采用3軸加速度計ADXL345的全功能計步器方案設計

動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度：系統持續更新3軸加速度的最大值和最小值，每采樣50次更新一次。平均值(Max + Min)/2稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)閾值”。接下來(lái)的50次采樣利用此閾值判斷個(gè)體是否邁出步伐。由于此閾值每50次采樣更新一次，因此它是動(dòng)態(tài)的。這種選擇具有自適應性，并且足夠快。除動(dòng)態(tài)閾值外，還利用動(dòng)態(tài)精度來(lái)執行進(jìn)一步濾波，如圖6所示。

圖6. 動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度

利用一個(gè)線(xiàn)性移位寄存器和動(dòng)態(tài)閾值判斷個(gè)體是否有效地邁出一步。該線(xiàn)性移位寄存器含有2個(gè)寄存器：sample_new寄存器和sample_old寄存器。這些寄存器中的數據分別稱(chēng)為sample_new和sample_old。當新采樣數據到來(lái)時(shí)，sample_new無(wú)條件移入sample_old寄存器。然而，sample_result是否移入sample_new寄存器取決于下述條件：如果加速度變化大于預定義精度，則最新的采樣結果sample_result移入sample_new寄存器，否則sample_new寄存器保持不變。因此，移位寄存器組可以消除高頻噪聲，從而保證結果更加精確。

步伐邁出的條件定義為：當加速度曲線(xiàn)跨過(guò)動(dòng)態(tài)閾值下方時(shí)，加速度曲線(xiàn)的斜率為負值(sample_new sample_old)。 .

峰值檢測：步伐計數器根據x、y、z三軸中加速度變化最大的一個(gè)軸計算步數。如果加速度變化太小，步伐計數器將忽略。

步伐計數器利用此算法可以很好地工作，但有時(shí)顯得太敏感。當計步器因為步行或跑步之外的原因而非常迅速或非常緩慢地振動(dòng)時(shí)，步伐計數器也會(huì )認為它是步伐。為了找到真正的有節奏的步伐，必須排除這種無(wú)效振動(dòng)。利用“時(shí)間窗口”和“計數規則”可以解決這個(gè)問(wèn)題。

“時(shí)間窗口”用于排除無(wú)效振動(dòng)。假設人們最快的跑步速度為每秒5步，最慢的步行速度為每2秒1步。這樣，兩個(gè)有效步伐的時(shí)間間隔在時(shí)間窗口[0.2 s - 2.0 s]之內，時(shí)間間隔超出該時(shí)間窗口的所有步伐都應被排除。

ADXL345的用戶(hù)可選輸出數據速率特性有助于實(shí)現時(shí)間窗口。表1列出了TA = 25°C, VS = 2.5 V, and VDD I/O = 1.8 V時(shí)的可配置數據速率（以及功耗）。

表1. 數據速率和功耗

此算法使用50 Hz數據速率(20 ms)。采用interval的寄存器記錄兩步之間的數據更新次數。如果間隔值在10與100之間，則說(shuō)明兩步之間的時(shí)間在有效窗口之內；否則，時(shí)間間隔在時(shí)間窗口之外，步伐無(wú)效。

“計數規則” 用于確定步伐是否是一個(gè)節奏模式的一部分。步伐計數器有兩個(gè)工作狀態(tài)：搜索規則和確認規則。步伐計數器以搜索規則模式開(kāi)始工作。假設經(jīng)過(guò)四個(gè)連續有效步伐之后，發(fā)現存在某種規則(in regulation)，那么步伐計數器就會(huì )刷新和顯示結果，并進(jìn)入“確認規則”工作模式。在這種模式下工作時(shí)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)有效步伐，步伐計數器就會(huì )更新一次。但是，如果發(fā)現哪怕一個(gè)無(wú)效步伐，步伐計數器就會(huì )返回搜索規則模式，重新搜索四個(gè)連續有效步伐。

圖7顯示了步伐參數的算法流程圖。

圖7. 步伐參數算法流程圖