采用Arduino開發(fā)板和ADXL33的簡(jiǎn)易計(jì)步器設(shè)計(jì)

目前，健身手環(huán)在人們的日常生活中變得越來(lái)越流行，它不僅可以計(jì)算人行走的步數(shù)，而且還可以記錄您燃燒的卡路里、顯示心跳、顯示時(shí)間等等。通常這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已與云平臺(tái)連接同步，因此您可以在智能手機(jī)上輕松獲取所有身體活動(dòng)量的歷史記錄。在前面的文章中，我們還制作了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的患者監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其重要數(shù)據(jù)發(fā)送到ThingSpeak云平臺(tái)，用戶可以從任何地方進(jìn)行查看。

計(jì)步器（Pedometer）是一種用來(lái)計(jì)算人走路步數(shù)的設(shè)備。在本篇文章中，我們將使用Arduino開發(fā)板和加速度計(jì)ADXL335制作一個(gè)簡(jiǎn)單又便宜的計(jì)步器。該計(jì)步器計(jì)算走路步數(shù)，然后將計(jì)算結(jié)果顯示在LCD1602顯示屏上。

所需的組件

● Arduino Nano開發(fā)板

● ADXL335加速度計(jì)

● LCD1602液晶顯示屏模塊

● 電池

ADXL335加速度計(jì)介紹

ADXL335是一款小尺寸、完整的三軸加速度計(jì)，基于電容式感應(yīng)原理。它是一個(gè)小尺寸、薄型、低功耗的模塊，帶有一個(gè)經(jīng)過(guò)多晶硅表面微機(jī)械加工的傳感器和信號(hào)調(diào)理電路。 ADXL335加速度計(jì)可以測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加速度。在本文中，ADXL335加速度計(jì)用作計(jì)步器傳感器。

加速度計(jì)是一種可以將任意方向上的加速度轉(zhuǎn)換為其相應(yīng)的可變電壓的設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)使用電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隨著加速度移動(dòng)，位于其內(nèi)部的電容器也將根據(jù)該運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，由于電容是變化的，因此可以獲得可變電壓。

下面是加速度計(jì)模塊的正視圖和底視圖：

電路連接圖

Arduino和加速度計(jì)組成的計(jì)步器電路圖如下所示。

在此電路中，我們將ADXL335加速度計(jì)連接到Arduino Nano開發(fā)板。加速度計(jì)的X、Y和Z引腳與Arduino Nano的模擬引腳（A1、A2和A3）連接。我們使用了一個(gè)I2C模塊將LCD1602顯示屏連接到Arduino開發(fā)板。 I2C模塊的SCL和SDA引腳分別連接到Arduino Nano的A5和A4引腳。

我們按照上面所示的電路圖在面包板上連接計(jì)步器的各個(gè)組件：

計(jì)步器是如何工作的？

計(jì)步器使用向前、垂直和側(cè)面的三個(gè)運(yùn)動(dòng)分量來(lái)計(jì)算一個(gè)人行走的總步數(shù)。計(jì)步器使用加速度計(jì)來(lái)獲取這些值。每次取樣后，加速度計(jì)都會(huì)不斷更新3軸加速度的最大值和最小值。這些3軸（Max + Min）/ 2的平均值稱為動(dòng)態(tài)閾值水平，該閾值用于確定是否應(yīng)該記錄該步數(shù)。

計(jì)步器在運(yùn)行時(shí)可以處于任何方向，因此計(jì)步器使用加速度變化最大的軸來(lái)計(jì)算步數(shù)。

現(xiàn)在，我們快速了解一下Arduino計(jì)步器的工作原理：

1. 首先，計(jì)步器上電后開始校準(zhǔn)。

2. 然后在void loop函數(shù)中，連續(xù)獲取從X、Y和Z軸的數(shù)據(jù)。

3. 然后，從起點(diǎn)算出總加速度矢量。

4. 加速度矢量是X、Y和Z軸值的平方根（x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2）。

5. 然后將平均加速度值與閾值進(jìn)行比較，以計(jì)算步數(shù)。

6. 如果加速度矢量超過(guò)閾值，則增加步數(shù)；否則，認(rèn)為是無(wú)效的振動(dòng)，丟棄該數(shù)據(jù)。

編程Arduino計(jì)步器

在本文的末尾處提供了完整的Arduino計(jì)步器代碼。在這里，我們對(duì)一些重要代碼片段進(jìn)行說(shuō)明。

首先在代碼中包含所有必需的庫(kù)。 ADXL335加速度計(jì)輸出模擬輸出信號(hào)，因此不需要任何庫(kù)。

#include 《LiquidCrystal_I2C.h》

復(fù)制代碼

之后，定義加速度計(jì)連接的Arduino引腳。

const int xpin = A1;

const int ypin = A2;

const int zpin = A3;

復(fù)制代碼

定義加速度計(jì)的閾值。將該閾值與加速度矢量進(jìn)行比較，以計(jì)算步數(shù)。

float threshold = 6;

復(fù)制代碼

在void setup（）函數(shù)中，在開發(fā)板上電時(shí)調(diào)用以下函數(shù)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。

calibrate（）;

復(fù)制代碼

在void loop（）函數(shù)中，將讀取100個(gè)樣本的X、Y和Z軸值。

for （int a = 0; a 《 100; a++）

{

xaccl［a］ = float（analogRead（xpin） - 345）;

delay（1）;

yaccl［a］ = float（analogRead（ypin） - 346）;

delay（1）;

zaccl［a］ = float（analogRead（zpin） - 416）;

delay（1）;

復(fù)制代碼

獲得3個(gè)軸的值后，通過(guò)取X、Y和Z軸值的平方根來(lái)計(jì)算總加速度矢量。

totvect［a］ = sqrt（（（xaccl［a］ - xavg） * （xaccl［a］ - xavg）） + （（yaccl［a］ - yavg） * （yaccl［a］ - yavg）） + （（zval［a］ - zavg） * （zval［a］ - zavg）））;

復(fù)制代碼

然后計(jì)算最大和最小加速度矢量值的平均值。

totave［a］ = （totvect［a］ + totvect［a - 1］） / 2 ;

復(fù)制代碼

接下來(lái)將加速度矢量值的平均值與閾值進(jìn)行比較。如果平均值大于閾值，則增加步數(shù)并置位標(biāo)志位。

if （totave［a］ 》 threshold && flag == 0）

{

steps = steps + 1;

flag = 1; }

復(fù)制代碼

如果平均值大于閾值，但標(biāo)志位置位，則什么也不做。

else if （totave［a］ 》 threshold && flag == 1）

{

// Don’t Count

}

復(fù)制代碼

如果平均值小于閾值且標(biāo)志位置位，則將標(biāo)志位清零。

if （totave［a］ 《 threshold && flag == 1）

{

flag = 0;

}

復(fù)制代碼

在串口監(jiān)視器和LCD顯示屏上打印輸出步數(shù)。

Serial.println（steps ）;

lcd.print（“Steps： ”）;

lcd.print（steps）;

復(fù)制代碼

測(cè)試Arduino計(jì)步器

準(zhǔn)備好硬件和代碼后，將Arduino開發(fā)板連接到筆記本電腦并上傳代碼。現(xiàn)在，將計(jì)步器握在手中，然后一步步走路，它應(yīng)該會(huì)在LCD上顯示步數(shù)。有時(shí)，計(jì)步器非?？焖倩蚓徛卣駝?dòng)時(shí)，步數(shù)也會(huì)增加。

編輯：hfy