似為正弦過(guò)程，線圈的輸出電流也是正弦波，測(cè)量正弦波的頻率就可以得出運(yùn)動(dòng)的步數(shù)，再計(jì)算出的速度，距離，和消耗卡路里。1.2研究意義計(jì)步器最早是由意大利的倫納德達(dá)芬奇醞釀的，但現(xiàn)存的最早的計(jì)步器是在達(dá)芬奇之后150年，是德國(guó)于1667年制作的。在中世紀(jì)和近代，計(jì)步器并未被

9、廣泛使用，因?yàn)槿藗儾⒉磺宄挠猛?。這說(shuō)明機(jī)器的發(fā)明(硬件)不及找到它對(duì)人類的用途(軟件)重要。這使得計(jì)步器通常利用擺鐘原理作為記步技術(shù)，利用加重的機(jī)械開關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。如果晃動(dòng)這些裝置，就可以聽到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺鐘左右擺動(dòng)敲響當(dāng)塊。這種機(jī)械式的計(jì)步器早已淡出歷史，取而代之的是電子式的計(jì)步器。1.3 研究的內(nèi)容本文是一個(gè)基于STC89C52低速單片機(jī)，結(jié)合MMA7455傾角傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選擇了基于三軸加速度MMA7455功能計(jì)步器設(shè)計(jì)方案，對(duì)硬件中微處理器電路模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及LCD1602顯示模塊進(jìn)行介紹，并對(duì)軟件流程圖以及

10、計(jì)步檢測(cè)算法進(jìn)行介紹，最終完成對(duì)實(shí)物的調(diào)試和功能驗(yàn)證。2 方案設(shè)計(jì)及選擇2.1 設(shè)計(jì)要求（1）使用單片機(jī)技術(shù)處理數(shù)據(jù)。（2）能夠有效的檢測(cè)人體步行動(dòng)作。（3）能夠顯示并且記錄單位時(shí)間內(nèi)的步數(shù)。（4）超過(guò)設(shè)定值報(bào)警。（5）可以通過(guò)按鍵設(shè)置每步的距離、總步數(shù)和總里程的預(yù)警值。2.2 MCU微處理器的選擇方案一：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微控制器是一款入門級(jí)微控制器，它的內(nèi)核簡(jiǎn)易，應(yīng)用廣泛，資料齊全，非常適合入門學(xué)習(xí)。同時(shí)價(jià)格低廉，是一款適用于追求低成本不求實(shí)時(shí)性的電子產(chǎn)品。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，8051微控制器在我國(guó)占據(jù)了小型家電市場(chǎng)，其中原因是超低成本。方案二：

11、采用16位微控制器MSP430微控制器是一款以低功耗聞名的16位微控制器，有許多低功耗的工作模式，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式，高效率的查表處理指令。這些特點(diǎn)都保證了用它可以編寫出高效率的源程序。方案三：采用32位微控制器現(xiàn)如今32位微控制器擁有超低功耗模式多種靈活的功率模式，適合不同的應(yīng)用情形，可最大限度延長(zhǎng)電池壽命；多種技術(shù)優(yōu)化功耗，包括時(shí)鐘和電源門控技術(shù)，以及帶有位處理引擎、外圍交叉橋和零等待閃存控制器的高效平臺(tái)等；深度睡眠模式下，可在不喚醒內(nèi)核的情況下進(jìn)行智能決策并處理數(shù)據(jù)。綜合上述幾種單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,就地取材選擇了由STC公司生產(chǎn)的一種價(jià)格便宜、

12、低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。2.3 傳感器的選擇方案一：選擇機(jī)械式振動(dòng)傳感器機(jī)械式振動(dòng)傳感器內(nèi)部有一個(gè)平衡錘，當(dāng)傳感器振動(dòng)時(shí)，平衡被破壞，因此會(huì)造成觸點(diǎn)的上下斷通。佩戴者在跑步過(guò)程中，身體起伏重心高低發(fā)生變化，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的振動(dòng)傳感器就會(huì)將這一變化轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送至控制單元，從而獲得佩戴者的運(yùn)動(dòng)信息。機(jī)械式振動(dòng)傳感器原理簡(jiǎn)單、精度和成本低，適用于振幅較大的場(chǎng)合。方案二：選擇加速度傳感器三軸加速度傳感器分為壓阻式，壓電式和電容式。加速度的變化能夠改變電阻、電壓或者電容的變化，從而獲得空間位置三個(gè)垂直方向的加速度分量。佩戴者在跑步過(guò)程中，身體上下起伏，計(jì)步

13、器內(nèi)部的微控制器讀取三軸加速度傳感器的三組模擬量，通過(guò)計(jì)步算法分析，獲取運(yùn)動(dòng)信息。三軸加速度傳感器具有精度高、反應(yīng)速度快、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)，廣泛使用于汽車、數(shù)碼產(chǎn)品、航天設(shè)備等領(lǐng)域。方案三：選擇壓力傳感器壓力傳感器是將壓力的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化。利用這一特性，可將壓力傳感器內(nèi)置在鞋的底部，當(dāng)用戶在行進(jìn)過(guò)程中，壓力傳感器受到的壓力不同（抬腳時(shí)腳對(duì)鞋無(wú)壓力，放腳時(shí)腳對(duì)鞋有持續(xù)壓力），這樣，計(jì)步器的主控單元讀取壓力值，經(jīng)過(guò)計(jì)步算法即可判斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。目前內(nèi)置于鞋底的壓力傳感器屬于柔性傳感器。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)上曾將它用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員的蹬地力、蹬地時(shí)間、足底接觸形狀、運(yùn)動(dòng)速度、離心力等信息，以便

14、指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員取得更好的成績(jī)。這種傳感器價(jià)格昂貴，設(shè)計(jì)難度較大，不適合本設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)振動(dòng)傳感器應(yīng)用于早期的計(jì)步器，測(cè)量精度低，誤判、漏判嚴(yán)重，不符合本課題高精度的設(shè)計(jì)原則。隨著加速度傳感器的工藝逐漸成熟，測(cè)量精度也逐漸提高，功耗已達(dá)到微安級(jí)別，隨著市場(chǎng)的大量使用，價(jià)格也降了下來(lái)，非常符合本課題的設(shè)計(jì)理念。結(jié)合價(jià)格、功耗和精度等多方面考慮，本課題選擇的三軸加速度傳感器MMA7455作為計(jì)步傳感器。2.4 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖2-1所示，該計(jì)步器是由STC89C52單片機(jī)、MMA7455加速度傳感器以及LED1602顯示屏等組成。傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)內(nèi)部A/D傳喚后，輸入單片機(jī)內(nèi)部，將數(shù)據(jù)處理后輸入液晶顯

15、示。LCD1602數(shù)據(jù)顯示微處理器STC89C52單片機(jī)MMA7455傳感器采集器圖2-1 總體方框圖3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 微處理器電路模塊STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPR

16、OM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)有8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，內(nèi)帶2K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間，可直接使用串口下載，如圖3-1所示：圖3-1 單

17、片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 3.2 計(jì)步器傳感器采集模塊MMA7455的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，X、Y、Z三個(gè)相互正交的的方向上的加速度由 G-Cell傳感器感知，經(jīng)過(guò)容壓變換器、增益放大、濾波器和溫度補(bǔ)償后以電壓信號(hào)輸出。圖3-1 MMA7455內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能框圖所謂的G-Cell傳感器是由半導(dǎo)體材料(多晶硅)經(jīng)半導(dǎo)體工藝加工得到，其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為三塊電容極板，如圖3-2所示，兩端的極板圈定，中間的極板在加速度的作用下，偏離無(wú)加速度的位置，這樣它到兩端極板的距離發(fā)生變化，造成電容值的變化。這個(gè)變化值經(jīng)容壓變換、增益放大，濾波等后體現(xiàn)在最后的電壓輸出值上，從而完成對(duì)加速度的測(cè)量。圖3-2 G-Cell

18、傳感器的物理模型MMA7455的三個(gè)相互正交的測(cè)量方向，固定在人體上后，這三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)意義也就隨之確定了。引腳配置（頂視圖）如圖3-3所示：圖3-3 引腳功能圖MMA7455是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計(jì)，分辨率高(13位)，測(cè)量范圍達(dá)16g。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為16位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，可通過(guò)SPI(3線或4線)或I2C數(shù)字接口訪問(wèn)。MMA7455非常適合移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用。它可以在傾斜檢測(cè)應(yīng)用中測(cè)量靜態(tài)重力加速度，還可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)或沖擊導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)加速度。其高分辨率(3.9mg/LSB)，能夠測(cè)量不到1.0的傾斜角度變化。如圖3-4所示，為傳感器底座，接口電路連接：圖3-4 傳感器連接模塊此模塊電路主

19、要功能就用于做MMA7455加速度傳感器的一個(gè)轉(zhuǎn)接口，而且利用MMA7455該加速度傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的變化值。相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生模塊。3.3 顯示模塊液晶顯示器(LCD)為平面超薄的顯示設(shè)備，液晶顯示器功耗很低，適用于使用電池的電子設(shè)備.它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。LCD特點(diǎn)：機(jī)身薄，節(jié)省空間。與比較笨重的CRT顯示器相比，液晶顯示器只要前者三分之一的空間。省電，不產(chǎn)生高溫，它屬于低耗電產(chǎn)品，可以做到完全不發(fā)熱(主要耗電和發(fā)熱部分存在于背光燈管或LED)，而CRT顯示器，因顯像技術(shù)不可避免產(chǎn)

20、生高溫。低輻射，益健康。液晶顯示器的輻射遠(yuǎn)低于CRT顯示器（僅僅是低，并不是完全沒(méi)有輻射，電子產(chǎn)品多多少少都有輻射）。畫面柔和不傷眼，不同于CRT技術(shù)，液晶顯示器畫面不會(huì)閃爍，可以減少顯示器對(duì)眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。如圖3-5所示：圖3-5 LCD1602標(biāo)準(zhǔn)16腳接口第1腳：GND為電源地。第2腳：VCC接5V電源正極。第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平1時(shí)

21、進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平1時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。第15腳背光正極。第16腳背光負(fù)極。特性3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)。3.4 鍵盤輸入模塊采用獨(dú)立式鍵盤接法，每個(gè)I/O口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接地，這種接法相比矩陣式鍵盤接法程序比較簡(jiǎn)單且系統(tǒng)更穩(wěn)定。在用單片機(jī)對(duì)鍵盤處理時(shí)會(huì)涉及鍵盤的去抖動(dòng)，也就是機(jī)械抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方法是先查詢按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10200毫秒以避開抖動(dòng)（一般為20毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O口的值，這一次的值如果為1表

22、示低電平的時(shí)間不到10200毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是0時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路圖如圖3-6所示：圖3-6 鍵盤控制電路圖3.5 蜂鳴器模塊蜂鳴器是一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、汽車電子設(shè)備、電子玩具、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為電磁式蜂鳴器和電壓式蜂鳴器兩種類型。本次設(shè)計(jì)的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路包括以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)限流電阻、一個(gè)自鎖開關(guān)。如圖3-7所示：圖3-7 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路4 軟件設(shè)計(jì)4.1 總體流程圖本次設(shè)計(jì)單片機(jī)程序采用C語(yǔ)言編寫，開發(fā)環(huán)境為WAVE。軟件編寫的好壞直接影響到

23、計(jì)步的準(zhǔn)確度以及是否有良好的人機(jī)交互功能。軟件部分包括單片機(jī)對(duì)硬件個(gè)模塊的整合、控制，主要實(shí)現(xiàn)計(jì)步、液晶顯示等功能，其主要由如下幾個(gè)程序模塊構(gòu)成。整個(gè)軟件采用C語(yǔ)言編程。開 始程序初始化調(diào)用各功能模塊程序顯示程序結(jié) 束圖4-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序流程圖圖4-1是計(jì)步器軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖。首先對(duì)所用到的各種部件進(jìn)行初始化，然后根據(jù)應(yīng)用的功能，調(diào)用各個(gè)子程序完成相應(yīng)的功能。4.2 主程序流程圖開 始調(diào)用按鍵掃描程序按鍵功能判斷相關(guān)數(shù)據(jù)操作顯示數(shù)據(jù)返 回圖4-2 主程序流程圖主程序的運(yùn)行過(guò)程如圖4-2體現(xiàn)。程序開始執(zhí)行，開始各I/O口的初始化，各功能按鍵的定義，分配單片機(jī)的各個(gè)I/O口位，然后液晶顯示器

24、進(jìn)行顯示，判斷各功能按鍵是否被按下，如果有功能鍵被按下，則通過(guò)液晶顯示器顯示，如此循環(huán)。4.3 子程序流程圖預(yù) 采 樣自適應(yīng)閥判斷閥值是否有效Y計(jì) 數(shù)YCount%N繼續(xù)計(jì)數(shù)圖4-3 子流程圖圖4-3所示，在完成掃描按鍵，確定工作狀態(tài)后，計(jì)步器進(jìn)入正常工作狀態(tài)，通過(guò)檢測(cè)傳感器的工作狀態(tài)，可判斷是否完成一個(gè)步行動(dòng)作。如果確定為一個(gè)步行動(dòng)作，通過(guò)程序的對(duì)數(shù)據(jù)的處理，產(chǎn)生距離數(shù)據(jù)，并將步數(shù)和距離一起顯示在LCD上。這只是一個(gè)過(guò)程，計(jì)步器功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)循環(huán)，在完成上述的一個(gè)過(guò)程后，會(huì)返回掃描按鍵，檢測(cè)按鍵有無(wú)動(dòng)作，如按鍵沒(méi)動(dòng)作，程序?qū)⒗^續(xù)檢測(cè)，記錄步數(shù)，一直循環(huán)下去。如檢測(cè)到按鍵有動(dòng)作后，將馬上退

25、出循環(huán)狀態(tài)。4.3 計(jì)步器算法的實(shí)現(xiàn)在可用于分析跑步或步行的特征當(dāng)中，我們選擇“加速度”作為相關(guān)參數(shù)。個(gè)體（及其相關(guān)軸）的運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)分量，分別是前向（“滾動(dòng)”）、豎向（“偏航”）和側(cè)向（“俯仰”），如圖4-4所示，MMA7455檢測(cè)其三個(gè)軸x、y和z上的加速度。計(jì)步器處于未知方向，因此測(cè)量精度不應(yīng)嚴(yán)重依賴于運(yùn)動(dòng)軸與加速度計(jì)測(cè)量軸之間的關(guān)系。圖4-4 跑步時(shí)三個(gè)分量讓我們考慮步行的特性。一個(gè)步伐，我們將其定義為單位步行周期，步行周期各階段與豎向和前向加速度變化之間有一定的關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)步數(shù)首先要對(duì)人走路的姿態(tài)有一定了解。行走時(shí),腳、腿、腰部,手臂都在運(yùn)動(dòng),它們的運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的加速度,并且

26、會(huì)在某點(diǎn)有一個(gè)峰值。從腳的加速度來(lái)檢測(cè)步數(shù)是最準(zhǔn)確的,但是考慮到攜帶的方便,我們選擇利用腰部的運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)步數(shù)。圖4-5顯示了與一名跑步者的豎向、前向和側(cè)向加速度相對(duì)應(yīng)的x、y和z軸測(cè)量結(jié)果的典型圖樣。無(wú)論如何穿戴計(jì)步器，總有至少一個(gè)軸具有相對(duì)較大的周期性加速度變化，因此峰值檢測(cè)和針對(duì)所有三個(gè)軸上的加速度的動(dòng)態(tài)閾值決策算法對(duì)于檢測(cè)單位步行或跑步周期至關(guān)重要。圖4-5 x、y和z軸加速度的典型圖樣首先，為使信號(hào)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4-6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(huì)變慢。圖4-6 數(shù)字濾波器圖4-7顯示了來(lái)自一

27、名步行者所戴計(jì)步器的最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)。對(duì)于跑步者，峰峰值會(huì)更高。圖4-7 最活躍的濾波數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度：系統(tǒng)持續(xù)更新三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(dòng)態(tài)閾值”。接下來(lái)的50次采樣利用此閾值判斷個(gè)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(dòng)態(tài)的。這種選擇具有自適應(yīng)性，并且足夠快。除動(dòng)態(tài)閾值外，還利用動(dòng)態(tài)精度來(lái)執(zhí)行進(jìn)一步濾波。步伐邁出的條件定義為：當(dāng)加速度曲線跨過(guò)動(dòng)態(tài)閾值下方時(shí)，加速度曲線的斜率為負(fù)值(sample_new (Mid_Ang - 7) & (X (Mid_Ang - 7) & (X 8;ET0 = 1;E

28、A = 1;Count = 0;Delay(1000);/延時(shí)1sWrite_Reg(0x16, 0x01);/配置加速傳感器Key0 = Key1 = Key2 = Key3 = Key4 = Key5 = 1;/初始化按鍵Bee = 1;/初始化蜂鳴器Display_Str(0, BJ:);/步距報(bào)警Display_Str(6, LC:); /里程報(bào)警Display_Str(17, BS:);/步數(shù)報(bào)警while(Key1)/等待開始計(jì)步按鍵被按下if(!Key2 | !Key3)/設(shè)置按鍵被按下則執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作Delay(5);if(!Key2)Step_Dis += 1;else if

29、(!Key3)Step_Dis -= 1;if(Step_Dis 20)Step_Dis = 20;if(!Key4 | !Key5)Delay(5);if(!Key4)Dis_Alarm += 10;else if(!Key5)Step_Alarm += 5;if(Dis_Alarm 5000)Dis_Alarm = 20;if(Step_Alarm 5000)Step_Alarm = 20;Write_Ord(0x80 + 0x03);Write_Byte(numberStep_Dis % 100 / 10);Write_Byte(numberStep_Dis % 10);Write_Ord(0x80 + 0x0a);Write_Byte(num