基于MEMS惯性传感器的智能计步器设计与实现

利用3轴数字加速度计实现功能全面的计步器设计 计步器是一种颇受欢迎的日常锻炼进度，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）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(4mg/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55mg）。 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。 在计步器设计中，需要考虑以下几个方面： 1.计步器的精度：MEMS惯性传感器可以更准确地检测步伐，误检率更低。 2.功耗：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。 3.尺寸：MEMS惯性传感器具有低成本、小尺寸的特点，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。 4.软件设计：复杂的软件可以检测真实的步伐，並执行相关操作。 本文介绍了一种利用3轴数字加速度计实现功能全面的计步器设计，可以检测真实的步伐，测量距离、速度甚至所消耗的卡路里，为便携式设备提供了一个功能全面的解决方案。