基于3軸加速度計ADXL345的全功能計步器設計

簡介
計步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進度監控器，可以激勵人們挑戰自己，增強體質，幫助瘦身。早期設計利用加重的機械開關檢測步伐，并帶有一個簡單的計數器。晃動這些裝置時，可以聽到有一個金屬球來回滑動，或者一個擺錘左右擺動敲擊擋塊。

如今，先進的計步器利用MEMS（微機電系統）慣性傳感器和復雜的軟件來精確檢測真實的步伐。MEMS慣性傳感器可以更準確地檢測步伐，誤檢率更低。MEMS慣性傳感器具有低成本、小尺寸和低功耗的特點，因此越來越多的便攜式消費電子設備開始集成計步器功能，如音樂播放器和手機等。ADI公司的3軸加速度計ADXL335, ADXL345和 ADXL346小巧纖薄，功耗極低，非常適合這種應用。

本文以對步伐特征的研究為基礎，描述一個采用3軸

圖1. 各軸的定義

讓我們考慮步行的特性。圖2描繪了一個步伐，我們將其定義為單位步行周期，圖中顯示了步行周期各階段與豎向和前向加速度變化之間的關系。

圖2. 步行階段與加速度模式

圖3顯示了與一名跑步者的豎向、前向和側向加速度相對應的x、y和z軸測量結果的典型圖樣。無論如何穿戴計步器，總有至少一個軸具有相對較大的周期性加速度變化，因此峰值檢測和針對所有三個軸上的加速度的動態閾值決策算法對于檢測單位步行或跑步周期至關重要。

圖3. 從一名跑步者測得的x、y和z軸加速度的典型圖樣

算法
步伐參數
數字濾波器：首先，為使圖3所示的信號波形變得平滑，需要一個數字濾波器。可以使用四個寄存器和一個求和單元，如圖4所示。當然，可以使用更多寄存器以使加速度數據更加平滑，但響應時間會變慢。

圖4. 數字濾波器

圖5顯示了來自一名步行者所戴計步器的最活躍軸的濾波數據。對于跑步者，峰峰值會更高。

圖5. 最活躍軸的濾波數據