计步器

（2） 低通滤波
通常来讲，人体每秒钟行 走0.5～2.0步，最多不超 过5.0步。因此合理的计步 器输出为0.5～5.0 Hz，需 要通过一个低通滤波器， 以从原始加速度信号中分 离出人体活动所产生的高 频低通噪声，此时的低通 滤波器截止频率为5.0 Hz
5.2、步数检测算法

5.2.1三轴数据合一的方法选取

在人体运动过程中，脚离开 地面是行走的第一步。由于 地面会给蹬地的人一个反作 用力，垂直加速度开始逐渐 增大，身体重心也逐渐上移。 当脚要达到最高点位置时， 脚的垂直速度值是最小的， 垂直加速度值达到最大，然 后接着脚会向下移动，垂直 加速度值开始逐渐减小，最 终脚落地，垂直加速度值减 少到最小值，然后便进入到 下一个步伐周期。
5.1数据预处理
（1） 中值滤波
在运动过程中,加速度传感器的输 出信号会包含大量的脉冲噪声信 号，在实际计步过程中必须剔除。 中值滤波是一种有效的消除脉冲 噪声的方法，它是一种基于排序 统计理论的能有效抑制噪声的非 线性信号处理技术，它把数字图 像或数字序列中一点的值用该点 的一个邻域中各点值的中值代替， 让周围的像素值接近真实值，从 而消除孤立的噪声点。


当满足峰值条件后，再对合加速度信号进行幅度阈值 条件和时间阈值条件的判断 , 以避免行走时身体抖动 对计步的影响，最后对实际的步数进行记录存储，显 示到液晶屏上。其中幅度阈值为所有峰值点的均值， 这样的均值比较合理。而人体每步行走的时间范围为 0.2～2 s。其峰值检测的流程图如图所示。
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2.顾客需求
携带 方便
使用 方便
字体 清晰
计步 准确
设置 简单
外观 漂亮
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Hale Waihona Puke Baidu
05
06
3.工作原理
在人行走过程中，可以 将距离、速度、加速度 等属性作为描述人体行 走状态的参数，本文主 要对人体运动过程中的 加速度信息进行采样分 析。行走时，身体的各 个部位都在运动，它们 的运动都会产生相应的 加速度，其中垂直方向 的加速度变化是最大的。
液 晶 显 示
按键电路
主控制器 STM32F103C8T6
电 源
三轴加速度传感器采用
INEMO，同时采用2.4寸彩 色液晶显示屏对行走步数、
INEMO
SIM300
剩余电量等信息进行显示，
按键和振动马达作为人机交 互设备。
5.软件设计

系统软件主要实现高精度计 步器的数据采集、算法处理、 信息输出以及人机交互，核 心技术是步数检测算法实现。 传统的步数检测算法主要有 两种 : 一是动态阈值判断方法， 从正弦波形的下降区间进行 判断；二是峰值检测方法， 从正弦波的拐点处判断步数。 这两种检测方法都有局限性 和不确定性。本计步器结合 以上两种方法，提出一种新 的改进算法，从而可高效准 确地检测出人体行走的步数。
5.2.2、步数检测 的核心算法

系统中设定两个移位寄存器,其中一 个寄存器用于保存新得到的加速度 采样值，根据动态峰值可以确定动 态阈值的大小，当新得到一个加速 度采样值时，将其与新数据寄存器 中的数值进行比较，若二者的差值 的绝对值大于动态精度时，则新数 据寄存器的值移位到旧数据寄存器， 而新得到的加速度值就可以移位到 新数据寄存器；当加速度变化值小 于或等于动态精度时，此变化值被 抛弃，新数据寄存器保持不变。旧 数据寄存器则不断地更新采样数据。 在得到有效步数后，对有效步数的 合加速度值进行检测，峰值点应满 足下式，其中 tp 为峰值点附近加速 度的幅值。

加速度传感器采集到的是三轴的加速度数据，这3个轴分别对应人体 运动的3个方向。无论如何穿戴计步器，总有至少一个轴的数据具有 较大的周期性加速度变化，所以某些算法采用单个轴的加速度值来 表征人体运动，算法实时比较三轴加速度数据大小，把加速度变化 最大的那个轴记为有效轴，然后利用有效轴的数据进行分析和步伐 判断。但是这种实时判断有效轴的方法容易丢失计数点，加速度有 效轴可能会不停地变换，这会导致数据过于敏感，稳定性差。为了 很好地解决这个问题，本文采用三轴合一加速度的方法处理数据。
在每一个步伐周期中，人体
的垂直加速度值都会出现一 个峰值，这样的一个峰值对
应迈出的一步。采用加速度
传感器对人体运动的加速度 信息进行采集，对加速度信
号作预处理，再由微控制器
通过计步算法准确地计算出 人体实际行走的步数
4.硬件设计
主控制器采用ST公司的基于
ARM CortexM3内核的48位 微控制STM32F103C8T6，
电子计步器
第12组 杨文能 王志远 王潇 闫立川 张卫东
目录
01 02
环境背景 顾客需求 工作原理 硬件设计 软件设计
03
04 05
1.环境背景
随着社会的发展人们越来越注重自己的健康，跑步成为 一种方便又有效的锻炼方式。但是如何知道自己跑了多 少步，多远的路程?计步器可以帮助人们实时掌握锻炼情 况。它的主要功能是检测步数通过数和步幅可计算行走 的路程步幅信息。可通过行走固定的距离如20m来计算 或是直接输入高级的计步器还可以计算人体消耗的热量。 但这些计算的主要依据是步数的检测。