物理论文：电子测速计步器

电子测速计步器
作者：梁欣武学校：陕西省丹凤中学辅导教师：张科亮
关键词：光电门平均速度路程计步显示模块
正文：
目前人们常见的运动计步设备是智能手机和手环，其工作原理大体是内部有设有一个类似单摆的重力感应器或者震动感应器，在计步设备使用一段时间后，因灰尘污染等原因导致计步不准的情况，另外，记步设备还存在无效计步的情况。

因此，我专门设计一款准确的测速计步器，能避免无效计步和不准确的计步的问题。

1、器材：可充电电池、电光门传感器、微型计算机、数码屏、电路控制开关、芯片、Led电子芯片、发电机、小杰电池、蓝牙设备、能量转换模块等。

2、基本原理是：将光电门安装在腿部，行走或跑步的运动可以看作一条腿相对于另一条腿的相对运动过程，那么在两腿交错时，光电门可以通过计时，连通安装时预测的腿宽可以测出人腿运动到最低点摆动过程的速度，这个速度与人体运动速度在同一直线上，所以可以近似看作是人体运动的速度，在采集腿连续摆动的时长，用时间和速度可计算出人体运动的路程。

光电门的安装位置可以选取在漆盖关节下任意位置，因为两腿分开后所构成的扇形面积，测速部位的速度与通过广电门的时长与脚部的运动情况成正比关系，对准确测量没有影响。

3、物理原理：
参考系：运动时，以携带设备的一条腿作为参照物，另一条腿在运动。

平均速度：用位移比上时间即为速度，且在最人运动到最低点时的速度方向与人体整体运动方向一至。

速度比例：在相同时间内，位移之比与速度之比相等。

4、模块设计：
测距模块：安装在光电门附近，使用之前扫描测量人腿（参照物）的平均宽度，作为预设位移值备用。

主要部件为光传感器，利用光的反射范围确定人腿宽度。

测速模块：主要部件为光电门，在人运动时，光电门测出交错的时间，从而利用速度位移公式计算出该过程的平均速度，该速度与人体运动速度有一定比例
关系。

利用该关系可以测出人体的运动速度。

计时模块：记录人体持续运动的时间。

计算模块：处理终端采集的数据，进行数据计算。

输入光电门的时间和腿宽计算该过程平均速度，并输出；输入计时器累积时间和平均速度来计算总路程，并输出；输入最新的各项数据，对历史数据进行计算平均值，备用。

显示模块：把计算模块的数据输出在显示端，并随着计算模块处理的最新数据进行更新。

纠错模块：不断收集数据最新数据，比如腿宽、无效运动等；判断是否做持续运动，消除多余数据或无效数据。

联动模块：构建各个模块的工作，终止机制，控制计时、计数、测速等配合工作，控制系统的开关。

电源模块：由可充电电源与能量转换器连接，利用人体运动的动能所转化来的电能为设备供电，保证设备持续工作。

5、工作过程：
①、将电光门AB分别安装在鞋子的某一部位。

AB间有红外线。

A为红外线发射器。

B为红外线接收器。

②、当人静止时，发射的红外线被B接收。

当人的脚在运动时。

红外线不被B吸收。

第二次A物体红外线被B物体吸收，在此时间段内，根据人的一步大约的位移，通过计算测量，可求出平均速度。

③、计算出的数据可通过数码屏制作图像。

④、在运动时人的脚步所产生的动能，可以通过发电机将脚步动能的能量吸收并生成电能，供光电门使用。

⑤、人在运动时，在微型计算机上显示出的数据可以通过蓝牙设备将数据图像上传到手机蓝牙上，观看更加方便。

优点，能大概测量人的位移和步数，且无污染。

能量来源于清洁能源。

6、设备优缺点：
优点：计步测速准确；成本低；便于携带；清洁无污染；节约能源。

缺点：体积质量偏大；需要手动安装；安装部位受限。