计步器设计方案

《计步器设计方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计步器设计方案（5页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、计步器设计初略方案计步器设计参考资料：单片机技术指导书、关于ADXL202芯片原理的资料、芯片手册、噪声频带分析信息表、压 电晶体或单晶硅体上置一个质量块，当加速度变化时（比如跑步时抬腿运动）对晶体的压力值 改变，从而输出一个电讯号.一、计步器设计信号的采集分析：要实现检测步数首先要对人走路的姿态有一定了解： 行走时,脚、腿、腰部等都在运动,它们的运动都会产生相应的加速度,并且会在某点有一个峰 值。1、从脚的加速度来检测步数是最准确的,2、若考虑到携带的方便,我们可以选择利用腰部的运动来检测步数。如图 1 所示,行走时腰部有上下的垂直运动,每步开始时会有一个比较大的加速度,利用对加 速度的峰值

2、检测可以得到行走的步数。图2是将计步器佩戴在腿脚或者腰间采集到的垂直加速度曲线图,从图上可以清楚地看出有四个 峰值,代表行走了四步,说明利用腿部或者腰部的垂直加速度 来检测步数是可行的。加速度传感器的选择：根据资料显示，人行走的垂直加速度在1g之间（ig为9.8m/s即重力加速度）,考虑到还有重力加速 度的影响，可选择测量范围在2g之间的加速度传感器ADXL202来实现计步器。ADXL202 的简介：ADXL202是美国AD公司的一种低功耗、二维加速度传感器，输出如图3所示占空比(T1/T2)与 加速度成一定比例的数字信号，因此信号可以直接用单片机的计数器来测量，无需AD转换电路或是其它特殊电

3、路。图三二、计步器硬件设计初略分析计步器的整机原理框图如下图所示，：1 、 ADXL202 采集加速度信息并将数据送到单片机进行处理 ;2、单片机控制整个系统的工作并从数据中检测出步数送到LCD进行显示;3、外部控制按键进行开关机控制以及功能选择等。本文不对电源转换、 LCD 显示等电路做详细介绍 ，单片机电瞬转换电路外部控制按键 LCD显不ADXL2O2 图四ADXL202芯片的电路设计：ADXL202 可以输出 X、 Y 两路信号，由于我们只测量垂直方向上的加速度 ，只用一路信号即可，【需要注意的是，设计PCB时要摆放好芯片位置，保证使用时此路与水平面垂直】。下图是 ADXL202 的电路

4、设计图，在使用时我们要得到有用的信号需要设定它的 采样频率和采样 带宽。上述两个量是由电路图中的电阻Rset和电容Cx的取值所决定的。采样频率选择：采样频率过低，不能准确反应数据的变化情况 ;过高则引入很多无用信息 ，增加了系统运算量，需要 根据实际情况选择合适的采样频率。根据资料显示，人行走的频率一般在110步/分钟(1.8Hz),跑步时的频率不会超过5Hz,选择100Hz 的采样频率可以比较准确地反应加速度变化 。集体频率设定定性分析：1/T2即为数据的采样频率,计算方法为T2=RSET(Q)/125MQ。RSET 的范围可从500kQ2MQ,这里我们选择RSET=1.25MQ,采样频率为

5、100Hz。滤波带宽定义为需要检测的最高频率 , 由滤波电容 Cx 设定,设定相关问题分析 ：带宽的设定会影响噪声的大小和分辨率。从附表中可以看出 ,带宽越小,噪声 就越小,而分辨率会越高,减小滤波带宽对减小噪声和提高分辨率都是有利的 。但是,图 2的数据曲 线中越尖的地方含有的高频分量就越多 ,滤波带宽减小,采集到的数据曲线就变光滑 ,峰值相应变 小，这对我们进行峰值检测是不利的。因此我们折中取滤波带宽50Hz,根据公式F_3dBl/(2n(32kQxC(x,y)计算,Cx 选择 0.10吓。学会使用芯片手册：V 勺 币宽Cx-Cv噪声分辨率10 Hz0.47 pF7.6 mp50 Hz0.

6、10 pF4-3 mg17.2 mp100 Hi0.05 pF6.1 mp24X mp20DHz0,027 pF35 卫 mp500 Hz0.01 pF135 mp54.8 眄附表设定了采样频率和滤波带宽，按芯片手册连好电路图,应该得到如图3所示的数据波形，此时T2为10ms。三、计步器软件设计初略分析：根据得到的X轴数据，通过软件处理可以获得我们需要的加速度信息。加速度的计算公式如下:加速度=比 TJ/T2;占空比-占噹比(醺时)占空比(也时)占空一般情况下0g(即加速度为零)时的占空比为50%,1g时的占空比为12.5%,则A(g)=(T1/T2-0.5)/0.125 。从芯片手册上可以看

7、出Og时的占空比芯片个体差异很大，从25%75%都有可能,要准确地计算 加速度必须对Og和ig时的占空比进行校准。另外，计算加速度需要进行两次除法运算。以上两 个因素使加速度的获取需要经过复杂的计算 ,考虑到我们的最终目的是检测加速度的峰值个数 , 而对加速度的具体值究竟是多少并不关心,T1完全可以反应加速度的变化趋势，因此选择对T1进 行测量和检测峰值即可得到我们所需的步数。T1的测量可利用单片机的中断和计数器来实现。如图3所示，在上升沿Ta时刻开始计数，下降沿 Tb时刻停止计数，读取数据并将计数器清零等待下一次上升沿再次开始计数。得到T1的数据，通 过单片机进行峰值检测就可以确定步数。峰值的检测：峰值的检测通过门限判断实现。判断门限的选择非常关键 ，选择偏高会造成漏判 ;而偏低会造成误 判。单一门限要实现准确的判断并不是很容易 ，解决的方法是如图 6 所示选择两个门限 A 和 B， 当数据大于门限B并且接下来变化小于门限A时判为一步，这样可以有效地排除干扰影响。