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
完整版三轴数字加速度传感器ADXL345技术资料
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 mmx 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 VI / O电压范围：1.7 V至VSSPI （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，个人导航设备电路功能与优势ADXL345是一款小巧纤薄的低功耗三轴加速度计，可以对高达±6 g的加速度进行高分辨率（13位）测量。
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。
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一、引言计步器是一种用于测量人体步数的设备，被广泛应用于健康管理、运动监测等领域。
本文基于3轴加速度计ADXL345，设计了一款全功能计步器，通过测量人体的步行运动来计算步数，并提供一些辅助功能，如距离测量、卡路里消耗等。
二、ADXL345加速度计简介ADXL345是一款微小、低功耗、3轴加速度计。
它可测量垂直于传感器平面的力、正负g力沿X、Y和Z三个轴的加速度。
ADXL345具有高分辨率（最高13位）、可调范围（±2g至±16g）和高速数据抽样率（最高3200Hz）等特点，适用于各种运动检测应用。
三、计步器设计原理计步器的设计原理基于人体行走时的加速度变化。
当人体行走时，腿部会受到地面的冲击力，导致加速度发生变化。
根据这一原理，可以通过检测加速度变化来计算步数。
四、硬件设计1. 硬件平台选择：Arduino Uno2.加速度计选型：ADXL3453.电源：使用锂电池供电4.显示屏：使用OLED显示屏显示步数、距离、卡路里消耗等信息5.按钮：提供用户操作界面，如重置步数、切换显示信息等五、软件设计1.初始化ADXL345：配置ADXL345为测量模式，设置测量范围、数据输出速率等参数。
2.获取加速度：通过ADXL345读取X、Y、Z三个轴上的加速度数据。
3.处理加速度数据：通过计算得到合成加速度，根据合成加速度的变化判断是否发生步行动作。
4.计步算法：使用阈值或峰值检测算法，统计步数。
5.显示数据：将步数、距离、卡路里消耗等信息显示在OLED屏幕上。
6.用户操作：通过按钮进行重置步数、切换显示信息等操作。
六、功能实现1.计步功能：通过加速度检测步行动作，实时计算步数。
2.距离测量：结合步长等因素，根据步数计算行走距离。
3.卡路里消耗：结合体重等因素，根据步数计算卡路里消耗量。
4.数据存储：将步数、距离、卡路里消耗等数据存储到EEPROM中，以允许断电后数据不丢失。
基于某加速度传感器ADXL345地计步器设计
基于某加速度传感器ADXL345地计步器设计设计基于ADXL345加速度传感器的计步器引言：步数计数是生活中常见的功能，如健康手环、智能手机等设备都可以记录我们的步数。
计步器能够帮助我们监控身体健康，鼓励我们进行适量的运动。
本文将介绍一种基于ADXL345加速度传感器的计步器的设计方案。
项目背景：ADXL345是一款高性能的三轴数字加速度传感器，能测量垂直和平行两个轴上的加速度。
通过对加速度的测量和分析，我们可以判断用户的步数。
设计方案：1.硬件设计-ADXL345传感器：ADXL345传感器是设计的核心部件。
它可以通过I2C或SPI接口与微控制器连接。
我们需要将其与微控制器进行连接并获取加速度数据。
-微控制器：我们需要选择一个合适的微控制器来处理传感器数据并计算步数。
一般来说，Arduino或者树莓派是常用的选择。
-电源模块：为了保证计步器的长时间工作，我们需要为整个系统提供稳定的电源。
电池或者电源适配器都可作为供电源。
-显示屏幕：为了让用户能够实时了解自己的步数，我们可以选择一块小型的显示屏，并将步数显示在上面。
2.软件设计-初始化设置：在软件设计的开始阶段，我们需要初始化ADXL345传感器，并配置其工作模式。
我们还需要对步数进行初始化，将其设置为0。
-数据采集：我们需要周期性地从ADXL345传感器中读取数据。
可以选择合适的采样率来确保数据的准确性。
-运动检测：利用加速度传感器的数据，我们可以检测到用户的运动。
当检测到一个运动周期时，我们可以认为用户迈出了一步，并将步数加1-步数计算：根据检测到的运动，我们可以开始计算步数。
我们可以将一连串的运动周期组合成一个步数。
-步数显示：将步数显示在屏幕上，以便用户时刻了解自己的步数。
3.测试与改进-在设计完成后，我们需要进行测试以验证计步器的准确性。
我们可以手动计数自己的步数，并与计步器的显示进行对比。
-如果计步器存在误差，可以通过调整阈值和其他参数来进行改进。
基于单片机的三轴加速度计步器设计
基于单片机的三轴加速度计步器设计张婷【摘要】介绍了基于单片机设计的计步器.利用人在行走时产生的三向加速度作为计步器触发点,采用ADXL345三轴加速度传感器实现从感应人运动时的加速度到计算出人行走的步数的转变.在传感器内部的A/D转换器,通过模数转换将采集来的加速度信号转换为数字信息并输送到STC89C52单片机上进行处理.单片机再通过运用合理的算法从而实现准确计算出人行走的步数,再通过算法得到里程、卡路里.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P32-33,50)【关键词】ADXL345;三轴加速度传感器;计步器;STC89C52【作者】张婷【作者单位】山西大学商务学院,山西太原030031【正文语种】中文【中图分类】TP393现在社会，人们所追求的生活水平日渐提高，我们越来越关心我们的身体健康状态。
计步器作为一种检测步伐的电子产品，能够算出运动消耗的能量，然后人们就可针对个人的实际情况订制属于自己的运动方案来适当锻炼，并根据运动信息来分析出人体的身体状态。
针对目前市面上用户需求，计步器不仅可以检测人行走的步数和路程还可以计算出你运动所消耗的能量，便携式计步器就自然而然地诞生了。
通过研究人行走的形态发现人在行走时会产生三个方向的加速度。
利用加速度传感器捕捉人行走三个方向的加速度，正好可以模拟人跑步时候形成的垂直、前，侧向的加速度。
正是由于三个方向的加速度测量，所以做出来的计步器适合佩戴在人体任何部位。
计步器的总体结构框图如图1所示，该计步器由STC89C52芯片、液晶显示模块LCD1602和加速度传感器ADXL345构成。
工作过程如下：传感器检测到外界物理运动的三个方向的加速度，通过芯片内部的模数转换把模拟信号转化为单片机可以识别的数字信号，单片机获得数据信息再通过分析计算，把最终信息输送给显示器。
从液晶显示器上可以读出步数、总步数、路程以及运动消耗的卡路里。
利用三轴加速器的计步测算方法
利用三轴加速器的计步测算方法随着现代生活质量提高，越来越多人开始注重自己的日常健康锻炼，计步作为一种有效记录监控锻炼的监控手段，已经广泛应用在移动终端的应用中。
但目前大部分实现都是通过GPS信号来测算运动距离反推行走步数，有效但是在室内或者无GPS信号的设备上无法工作，同时GPS精度对结果的干扰也比较大，本文提出一个新的测步方法，即通过设备上的加速器来计算步数，在不支持GPS的设备上也可正常工作，可用以与GPS互相配合测步，让应用的使用场景更加多样。
1. 了解模型特征目前大部分设备都提供了可以检测各个方向的加速检测器，以iOS设备为例，我们利用了其三轴加速计（x,y,z轴代表方向如图）的特性来分析。
分别用以检测人步行中三个方向的加速度变化。
用户在水平步行运动中，垂直和前进两个加速度会呈现周期性变化，如图所示，在步行收脚的动作中，由于重心向上单只脚触地，垂直方向加速度是呈正向增加的趋势，之后继续向前，重心下移两脚触底，加速度相反。
水平加速度在收脚时减小，在迈步时增加。
反映到图表中，我们可以看到在步行运动中，垂直和前进产生的加速度与时间大致为一个正弦曲线，而且在某点有一个峰值，其中垂直方向的加速度变化最大，通过对轨迹的峰值进行检测计算和加速度阈值决策，即可实时计算用户运动的步数，还可依此进一步估算用户步行距离。
2. 计步算法因为用户在运动中可能水平持设备或者将设备置于口袋中，所以设备的放置方向不定，为此我们通过计算三个加速度的矢量长度，获得一条步行运动的正弦曲线轨迹。
第二步是峰值检测，我们记录了上次矢量长度和运动方向，通过矢量长度的变化，可以判断目前加速度的方向，并和上一次保存的加速度方向进行比较，如果是相反的，即是刚过峰值状态，则进入计步逻辑进行计步，否则舍弃。
通过对峰值的次数累加可得到用户步行步伐。
最后是去干扰，手持设备会有一些低幅度和快速的抽动状态，或是我们俗称的手抖，或者某个恶作剧用户想通过短时快速反复摇动设备来模拟人走路，这些干扰数据如果不剔除，会影响记步的准确值，对于这种干扰，我们可以通过给检测加上阈值和步频判断来过滤。
基于加速度传感器ADXL345的计步器设计
基于加速度传感器ADXL345的计步器设计加速度传感器ADXL345是一种常见的三轴加速度传感器，具有高精度、低功耗和小尺寸等优点，广泛应用于计步器等移动设备中。
本文将详细介绍基于ADXL345的计步器设计。
首先，计步器的原理是通过检测人体行走时脚部的振动来判断步数。
加速度传感器可以检测出人体行走时脚部的振动，并将其转换为电信号。
因此，加速度传感器是计步器设计中必不可少的部件。
在ADXL345的设计中，首先需要进行传感器的连接和初始化设置。
一般情况下，ADXL345通过I2C接口与微控制器连接。
通过初始化配置，设置传感器的工作模式、测量范围和输出数据速率等参数。
接下来是计步算法的设计。
计步算法是计步器的核心部分，它通过分析加速度信号来判断人体的行走状态。
常见的计步算法有峰值检测法、阈值检测法和积分法等。
峰值检测法是最简单和常用的计步算法。
该算法基于人体行走时每一步的特征，当加速度信号超过一定阈值时，即判断为一步。
该方法的优点是简单易懂，但对传感器的灵敏度要求较高，容易受到噪声等干扰。
阈值检测法是一种改进的计步算法，它引入了动态阈值的概念。
通过分析加速度信号的波形特征，可以得出行走时的阈值。
通过动态调整阈值，可以提高计步的准确性。
积分法是一种更精确的计步算法。
该方法通过对加速度信号进行积分，得到速度和位移信号。
然后通过分析速度和位移信号的特征，判断人体的行走状态。
该方法的优点是准确性高，但需要进行复杂的信号处理和运算。
除了计步算法的设计，还需要设计界面和用户交互功能。
计步器的界面通常包括步数显示、消耗卡路里显示、运动距离显示等。
用户可以通过按键进行功能选择和设置。
在硬件设计方面，需要根据实际需求选择适当的微控制器和其他外围电路。
同时，还需要考虑电源管理和电路保护等问题，确保计步器的稳定性和可靠性。
最后，完成计步器的软件设计和调试。
根据计步算法的选择，编写相应的程序进行数据采集和处理。
通过数据的实时显示和对比，可以判断计步算法的准确性和稳定性。
计步器的工作原理
计步器的工作原理计步器是一种便携式的电子设备，用于测量人体行走的步数。
它通过内置的加速度传感器和算法来实现步数的计算和统计。
下面将详细介绍计步器的工作原理。
1. 加速度传感器计步器内置了三轴加速度传感器，通常采用微机电系统（MEMS）技术制造。
这些传感器可以检测到人体的加速度变化，并将其转换为电信号。
加速度传感器通常具有高灵敏度和低功耗的特点。
2. 数据采集加速度传感器通过连续监测人体的运动，收集到的加速度数据会以特定的频率进行采样。
这些数据包含了人体行走时产生的加速度变化。
3. 信号处理计步器内置的算法会对采集到的加速度数据进行处理，以识别出步行的特征。
常见的算法包括峰值检测、阈值判定和滤波等。
这些算法能够过滤掉非步行运动产生的干扰，并提取出步行时产生的特定模式。
4. 步数计算根据信号处理得到的步行特征，计步器会对每一步进行计数。
通常，当加速度超过设定的阈值时，计步器将识别为一步。
计步器会持续监测加速度数据，并根据步行特征进行步数的累加。
5. 步长估计为了更准确地计算行走距离和消耗的卡路里，计步器通常会结合用户的身高、体重等个人信息来估计步长。
通过将步数与步长相乘，可以得到行走的总距离。
6. 数据显示计步器通常会在设备上显示步数、行走距离、消耗的卡路里等相关数据。
一些高级计步器还具备记录历史数据、设置目标步数、监测睡眠质量等功能。
总结：计步器通过内置的加速度传感器和算法，能够准确地计算人体的步数和行走距离。
它是一种简单且有效的工具，用于监测日常步行量和促进健康生活。
利用三轴加速度传感器的计步测算法
利用三轴加速度传感器的计步测算法计步算法是利用三轴加速度传感器检测人体步态并计算步数的一种方法。
以下是一个简单的计步测算法，可以用来实现计步功能。
首先，我们需要理解什么是步态。
步态是指人体行走时的周期性动作，主要包括起步、摆动和着地三个阶段。
在起步阶段，人体重心逐渐向前移动，从而使一个脚离地。
在摆动阶段，人体通过抬腿和摆动腿部来推进身体向前。
在着地阶段，摆动的腿着地并承受身体重量。
计步测算法主要基于以下两个原则进行工作：1.步态检测：通过分析加速度传感器数据，检测出起步、摆动和着地阶段，从而判断是否产生了一次步行动作。
2.步数计算：通过步态检测的结果，统计步行动作的次数，从而计算出步数。
下面是一个简单的计步测算法的步骤：步骤1：采集数据通过三轴加速度传感器，采集人体行走时的加速度数据。
步骤2：滤波处理对采集到的加速度数据进行滤波处理，以消除噪音干扰。
步骤3：特征提取根据步态的周期性特征，提取加速度信号中的起步、摆动和着地阶段。
步骤4：步态检测通过对特征提取的结果进行分析，判断是否产生了一次步行动作。
例如，根据加速度信号的峰值和谷值，可以判断起步和着地阶段。
步骤5：统计步数根据步态检测的结果，统计步行动作的次数，从而计算出步数。
步骤6：重置计步器根据一定的条件，例如长时间不活动或者手动指定，重置计步器并清零步数。
这是一个简单的计步测算法，实际应用中还可以结合其他传感器数据，例如陀螺仪数据、磁力计数据等，进行更精确的步数计算。
同时，还可以通过机器学习等方法，优化算法性能，提高计步的准确性。
总的来说，利用三轴加速度传感器的计步测算法是一种简单实用的方法，通过分析人体步态来计算步数，可以广泛应用于智能手环、智能手机等移动设备中，实现计步功能，更好地服务于人们的健康与运动。
基于单片机的三轴加速度计步器设计与实现
基于单片机的三轴加速度计步器设计与实现
赵华峰
【期刊名称】《信息与电脑》
【年(卷),期】2017(000)020
【摘要】随着人们生活水平不断提高,越来越多人关注自己的身体健康状态,计步器随着时代的需求而产生,基于STC89C51单片机所设计与实现的计步器是通过按键选择控制系统的工作状态,将ADXL345加速度传感器所采集到的数据输送到单片机进行处理,并在LCD1602液晶屏显示,另外,目标步数预设功能、警报功能、路程计算及运动时间显示功能的实现可以更方便用户使用.
【总页数】3页(P115-116,121)
【作者】赵华峰
【作者单位】渭南师范学院数理学院,陕西渭南 714099
【正文语种】中文
【中图分类】TP399
【相关文献】
1.基于C8051F350单片机的三轴低频加速度的高精度测量 [J], 陶福洋;徐明龙;周庆飞;丑世龙
2.基于单片机的三轴加速度计步器设计 [J], 张婷
3.基于三轴加速度传感器的计步器的设计 [J], 陈蔚
4.基于三轴加速度传感器的计步器的设计 [J], 陈蔚[1]
5.基于三轴加速度传感器的自适应计步器的实现 [J], 晏勇;雷航;周相兵;梁潘
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(完整版)三轴数字加速度传感器ADXL345技术资料
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出引脚中的一个。
正在申请专利的集成式存储器管理系统采用一个32 级先进先出(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 × 5 mm × 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0.1μA 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 VI / O 电压范围：1.7 V 至VSSPI（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，个人导航设备电路功能与优势ADXL345是一款小巧纤薄的低功耗三轴加速度计，可以对高达±16 g的加速度进行高分辨率（13位）测量。
基于三轴加速度传感器的计步器的设计
基于三轴加速度传感器的计步器的设计作者：陈蔚来源：《数字技术与应用》2018年第09期摘要：本文介绍了利用ADXL335三轴加速度传感器组成计步器的设计方法。
讲述了ADXL335三轴加速度传感器的特点和使用方法，并从功能、硬件设计以及程序流程等方面介绍了该计步器的设计。
采用这种方案的计步器具有操作方便，稳定性高，性能稳定等特点。
关键词：三轴加速度传感器；计步器；数字滤波中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）09-0181-03近年来随着全民健身意识的增强，人们越来越关注身体的健康。
各种强身健体方式中步行是一种科学、安全、时尚又易行的好方法。
计步器是一种步行锻炼时有效又方便的计量工具，通过统计步数、距离、速度、时间等数据，可以掌握运动量，估算行走距离，实时监控健身强度，以防运动不足或是运动过量。
所以计步器已成为一种日常锻炼中有用的便携工具。
早期的计步器采用振动传感器。
其平衡锤在上下振动时平衡被破坏，使一个触电出现通/断动作，再由计数器记录并显示来完成计步功能，也称机械式计步器。
误差偏大，但价钱便宜。
电子式计步器采用加速度传感器，通过检测人体行走时步态加速度的信号，然后通过相关软件算法计算出人体行走的步数，因而计步更精确，体积更小。
本设计的方案是采用三轴加速度传感器捕捉人体行走时三个方向的加速度，通过单片机的计算和分析，计算出人体行走的步数。
1 工作原理人体迈步过程中，重心会随着人体运动在一定范围内出现规律性的变化。
脚蹬地离开地面时，地面的反作用力会使垂直加速度开始增大，身体重心上移，当脚达到最高位置时，脚的垂直速度最小，但垂直加速度最大。
当脚向下落时，垂直加速度开始减小，落地时加速度达到最小值。
前向加速度由脚与地面的摩擦力产生，加速度最小值对应的是脚离开地面时，最大值对应脚抬最高处。
可见加速度变化一个周期就是人体运动的一步。
当把加速度传感器随身携带时，传感器的输出电压会随着人体的运动出现规律化的变化。
利用三轴加速器的计步测算方法
利用三轴加速器的计步测算方法计步测算方法是通过使用三轴加速器（也称为三轴加速度计）来测量人体行走或跑步时的加速度变化，从而估算步数和距离的方法。
三轴加速器是一种能够测量三个方向上的加速度的传感器，通常内置在智能手机、智能手表和运动追踪器等设备中。
计步测算方法的原理是基于行走或跑步时人体的加速度变化模式。
当我们行走或跑步时，身体会有上下震动的运动，而这些运动会导致设备上的三轴加速器检测到峰值或谷值的加速度变化。
通过检测这些峰值和谷值的数量和频率，可以估算出步数和距离。
具体的计步测算方法主要包括以下几个步骤：1.数据采集：使用三轴加速器采集相关数据。
设备会以固定的频率（如每秒钟采集一次）获取行走或跑步时的加速度数据。
2.数据预处理：对采集到的原始加速度数据进行预处理。
这包括滤波、去除噪声和计算合成加速度等步骤。
滤波可以去除高频噪声，使得数据更加平滑。
合成加速度是根据三轴加速度的向量计算得到的，用于表示综合的加速度变化。
3.步数估算：根据预处理后的数据，通过特定的算法来估算步数。
常用的算法包括阈值法、峰谷法和机器学习方法。
阈值法是设定一个特定的加速度阈值，当加速度超过该阈值时，认为检测到一步。
峰谷法是根据加速度的峰值和谷值数量来估算步数。
机器学习方法则是通过训练模型，利用大量标记好的数据来预测步数。
4.距离估算：通过估算的步数和步长来计算总体距离。
步长是根据用户的身高和步行或跑步习惯等因素来估算的。
一般认为步长在不同的人群之间存在一定的差异，所以可以根据用户的数据和实时反馈来动态调整步长。
5.结果展示：最后，将估算的步数和距离结果在设备上显示。
可以通过图表或实时数据来展示用户的行走或跑步情况，并提供相关反馈，如卡路里消耗、活动时间等。
需要注意的是，计步测算方法并不是完全准确的，因为它是基于加速度的变化来估算步数和距离的。
用户的步行或跑步方式、地形、设备的放置位置等因素都可能对结果产生一定的影响。
因此，在实际使用中，建议结合其他的传感器数据、用户的身体特征和实际情况来进行综合计算，以提高计步测算的准确性。
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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。
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。
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。
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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。
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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。
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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 = 25deg;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<spanclass="Apple--span" ="word-spacing: 0px; font: medium simsun; text-transform: none;color: rgb(0,0,0); text-indent: 0px; white-space: normal; letter-spacing: normal; border-collapse: separate; widows: 2; orphans: 2; -webkit-border-horizontal-spacing: 0px; -webkit-border-vertical-spacing: 0px; -webkit-text-decorations-in-effect: none; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">输出数据速率 (Hz)<span class="Apple--span" ="word-spacing: 0px; font: medium simsun; text-transform: none; color: rgb(0,0,0); text-indent: 0px; white- 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。
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