計步器PPT課件(PPT 14頁)

1、第12組 楊文能 王志遠 王瀟 閆立川 張衛(wèi)東電子計步器1.第1頁，共14頁。01環(huán)境背景目錄02顧客需求03工作原理04硬件設計05軟件設計2.第2頁，共14頁。1.環(huán)境背景隨著社會的發(fā)展人們越來越注重自己的健康，跑步成為一種方便又有效的鍛煉方式。但是如何知道自己跑了多少步，多遠的路程?計步器可以幫助人們實時掌握鍛煉情況。它的主要功能是檢測步數(shù)通過數(shù)和步幅可計算行走的路程步幅信息?？赏ㄟ^行走固定的距離如20m來計算或是直接輸入高級的計步器還可以計算人體消耗的熱量。但這些計算的主要依據(jù)是步數(shù)的檢測。3.第3頁，共14頁。攜帶方便01使用方便02字體清晰03計步準確04設置簡單05外觀漂亮062

2、.顧客需求4.第4頁，共14頁。3.工作原理在人行走過程中，可以將距離、速度、加速度等屬性作為描述人體行走狀態(tài)的參數(shù)，本文主要對人體運動過程中的加速度信息進行采樣分析。行走時，身體的各個部位都在運動，它們的運動都會產(chǎn)生相應的加速度，其中垂直方向的加速度變化是最大的。5.第5頁，共14頁。 在每一個步伐周期中，人體的垂直加速度值都會出現(xiàn)一個峰值，這樣的一個峰值對應邁出的一步。采用加速度傳感器對人體運動的加速度信息進行采集，對加速度信號作預處理，再由微控制器通過計步算法準確地計算出人體實際行走的步數(shù)在人體運動過程中，腳離開地面是行走的第一步。由于地面會給蹬地的人一個反作用力，垂直加速度開始逐漸增大

3、，身體重心也逐漸上移。當腳要達到最高點位置時，腳的垂直速度值是最小的，垂直加速度值達到最大，然后接著腳會向下移動，垂直加速度值開始逐漸減小，最終腳落地，垂直加速度值減少到最小值，然后便進入到下一個步伐周期。6.第6頁，共14頁。4.硬件設計主控制器采用ST公司的基于ARM CortexM3內(nèi)核的48位微控制STM32F103C8T6，三軸加速度傳感器采用INEMO，同時采用2.4寸彩色液晶顯示屏對行走步數(shù)、剩余電量等信息進行顯示，按鍵和振動馬達作為人機交互設備。主控制器STM32F103C8T6按鍵電路SIM300INEMO液晶顯示電源7.第7頁，共14頁。 8.第8頁，共14頁。5.軟件設計

4、 系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)高精度計步器的數(shù)據(jù)采集、算法處理、信息輸出以及人機交互，核心技術是步數(shù)檢測算法實現(xiàn)。傳統(tǒng)的步數(shù)檢測算法主要有兩種:一是動態(tài)閾值判斷方法，從正弦波形的下降區(qū)間進行判斷；二是峰值檢測方法，從正弦波的拐點處判斷步數(shù)。這兩種檢測方法都有局限性和不確定性。本計步器結(jié)合以上兩種方法，提出一種新的改進算法，從而可高效準確地檢測出人體行走的步數(shù)。9.第9頁，共14頁。5.1數(shù)據(jù)預處理（1） 中值濾波在運動過程中,加速度傳感器的輸出信號會包含大量的脈沖噪聲信號，在實際計步過程中必須剔除。中值濾波是一種有效的消除脈沖噪聲的方法，它是一種基于排序統(tǒng)計理論的能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術，它把數(shù)

5、字圖像或數(shù)字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替，讓周圍的像素值接近真實值，從而消除孤立的噪聲點。（2） 低通濾波通常來講，人體每秒鐘行走0.52.0步，最多不超過5.0步。因此合理的計步器輸出為0.55.0 Hz，需要通過一個低通濾波器，以從原始加速度信號中分離出人體活動所產(chǎn)生的高頻低通噪聲，此時的低通濾波器截止頻率為5.0 Hz10.第10頁，共14頁。5.2、步數(shù)檢測算法 5.2.1三軸數(shù)據(jù)合一的方法選取加速度傳感器采集到的是三軸的加速度數(shù)據(jù)，這3個軸分別對應人體運動的3個方向。無論如何穿戴計步器，總有至少一個軸的數(shù)據(jù)具有較大的周期性加速度變化，所以某些算法采用單個軸的加速度

6、值來表征人體運動，算法實時比較三軸加速度數(shù)據(jù)大小，把加速度變化最大的那個軸記為有效軸，然后利用有效軸的數(shù)據(jù)進行分析和步伐判斷。但是這種實時判斷有效軸的方法容易丟失計數(shù)點，加速度有效軸可能會不停地變換，這會導致數(shù)據(jù)過于敏感，穩(wěn)定性差。為了很好地解決這個問題，本文采用三軸合一加速度的方法處理數(shù)據(jù)。11.第11頁，共14頁。5.2.2、步數(shù)檢測的核心算法 系統(tǒng)中設定兩個移位寄存器,其中一個寄存器用于保存新得到的加速度采樣值，根據(jù)動態(tài)峰值可以確定動態(tài)閾值的大小，當新得到一個加速度采樣值時，將其與新數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值進行比較，若二者的差值的絕對值大于動態(tài)精度時，則新數(shù)據(jù)寄存器的值移位到舊數(shù)據(jù)寄存器，而新得到的加速度值就可以移位到新數(shù)據(jù)寄存器；當加速度變化值小于或等于動態(tài)精度時，此變化值被拋棄，新數(shù)據(jù)寄存器保持不變。舊數(shù)據(jù)寄存器則不斷地更新采樣數(shù)據(jù)。在得到有效步數(shù)后，對有效步數(shù)的合加速度值進行檢測，峰值點應滿足下式，其中tp為峰值點附近加速度的幅值。12.第12頁，共14頁。 當滿足峰值條件后，再對合加速度信號進行幅度閾值條件和時間閾值條件的判斷,以避免行走時身體抖動對計步的影響，最后對實際的步數(shù)進行