基于3轴加速度计ADXL345_的全功能计步器设计
基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计
时间：2010-11-01 21:57:19 来源：作者：
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。
图5. 最活跃轴的滤波数据
动态阈值和动态精度：系统持续更新3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，如图6所示。
图6. 动态阈值和动态精度
利用一个线性移位寄存器和动态阈值判断个体是否有效地迈出一步。该线性移位寄存器含有2个寄存器：sam ple_new寄存器和sam ple_old寄存器。这些寄存器中的数据分别称为
sam ple_new和sam ple_old。当新采样数据到来时，sam ple_new无条件移入sam ple_old寄存器。然而，sam ple_result是否移入sam ple_new寄存器取决于下述条件：如果加速度变化大于预定义精度，则最新的采样结果sam ple_result移入sam ple_new寄存器，否则sam ple_new寄存器保持不变。因此，移位寄存器组可以消除高频噪声，从而保证结果更加精确。
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(sam ple_new < sam ple_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1列出了TA = 25°C, VS = 2.5 V, and VDD I/O = 1.8 V时的可配置数据速率（以及功耗）。
表1. 数据速率和功耗
输出数据速率(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 m s)。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。
图7显示了步伐参数的算法流程图。
图7. 步伐参数算法流程图
距离参数
根据上述算法计算步伐参数之后，我们可以使用公式1获得距离参数。
距离 = 步数×每步距离(1) 每步距离取决于用户的速度和身高。如果用户身材较高或以较快速度跑步，步长就会较长。参考设计每2秒更新一次距离、速度和卡路里参数。因此，我们使用每2秒计数到的步数判断当前跨步长度。表2显示了用于判断当前跨步长度的实验数据。
表2. 跨步长度与速度（每2秒步数）和身高的关系
每2秒步数跨步(m/s)
0~2 身高/5
2~3 身高/4
3~4 身高/3
4~5 身高/2
5~6 身高/1.2
6~8 身高
>=8 1.2 ×身高
2秒的时间间隔可以利用采样数精确算出。以50 Hz数据速率为例，处理器可以每100次采样发送一次相应的指令。处理器利用一个名为m_nLastPedom eter的变量记录每个2秒间隔开始时的步数，并利用一个名为m_nPedom eterValue的变量记录每个2秒间隔结束时的步数。这样，每2秒步数等于m_nPedom eterValue与m_nLastPedom eter之差。
虽然数据速率为50 Hz，但ADXL345的片内FIFO使得处理器无需每20 m s读取一次数据，极大地减轻了主处理器的负担。该缓冲器支持四种工作模式：旁路、FIFO、流和触发。在FIFO模式下，x、y、z轴的测量数据存储在FIFO中。当FIFO中的采样数与FIFO_CTL寄存器采样数位规定的数量相等时，水印中断置1。如前所述，人们的跑步速度最快可达每秒5步，因此每0.2秒刷新一次结果即可保证实时显示，从而处理器只需每0.2秒通过水印中断唤醒一次并从ADXL345读取数据。FIFO的其它功能也都非常有用。利用触发模式，FIFO可以告诉我们中断之前发生了什么。由于所述解决方案没有使用FIFO的其它功能，因此笔者将不展开讨论。本文来自电子发烧友网
(https://www.360docs.net/doc/4615638914.html,)
速度参数
速度=距离/时间，而每2秒步数和跨步长度均可根据上述算法计算，因此可以使用公式2获得速度参数。
速度 = 每2秒步数×跨步/2 s (2) 卡路里参数
我们无法精确计算卡路里的消耗速率。决定其消耗速率的一些因素包括体重、健身强度、运动水平和新陈代谢。不过，我们可以使用常规近似法进行估计。表3显示了卡路里消耗与跑步速度的典型关系。
表3. 卡路里消耗与跑步速度的关系
跑步速度(km/h) 卡路里消耗(C/kg/h)
8 10
12 15
16 20
20 25
由表3可以得到公式(3)。
卡路里(C/kg/h) = 1.25 ×跑步速度(km/h) (3) 以上所用的速度参数单位为m/s，将km/h转换为m/s可得公式4。
卡路里(C/kg/h) = 1.25 ×速度(m/s) × 3600/1000 (4)
卡路里参数随同距离和速度参数每2秒更新一次。为了考虑运动者的体重，我们可以将公式4转换为公式5。体重(kg)为用户输入量，一个小时等于1800个2秒间隔。
卡路里(C/2 s) = 4.5 ×速度×体重/1800 (5) 如果用户在步行或跑步之后休息，则步数和距离将不变化，速度应为0，此时的卡路里消耗可以利用公式6计算（休息时的卡路里消耗约为1 C/kg/h）。
卡路里(C/2 s) = 1 ×体重/1800 (6) 最后，我们可以将所有2秒间隔的卡路里相加，获得总卡路里消耗量。
硬件连接
ADXL345易于连接到任何使用I2C?或SPI数字通信协议的处理器。图8给出了演示设备的原理示意图，它采用3V电池供电。ADXL345的/CS引脚连接到板上的VS，以选择I2C模式。利用一个低成本精密模拟微控制器ADuC7024从ADXL345读取数据，执行算法，并通过UART将结果发送至PC。SDA和SCL分别为I2C总线的数据和时钟引脚，从ADXL345连接到ADuC7024的对应引脚。ADXL345的两个中断引脚连接到ADuC7024的IRQ输入，以产生各种中断信号并唤醒处理器。
图8. 硬件系统的原理示意图
用户界面
用户界面显示测试数据，并对操作员的指令做出响应。用户界面(UI)运行之后，串行端口应打开，通信链路应启动，随后演示程序将持续运行。图9显示了用户佩戴计步器步行或跑步时的测试情况。用户可以输入其体重和身高数据，距离、速度和卡路里参数将根据这些数据进行计算。
图9. 用户佩戴计步器步行或跑步时的测试情况
结论
ADXL345是一款出色的加速度计，非常适合计步器应用。它具有小巧纤薄的特点，采用3 m m × 5 mm × 0.95 mm塑封封装，利用它开发的计步器已经出现在医疗仪器和高档消费电子设备中。它在测量模式下的功耗仅40 μA，待机模式下为0.1 μA，堪称电池供电产品的理想之选。嵌入式FIFO 极大地减轻了主处理器的负荷，使功耗显著降低。此外，可以利用可选的输出数据速率进行定时，从而取代处理器中的定时器。13位分辨率可以检测非常小的峰峰值变化，为开发高精度计步器创造了条件。最后，它具有三轴输出功能，结合上述算法，用户可以将计步器戴在身上几乎任何部位。
几点建议：如果应用对成本极其敏感，或者模拟输出加速度计更适合，建议使用ADXL335，它是一款完整的小尺寸、薄型、低功耗、三轴加速度计，提供经过信号调理的电压输出。如果PCB 尺寸至关重要，建议使用ADXL346，这款低功耗器件的内置功能甚至比ADXL345还多，采用小巧纤薄的3 m m × 3 mm × 0.95 mm塑封封装，电源电压范围为1.7 V至2.75 V。
三轴加速度传感器原理应用及前景分析
三轴加速度传感器原理及应用 2012年09月09日 12:42来源：本站整理作者：胡哥我要评论(0) 三轴加速度传感器原理 MEMS换能器（Transducer）可分为传感器（Sensor）和致动器（Actuator）两类。其中传感器会接受外界的传递的物理性输入，通过感测器转换为电子信号，再最终转换为可用的信息，如加速度传感器、陀螺仪、压力传感器等。其主要感应方式是对一些微小的物理量的变化进行测量，如电阻值、电容值、应力、形变、位移等，再通过电压信号来表示这些变化量。致动器则接受来自控制器的电子信号指令，做出其要求的反应动作，如光敏开关、MEMS显示器等。 目前的加速度传感器有多种实现方式，主要可分为压电式、电容式及热感应式三种，这三种技术各有其优缺点。以电容式3轴加速度计的技术原理为例。电容式加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况。其主要为利用硅的机械性质设计出的可移动机构，机构中主要包括两组硅梳齿（Silicon Fingers），一组固定，另一组随即运动物体移动；前者相当于固定的电极，后者的功能则是可移动电极。当可移动的梳齿产生了位移，就会随之产生与位移成比例电容值的改变。 当运动物体出现变速运动而产生加速度时，其内部的电极位置发生变化，就会反映到电容值的变化（ΔC），该电容差值会传送给一颗接口芯片（InteRFace Chip）并由其输出电压值。因此3轴加速度传感器必然包含一个单纯的机械性MEMS传感器和一枚ASIC接口芯片两部分，前者内部有成群移动的电子，主要测量XY及Z轴的区域，后者则将电容值的变化转换为电压输出。 文中所述的传感器和ASIC接口芯片两部分都可以采用CMOS制程来生产，而在目前的实际生产制造中，由于二者实现技术上的差异，这两部分大都会通过不同的加工流程来生产，再最终封装整合到一起成为系统单封装芯片（SiP）。封装形式可采用堆叠（Stacked）或并排（Side-by-Side）。 手持设备设计的关键之一是尺寸的小巧。目前ST采用先进LGA封装的加速度传感器的尺寸仅有3 X 5 X 1mm，十分适合便携式移动设备的应用。但考虑到用户对尺寸可能提出的进一步需求，加速度传感器的设计要实现更小的尺寸、更高的性能和更低的成本；其检测与混合讯号单元也会朝向晶圆级封装（WLP）发展。 下一代产品的设计永远是ST关注的要点。就加速度传感器的发展而言，单芯片结构自然是
数字电子健身计步器设计
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）。
三轴向高灵敏度加速度传感器
三轴向高灵敏度加速度传感器 便携式电子产品功能的增加推动了对数据驱动器存储的需求，设计人员正在寻找占用较小板卡空间的改进保护系统。飞思卡尔半导体率先推出业界第一款三轴向高灵敏度加速度传感器——MMA7260Q。MMA7260Q能在XYZ三个轴向上以极高的灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆，它是同类产品中的第一个单芯片三轴向加速器。 1 小巧的巨人 飞思卡尔自1980年第一个传感器问世以来，销售的传感器数量在去年已经突破了具有里程碑意义的4．5亿大关。飞思卡尔帮助客户开发产品，用以监控身边的大量产品和技术。 MEMS传感器是面向加速和压力传感器市场的支持技术。飞思卡尔将非常小的电子和机械组件包含在一个封装中，做成了MEMS传感器。这个封装还整合了集成电路(IC)。当MEMS感应、处理或控制周围环境时，它使系统的一部分能够进行信息处理。传感器适用于需要测量因倾斜、移动、定位、震动或摆动而产生的各种力，或者测量压力、高度、重量和水位的最终产品以及嵌入式系统。 飞思卡尔基于MEMS的压力传感器和加速传感器是汽车电子、保健监控设备、智能便携电子设备(如蜂窝电话、PDA、硬盘驱盘器、计算机外围设备和无线设备)等应用中的关键组件。使用MEMS传感器，您能够拥有更准确的血压监控设备；更精确的气象站气象测量；功能更高的呼吸器和反应更快、更强的游戏设备。 汽车设计人员和厂商在每辆汽车内的不同地方都要应用MEMS传感器。在加强汽车安全的应用中，加速传感器提供碰撞检测功能，并对前／侧气囊及其他汽车安全设备进行有效部署。在特殊的保健监控应用中，压力传感器为病人提供重要诊断。在蜂窝电话中，MEMS产品能用自然的手部运动(而不是推动按钮的方法)激活各种功能。 飞思卡尔开发的基于微机电系统(MEMS)的三轴向低重力加速计MMA7260Q，专门面向便携式消者电子产品。MMA7260Q的可选灵敏度允许在1．5 g、2 g、4 g和6 g的不同范围内进行设计。它的3μA睡眠模式、500μA低运行电流、1．0 ms的快速启动响应时间以及6 minx6 mm×1．45 mm的QFN小巧包装等其他特性，使围绕 MMA7260Q的设计活动轻松方便、经济高效。 MMA7260Q是一款单芯片设备，具有三轴向检测功能，使便携式设备能够智能地响应位置、方位和移动的变化。它的封装尺寸很小，只需较小的板卡空间，另外还提供快速启动和休眠模式。这些特性使MMA7260Q成为采用电池供电电子产品的理想之选，包括PDA、手机、3D游戏和数码相机等。 飞思卡尔能提供1．5~250 g的一系列加速传感器产品，使用在从高度敏感的地震监测到强劲的碰撞检测等应用中。 在三星电子最近发布的两款最新数字音频播放器(YH_J70和YP_T8)中，采用了这种传感器。YH_J70采用这种传感器，实现了通过倾斜和自由下落检测来滚动菜单的功能。在YP_T8闪存式多媒体播放器中，通过传感器的倾斜检测实现了游戏功能。 2 全方位感知 由于MMA7260Q传感器能在三个轴向上灵敏地准确测量到低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆，各个行业的设计工程师都能得以致用。
三轴角度检测(倾角传感器MMA7455(加速度传感器))
#include 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 概述： 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。该器件提供多种特殊检测功能。 活动和非活动检测功能通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生。敲击检测功能 可以检测任意方向的单振和双振动作。自由落体检测功能可以检测器件是否正在掉落。这些功能可以独立 映射到两个中断输岀引脚中的一个。正在申请专利的集成式存储器管理系统采用一个32级先进先岀（FIFO）缓冲器，可用于存储数据，从而将主机处理器负荷降至最低，并降低整体系统功耗。低功耗模式支持基于运动的智能电源管理，从而以极低的功耗进行阈值感测和运动加速度测量。ADXL345采用3 mm X 5 mm x 1 mm，14引脚小型超薄塑料封装。 对比常用的飞思卡尔的MMZ7260三轴加速度传感器，ADXL345，具有测量精度高、可以通过SPI或I2C 直接和单片机通讯等优点。 特性： 超低功耗：VS= 2.5 V 时（典型值），测量模式下低至23uA， 待机模式下为0.1 g A功耗随带宽自动按比例变化 用户可选的分辨率10位固定分辨率全分辨率，分辨率随g范围提高而提高， ±16g时高达13位（在所有g范围内保持4 mg/LSB的比例系数） 正在申请专利的嵌入式存储器管理系统采用FIFO技术，可将主机处理器负荷 降至最低。单振/双振检测，活动/非活动监控，自由落体检测 电源电压范围：2.0 V 至3.6 V I / O电压范围：1.7 V至VS SPI （3线和4线）和I2C数字接口 灵活的中断模式，可映射到任一中断引脚 通过串行命令可选测量范围 通过串行命令可选带宽 宽温度范围（-40°C至+85 °C） 抗冲击能力：10,000 g 无铅/符合RoHS标准 小而薄：3 mn X 5 mm x 1 mm，LGA 封装 模组尺寸：23*18*11mm （高度含插针高度 应用： 机器人控制、运动检测 过程控制，电池供电系统 硬盘驱动器（HDD）保护，单电源数据采集系统 手机，医疗仪器，游戏和定点设备，工业仪器仪表，个人导航设备 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 三轴加速度传感器的步态识别系统 近年来随着微机电系统的发展，加速度传感器已经广泛应用于各个领域并拥有良好的发展前景。例如在智能家居、手势识别、步态识别、跌倒检测等领域，都可以通过加速度传感器实时获得行为数据从而判断出用户的行为情况。 目前许多智能手机都内置多种传感器，通过预装软件就能够获得较精确的原始数据。本文提出一种基于三轴加速度传感器，用智能手机采集用户数据，对数据进行处理及特征提取获得特征矩阵并分类识别的方法，有效地识别了站立、走、跑、跳四种动作。 人体动作识别处理过程主要包含数据采集、预处理、特征提取和分类器识别数据采集数据采集和发送模块安装在用户端，另一个数据接收模块接在电脑终端上。 由于我们制作的采集模块很轻、很小，所以方便佩戴。当用户运动时，三轴加速度传感器会将据采集并通过无线方式发送给电脑接收模块，再通过电脑上的软件部分对采集到的数据进行分析处理，将结果输出，显示用户的实时状态。 本文使用的加速度传感器数据来自于共计６０个样本。传感器统一佩戴于腰间。本文选取了其中一位采集者的数据用于主要分析研究， 其余两位采集者的数据则用于验证由第一位采集者数据研究所得的结论，这样的做法既减小了数据处理的繁杂又能保证最终结果的准确性。预处理应用程序设置的采集时间间隔为０．１ｓ，对每一个动作的采集时间为２５ｓ。考虑到用户在采集数据一开始与将要结束时的动作不平稳可能对数据带来较大影响，前２ｓ２ｓ采集的数据将被舍弃不予分析。因原始加速度信号一般都含有噪声，为了提高数据分析结果的准确性，通常在原始加速度信号进行特征提取前对其进行去躁、归一化、加窗等预处理。通过加窗处理，不仅规整了加速度信号的长度，而且方便研究人员按照需要选择适宜的信号长度，这样有利于后续的特征提取。 许多研究人员使所示。研究人员采集的加速度传感器信号由于采集者的动作力度不同造成加速度信号的幅度差异较大，这会对之后的分类识别造成负面影响，归一化技术可以调整加速度信号的幅度，按照一定的归一化算法可以使加速度信号的幅度限定在某一数值范围内，文献[２]在识别跑、站立、跳和走路这四种动作时对四种动作的加速度信号进行了归一化；文献[３]在进行手势识别时对手势动作的加速度信号进行了归一化处理。特征提取特征提取和选择模块的作用在于从加速度信号中提取出那些表征人体行为的特征向量，处于预处理模块和分类器模块之间，是人体行为识别过程中的一个重要环节，直接影响分类识别的效果。特征的提取方法具有多样性，对于不同的识别目的，研究人员会提取不同的特征，例如为了识别分类站立和跑步，研究人员通常会选取方差和标准差这类能够反映加速度信号变化大小的特征，而为了识别分类走路和跑步，研究人员通常会选取能量 ●新特器件应用 １ＡＤＸＬ３３０简介 ＡＤＸＬ３３０是美国模拟器件公司（ＡＤＩ）新近推出的一款带有信号调理电路，可提供模拟电压输出的小量程、小尺寸、低功耗３轴加速度计。ＡＤＸＬ３３０将ｉＭＥＭＳ（微机电系统）传感器结构与信号调理结合在一起，功耗电流降低至２００μＡ（在２．０Ｖ电源电压下），比同类器件的功耗典型值低５０％。考虑到手机 和其他便携式消费类电子产品的设计要求， ＡＤＸＬ３３０采用４ｍｍ×４ｍｍ×１．４５ｍｍ小型封装， 集成了一个坚固的３轴传感器结构及其信号调理电路，该加速度计的测量动态范围是±３ｇ。单块的硅 表面具有微机电传感器和信号处理电路可实现开环加速度测量，输出的模拟电压信号与加速度成正比，它不仅可以测量静态加速度（如某个斜坡上的加速度），还可以测量动态加速度（如物体在移动、震动时产生的加速度），具有１００００ｇ额定耐冲压强度，具有良好的０ｇ偏压稳定性和良好的灵敏度。利用３轴ｉＭＥＭＳ加速度计可以实现多种功能，从而改进了 用户与便携式电子产品间的互动界面，但昂贵的价格一直是制约ｉＭＥＭＳ加速度计大规模应用的瓶颈。 ＡＤＩ推出的ＡＤＸＬ３３０大批量报价低于２．００美元／片，已经接近１美元的临界价位，预计低于１美元的３轴ＭＥＭＳ加速度计将在未来两年内面世。ＡＤＸＬ３３０可应用于蜂窝手机、ＧＰＳ导航系统、车辆 稳定控制、惯性测量单元、导航控制领域等。 ２ＡＤＸＬ３３０结构功能 ＡＤＸＬ３３０的引脚排列如图１所示。从图中可 以看出，１、４、９、１１、１３、１６是预留引脚；２引脚是自我 三轴加速度计ＡＤＸＬ３３０的特点及其应用 孟维国 （苏州大学电子信息学院，江苏苏州２１５０２１） 摘要：ＡＤＸＬ３３０是美国模拟器件公司推出的完整的三轴加速度计，可以静态或者动态测量物体的加速度，测量范围是±２ｇ。介绍了ＡＤＸＬ３３０的主要特点及其在组合导航系统中的应用。关键词：加速度计；ＡＤＸＬ３３０；ＧＰＳ；ＳＩＮＳ；组合导航系统 中图分类号：ＴＰ２３ 文献标识码：Ｂ文章编号：１００６－６９７７（２００７）０２－００４７－０３ ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｒｅｅａｘｉｓａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒＡＤＸＬ３３０ａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＭＥＮＧＷｅｉ－ｇｕｏ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５０２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＡＤＸＬ３３０ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙＡＤＩ，ａｎｄｉｔｉｓａｃｏｍｐｌｅｔｅ３－ａｘｉｓａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｏｎａｓｉｎｇｌｅｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃＩＣ，ｉｔｃａｎｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｔｉｃａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｄｙｎａｍｉｃａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ， ｉｔｈａｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒａｎｇｅｏｆ±３ｇ．ＴｈｅｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＡＤＸＬ３３０ａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｅｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ；ＡＤＸＬ３３０；ＧＰＳ；ＳＩＮＳ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ 图１ＡＤＸＬ３３０ 引脚排列 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 Three-axis acceleration sensor variable in capacitance under application of acceleration United States Patent 5383364 Abstract: An acceleration sensor comprises an upper semiconductor substrate having a rigid frame, four deformable beams connected with the rigid frame, and a weight portion supported by the plurality of deformable beams, a lower semiconductor substrate bonded to the rigid frame, a plurality of movable electrodes attached to the weight portion, and electrically isolated from one another, and a plurality of stationary electrodes attached to the second semiconductor substrate, and opposite to the plurality of movable electrodes for forming a plurality of variable capacitors, and the center of gravity of the weight portion is spaced from a common neutral surface of the four beams for allowing acceleration to produce bending moment exerted on the four beams, thereby causing the variable capacitors to independently change the capacitance. Inventors: Takahashi, Masaji (Tokyo, JP) Kondo, Yuji (Tokyo, JP) Application Number: 07/972537 Publication Date: 01/24/1995 Filing Date: 11/06/1992 Export Citation: Click for automatic bibliography generation Assignee: NEC Corporation (Tokyo, JP) Primary Class: 73/514.32 Other Classes: 73/514.34, 73/514.36, 361/280 International Classes: G01P15/125; G01P15/18; (IPC1-7): G01P15/125 Field of Search: 73/517R, 73/517AV, 73/517B, 361/280 View Patent Images: Download PDF 5383364 PDF help US Patent References: 5243861 Capacitive type semiconductor accelerometer 1993-09-14 Kloeck et al. 735/17R 5134881 Micro-machined accelerometer with composite material springs 1992-08-04 MMA7260 三轴加速度传感器使用手册 一、MMA7260QT的简介 MMA7260QT低成本微型电容式加速度传感器,采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，并且提供4个量程可选，用户可在4个灵敏度中的选择。该器件带有低通滤波并已做零g补偿。本产品还提供休眠模式，因而是电池充电的手持设备产品的理想之选。 二、特性： (1) 可选灵敏度(1.5g/2g/4g/6g) (2) 低功耗：500 μA (3) 休眠模式： 3 μA (4) 低压运行：2.2 V - 3.6 V (5) 6mm x 6mm x 1.45 mm的无引线四方扁平 (QFN) 封装； (6) 高灵敏度(800 mV/g @ 1.5g) (7) 快速开启 (8) 低通滤波器具备内部信号调理 (9) 设计稳定、防震能力强 (10) 无铅焊接 (11) 环保封装 (12) 成本低 三、典型应用: 三轴加速度传感器是一种可以对物体运动过程中的加速度进行测量的电子设备，典型互动应用中的加速度传感器可以用来对物体的姿态或者运动方向进行检测，比 如其中WII和iPhone中的经典应用。Nokia最新推出的手机N95利用内置的加速度传感器，让用户可以通过机身的摆动进行各种操作，包括主菜单操 作、图片浏览、切歌操作甚至进行游戏的控制等，非常全面，甚至超越了苹果 iPhone的动作感应功能的应用范畴。 基于Freescale公司MMA7260的这个三轴加速度传感器，对于普通的互动应用来讲应该是一个不错的选择， 可以用于摩托车和汽车防盗报警器，遥控航模，游戏手柄，跌倒探测，硬盘冲击保护，倾斜角度测量，电梯安全监控等需要测试加速度的地方。 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 “三轴加速度”原理测试说明 1程序设计目标及程序运行效果说明 本案例是通过三轴加速度计ADXL345测得重力加速度在x、y、z方向的分加速度，通过分加速度计算出芯片在x、y方向的倾角，再由数码管显示出来（左边数码管显示x方向的倾角，右边显示y方向的倾角），其中按键key1实现校准功能。 2程序相关电路及工作原理说明 ADXL345通过IIC_SCL和IIC_SDA与单片机相连，单片机以IIC总线的方式对ADXL345进行读写。 2.1ADXL345原理简述 ADXL345是一款完整的3轴加速度测量系统，既可以测量运动或冲击导致的动态加速度，也能测量静止加速度，例如重力加速度，使得器件可作为倾斜传 感器使用。 初始化时，ADXL345在启动序列期间工作在100 Hz ODR，在INT1引脚上有DATA_READY中断。设置其它中断或使用FIFO时，建议所使用的寄存器在 POWER_CTL和INT_ENABLE寄存器之前进行设置。 读取数据时，DATA_READY中断信号表明数据寄存器中的三轴加速度数据已被更新。当新数据就绪时它会被置为高电平。(通过DATA_FORMAT寄存器，中断信号可设置为由低电平变为高电平)利用低-高跃迁来触发中断服务例程。可从DATAX0、DATAX1、DATAY0、DATAY1、DATAZ0和DATAZ1寄存器中读取数据。为了确保数据的一致性，推荐使用多字节读取从ADXL345获取数据。 ADXL345为16位数据格式。从数据寄存器中获取加速度数据后，用户必须对数据进行重建。 DATAX0是X轴加速度的低字节寄存器，DATAX1是高字节寄存器。在13位模式下高4位是符号位。注意，可通过DATA_FORMAT寄存器设置其它数据格式POWER_CTL和INT_ENABLE寄存器之前进行设置。 同时ADXL345具有偏移寄存器，可进行偏移校准。偏移寄存器的数据格式是8位、二进制补码。偏移寄存器的分辨率为15.6 mg/LSB。如果偏移校准的精度必须高于15.6 mg/LSB，需要在处理器中进行校准。偏移寄存器将写入到寄存器的值相加来测试加速度。例如，如果偏移为+156 mg，那么应该往偏移寄存器写入?156 mg。 2.2I2C总线介绍 I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C总线硬件结构图如下： 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基于单片机的计步器设计及实现模板
完整版三轴数字加速度传感器ADXL345技术资料
健康计步器毕业设计
三轴加速度传感器的步态识别系统
三轴加速度计ADXL330的特点及其应用
基于单片机的多功能计步器
三轴加速度传感器
三轴加速度传感器MMA7260
电子计步器的设计
三轴加速度案例原理测试说明
基于单片机的计步器设计及实现2015-1-7 22.7.39
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