采用3軸加速度計ADXL345的全功能計步器方案設(shè)計

簡介
計步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進度監(jiān)控器，可以激勵人們挑戰(zhàn)自己，增強體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計利用加重的機械開關(guān)檢測步伐，并帶有一個簡單的計數(shù)器?；蝿舆@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(tǒng)）慣性傳感器和復(fù)雜的軟件來精確檢測真實的步伐。MEMS慣性傳感器可以更準(zhǔn)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(shè)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(yīng)用。

本文以對步伐特征的研究為基礎(chǔ)，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(guān)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(cè)向加速度相對應(yīng)的x、y和z軸測量結(jié)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(tài)閾值決策算法對于檢測單位步行或跑步周期至關(guān)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(shù)
數(shù)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(shù)字濾波器?？梢允褂盟膫€寄存器和一個求和單元，如圖4所示。當(dāng)然，可以使用更多寄存器以使加速度數(shù)據(jù)更加平滑，但響應(yīng)時間會變慢。

圖4. 數(shù)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(shù)據(jù)。對于跑步者，峰峰值會更高。

圖5. 最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)