基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计
ADXL345中文PDF(数字加速度计)
2010年4月-修订版0至修订版A 更改特性部分和概述部分 ......................................................... 1 更改技术规格部分 ...................................................................... 3 更改表2和表3 ............................................................................... 5 增加封装信息部分、图2和表4；重新排序........................... 5 更改表5的引脚12描述 ................................................................ 6 增加典型工作特性部分.............................................................. 7 更改工作原理和电源时序部分 ................................................ 12 更改省电部分、表7、表8、自动休眠模式部分和待机模式 部分................................................................................................. 13 更改SPI部分.................................................................................. 14 更改图36至图38 ........................................................................... 15 更改表9和表10 ............................................................................. 16 更改I2C部分和表11 ..................................................................... 17 更改表12 ........................................................................................ 18 更改中断、活动、静止、自由落体部分............................... 19 增加表13 ........................................................................................ 19 更改FIFO部分............................................................................... 20 更改自测部分和表15至表18 ..................................................... 21 增加图42和表14 ........................................................................... 21 更改表19 ........................................................................................ 22
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，。
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”。
三轴加速度案例原理测试说明
“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。
基于加速度传感器的计步器设计与实现
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。
ADXL345三轴数字加速度计评估板（2009年9月14日）
Features
Figure 1
• ADXL345 Triple Axis Accelerometer • microSD Card Socket for FAT32/FAT16 Logging • Atmega328 with Arduino Bootloader • USB Connector for Serial Communication
1) SD Card Socket – Any FAT32 microSD card can be inserted into the SD Card Socket. 2) ADXL345 Triple Axis Accelerometer 3) USB Connector – Connect a USB cable from a computer to interact with the Evaluation Board 4) Status LEDs – The behavior of the Status LEDs is described later in the document. 5) UART Pins – TTL level serial communication can be accessed through these pins. 6) Power Switch – Power to the device is controlled with this switch. 7) AA Battery Clips – The device runs off of two AA batteries inserted in these clips. Double check the battery
ADXL345 Evaluation Board
ADXL345中文PDF
32 LEVEL FIFO
SDA/SDI/SDIO SERIAL I/O SDO/ALT ADDRESS
07925-001
SCL/SCLK GNDຫໍສະໝຸດ CS图1.Rev. A
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3轴，± 2g/ ± 4g/ ± 8g/ ± 16g 数字加速度计 ADXL345
超低功耗：VS = 2.5 V时（典型值），测量模式下低至23ìA， 待机模式下为0.1μA 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℃） 抗冲击能力：10,000 g 无铅/符合RoHS标准 小而薄：3 mm× 5 mm× 1 mm，LGA封装 应用 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 硬盘驱动器(HDD)保护
ADXL345加速度传感器实现的计步器算法
ADXL345加速度传感器实现的计步器算法第一步是初始化传感器。
首先，需要设置传感器的工作模式和测量范围。
通常，计步器使用2g或4g范围来适应不同的运动强度。
然后，设置传感器的数据输出速率，通常选择比较低的速率，例如10Hz。
最后，在传感器上启动测量。
接下来是数据采集和预处理阶段。
传感器将连续采集三个轴上的加速度数据，并将其存储在一个缓冲区中。
采样频率将根据所选择的数据输出速率决定，例如10Hz的输出速率表示每秒采样10次。
预处理阶段可以分为两个步骤：低通滤波和重力加速度消除。
低通滤波可以用于去除高频噪声，并提取出比较平稳的运动分量。
重力加速度消除可以通过将低通滤波后的加速度数据减去1g的加速度（重力加速度）来实现。
这样可以得到只包含运动加速度的数据。
接下来是步数计算阶段。
步数计算通常基于峰值检测算法。
峰值检测算法用于检测加速度数据中的步伐峰值，从而实现步数的计算。
峰值检测算法通常分为两个阶段：步伐检测和步伐计数。
步伐检测阶段通过检测加速度数据的变化来确定是否发生了一步。
其基本原理是检测到连续的加速度上升和下降过程。
步伐计数阶段通过检测步伐检测阶段发出的峰值来计算步数。
当检测到一个峰值时，计数器加1最后，为了提高算法的准确性，还可以进行一些优化措施。
例如，动态阈值的使用可以根据运动强度自适应地调整步伐检测阶段的阈值。
此外，消除跑步和上楼等特殊情况的影响也可以进一步提高算法的准确性。
综上所述，使用ADXL345加速度传感器实现计步器算法可以通过初始化传感器，采集和预处理数据，以及步数计算等步骤来实现。
这种算法可以通过适当的优化来提高计步器的准确性和稳定性。
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。
比如人在运动时会产生加速度。
本文介绍了利用人运动时产生加速度变化来检测步数的计步器实现方案，利用具有体积小，功耗低，三轴高精度加速度传感器ADXL345，芯片内部即可把数据采集来的数据处理为数字数据，采集到加速度数据以后加以适当的算法就可以实现计步功能。
本文设计了一款基于加速度传感器ADXL345的计步器。
详细介绍了计步器的软件算法的实同时芯片中还集成了SPI和I²C接口，可以方便地将数据传输到主控芯片。
该系统设计简单，实现方便。
该芯片也可以扩展到其它需要测量加速度的应用场合，具有非常广阔的应用前景。
关键字：计步器加速度传感器ADXL345 低功耗Based on three accelerometer ADXL345 company-wide functionalpedometer designAbstractPedometer is a popular daily exercise, can inspire people progress monitors challenge yourself, enhanced physique, help thin body. Early design of mechanical switch detection using aggravated with a simple steps, and the counter. When shaking these devices, can hear a metal ball slide back and forth, or a pendulum swings around percussion block pieces.Pedometer function can according to the calculated a people's movement situation to analyze a healthy condition of body. But the person's movements can pass a lot of properties for analysis. Such as people in motion produces acceleration. This paper describes the use of people move to detect changes generated when the acceleration of steps, utilization of implementation scheme pedometer, small size, low power consumption, high ADXL345 three axis acceleration sensor, chip can put the data acquisition to internal data processing for the digital data acquisition to acceleration data, after appropriate algorithm can achieve plan step function. This paper introduces the design of a paragraph of the pedometer ADXL345 based on acceleration sensor. Introduces the software algorithm real pedometer while the SPI has integrated chip I²C interface, and I can be conveniently data transmission to the main control chip. The system is simple in design, realization convenient. The chip can also extend to other need to measure the applications, the acceleration is very broad application prospect.KEY WORDS pedometer acceleration sensor ADXL345 low power consumption目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)2 课题研究背景及意义 (2)2.1 光电计步器 (2)2.2基于射频技术的短跑训练计步器 (3)2.3 基于加速度传感器的计步器 (5)3 ADXL3XX系列产品简介及本次设计方案的提出 (5)3.1 ADXL335, ADXL345和ADXL346三轴加速度计的区别 (6)3.1.1 ADXL335的简介、特点及功能框图 (7)3.1.2 ADXL346的简介、特点及功能框图 (8)3.1.3 ADXL345的简介、特点及功能框图 (10)3.2 本次系统总体设计方案的提出 (13)3.2.1 ADXL345中断及寄存器功能分析 (13)3.2.2 系统总体设计方案 (15)4 系统硬件设计各模块电路 (16)4.1 传感器电路连接模块 (16)4.1.1 ADXL345的两种串行通信模式简介 (16)4.1.2 传感器模块连接 (18)4.2 微处理器模块 (19)4.3 EEPROM模块 (22)4.4 显示模块 (23)5 软件设计 (25)5.1 软件总体设计 (25)5.2 算法的实现 (26)6 结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录1 加速度计步器ADXL345简介 (36)附录2 整机电路图 (38)附录3 源程序 (38)1 绪论随着社会的发展，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。
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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。
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：sample_new寄存器和sample_old寄存器。
这些寄存器中的数据分别称为sample_new和sample_old。
当新采样数据到来时，sample_new无条件移入sample_old寄存器。
然而，sample_result是否移入sample_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sample_result移入sample_new寄存器，否则sample_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(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
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 )
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。
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 mm × 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 mm × 3 mm × 0.95 mm塑封封装，电源电压范围为1.7 V至2.75 V。