基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) - 全文

　　摘要： 計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。晃動(dòng)這些裝置時(shí)，可以聽到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。

　　計(jì)步器功能可以根據(jù)計(jì)算人的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)分析人體的健康狀況。而人的運(yùn)動(dòng)情況可以通過(guò)很多特性來(lái)進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)的機(jī)械式傳感器不同，ADXL345是電容式三軸傳感器，由它捕獲人體運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度信號(hào)，更加準(zhǔn)確。信號(hào)通過(guò)低通濾波器濾波，由單片機(jī)內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、A／D轉(zhuǎn)換。軟件采用自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能，減少誤計(jì)數(shù)，更加精確。單片機(jī)STC89C52控制液晶顯示計(jì)步狀態(tài)。整機(jī)工作電流只有1-1.5mA，實(shí)現(xiàn)超低功耗。

　　關(guān)鍵字：計(jì)步器;加速度傳感器;ADXL345;低功耗

　　1.1論文研究的背景、目的及意義

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平日漸提高，人們也越來(lái)越關(guān)注自己的健康。計(jì)步器作為一種測(cè)量?jī)x器，可以計(jì)算行走的步數(shù)和消耗的能量，所以人們可以定量的制定運(yùn)動(dòng)方案來(lái)健身，并根據(jù)運(yùn)行情況來(lái)分析人體的健康狀況，因而越發(fā)流行。手持式的電子計(jì)步器是適應(yīng)市場(chǎng)需求的設(shè)計(jì)，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。

　　計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計(jì)利用加重的機(jī)械開關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器?；蝿?dòng)這些裝置時(shí)，可以聽到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺錘左右擺動(dòng)敲擊擋塊。電子計(jì)步器主要組成部分是振動(dòng)傳感器和電子計(jì)數(shù)器。步行的時(shí)候人的重心會(huì)上下移動(dòng)。以腰部的上下位移最為明顯，所以記步器掛在腰帶上最為適宜。所謂的振動(dòng)傳感器其實(shí)就是一個(gè)平衡錘在上下振動(dòng)時(shí)平衡被破壞使一個(gè)觸點(diǎn)能出現(xiàn)通/斷動(dòng)作，由電子計(jì)數(shù)器完成了主要的記錄與顯示功能，其他的屬于熱量消耗，路程換算均由電路完成。計(jì)步器中一般采用一種加速度計(jì)來(lái)感受外界的震動(dòng)。常用的加速度計(jì)原理如下：在一段塑料管中密封著一小塊磁鐵，管外纏繞著線圈，當(dāng)塑料管運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁鐵由于慣性在管中反向運(yùn)動(dòng)，切割線圈，由于電磁感應(yīng)，線圈中產(chǎn)生電流，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，上下起伏的加速度近似為正弦過(guò)程，線圈的輸出電流也是正弦波，測(cè)量正弦波的頻率就可以得出運(yùn)動(dòng)的步數(shù)，再計(jì)算的出速度，距離，和消耗卡路里。

　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　計(jì)步器最早是由意大利的倫納德·達(dá)芬奇醞釀的，但現(xiàn)存的最早的計(jì)步器 是在達(dá)芬奇之后150年，即德國(guó)1667年制作的。 日本最早的計(jì)步器是由Gcn．naiHiraga在1755年制作的。在中世紀(jì)和近代，計(jì)步器并未被廣泛使用，因?yàn)槿藗儾⒉磺宄挠猛?。這說(shuō)明機(jī)器的發(fā)明（硬件）不及找到它對(duì)人類的用途（軟件）重要。 在日本，計(jì)步器已經(jīng)使用了40多年，主要用于體育運(yùn)動(dòng)和分析記錄行走步調(diào)。1965年，計(jì)步器正式進(jìn)入日本商用市場(chǎng)，并被命名為manpo-meter（manpo的日語(yǔ)含義是10000步）。這是的計(jì)步器通常利用擺鐘原理作為記步技術(shù)，利用加重的機(jī)械開關(guān)檢測(cè)步伐，并帶有一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。如果晃動(dòng)這些裝置，就可以聽到有一個(gè)金屬球來(lái)回滑動(dòng)，或者一個(gè)擺鐘左右擺動(dòng)敲響當(dāng)塊。 這種機(jī)械式的計(jì)步器早已淡出歷史，取而代之的是電子式的計(jì)步器。

　　1.3本文研究的內(nèi)容

　　本文是一個(gè)基于STC89C52低速單片機(jī)，結(jié)合ADXL345傾角傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能。第二章根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選擇了基于三軸加速度ADXL345功能計(jì)步器設(shè)計(jì)方案，第三章對(duì)硬件中微處理器電路模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊以及LED1602顯示模塊進(jìn)行介紹，第四章中對(duì)軟件流程圖以及記步檢測(cè)算法進(jìn)行介紹。緊接著第五章對(duì)實(shí)物進(jìn)行了調(diào)試和功能驗(yàn)證。

　　2方案設(shè)計(jì)及選擇

　　2.1設(shè)計(jì)要求

　?。?）能夠有效的檢測(cè)人體步行動(dòng)作。

　?。?）能夠顯示并且記錄單位時(shí)間內(nèi)的步數(shù)。

　?。?）使用單片機(jī)技術(shù)處理數(shù)據(jù)。

　　2.2傳感器的選擇

　　方案一：是選擇機(jī)械式振動(dòng)傳感器

　　機(jī)械式振動(dòng)傳感器內(nèi)部有一個(gè)平衡錘，當(dāng)傳感器振動(dòng)時(shí)，平衡被破壞，如此會(huì)造成上下觸點(diǎn)的通斷。佩戴者在跑步過(guò)程中，身體起伏重心高低產(chǎn)生變化，計(jì)步器內(nèi)部的振動(dòng)傳感器就會(huì)將這一變化轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送至控制單元，從而獲得佩戴者的運(yùn)動(dòng)信息。機(jī)械式振動(dòng)傳感器原理簡(jiǎn)單、精度和成本低，適用于振幅較大的場(chǎng)合。

　　方案二：選擇加速度傳感器

　　三軸加速度傳感器分為壓阻式，壓電式和電容式。加速度的變化能夠改變電阻、電壓或者電容的變化，從而獲得空間位置三個(gè)垂直方向的加速度分量。佩戴者在跑步過(guò)程中，身體上下起伏，計(jì)步器內(nèi)部的微控制器讀取三軸加速度傳感器的三組模擬量，通過(guò)計(jì)步算法分析，獲取運(yùn)動(dòng)信息。三軸加速度傳感器具有精度高、反應(yīng)速度快、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)，廣泛使用于汽車、數(shù)碼產(chǎn)品、航天設(shè)備等領(lǐng)域。

　　方案三：選擇壓力傳感器

　　壓力傳感器是將壓力的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化。利用這一特性，可將壓力傳感器內(nèi)置在鞋的底部，當(dāng)用戶在行進(jìn)過(guò)程中，壓力傳感器受到的壓力不同（抬腳時(shí)腳對(duì)鞋無(wú)壓力，放腳時(shí)腳對(duì)鞋有持續(xù)壓力），這樣，計(jì)步器的主控單元讀取壓力值，經(jīng)過(guò)計(jì)步算法即可判斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　為選擇一款最適合本課題的計(jì)步傳感器將三種傳感器對(duì)比如圖：

　　目前內(nèi)置于鞋底的壓力傳感器屬于柔性傳感器。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)上曾將它用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員的蹬地力、蹬地時(shí)間、足底接觸形狀、運(yùn)動(dòng)速度、離心力等信息，以便指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員取得更好的成績(jī)。這種傳感器價(jià)格昂貴，設(shè)計(jì)難度較大，不適合本設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)振動(dòng)傳感器應(yīng)用于早期的計(jì)步器，測(cè)量精度低，誤判、漏判嚴(yán)重，不符合本課題高精度的設(shè)計(jì)原則。隨著加速度傳感器的工藝逐漸成熟，測(cè)量精度也逐漸提高，功耗已達(dá)到微安級(jí)別，隨著市場(chǎng)的大量使用，價(jià)格也降了下來(lái)，非常符合本課題的設(shè)計(jì)理念。表2列出了不同型號(hào)的三軸加速度傳感器的特性。　　

　　表2 加速度傳感器特性對(duì)比表

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　　結(jié)合價(jià)格、功耗和精度等多方面考慮，本課題選擇的三軸加速度傳感器ADXL345作為計(jì)步傳感器。

　　2.3 MCU微處理器的選擇

　　方案一：采用8位微控制器

　　8位微控制器的典型代表是8051微控制器。8051微控制器是一款入門級(jí)微控制器，它內(nèi)核簡(jiǎn)易，應(yīng)用廣泛，資料齊全，非常適合入門學(xué)習(xí)。同時(shí)它的價(jià)格低廉，是一款適用于追求低成本，不追求實(shí)時(shí)性的電子產(chǎn)品。在我國(guó)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，8051微控制器占據(jù)了小型家電市場(chǎng)，其中的原因正是超低的成本。

　　方案二：采用16位微控制器

　　MSP430微控制器是一款以低功耗聞名的16位微控制器，有許多低功耗的工作模式，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式，高效率的查表處理指令。這些特點(diǎn)都保證了用它可以編寫出高效率的源程序。

　　方案三：采用32位微控制器

　　Cortex-M0+內(nèi)核基于ARMv6架構(gòu)，支持Thumb/Thumb-2子集ISA，單核心，采用低成本的90nmLP工藝制造，核心面積僅0.04mm2，每MHz單位頻率消耗的電流、功耗分別有9μA、11μW，是現(xiàn)今其它8/16位微控制器的大約三分之一，而性能上又比它們高出很多。飛思卡爾的Kinetis L系列微控制器基于ARM Cortex-M0+內(nèi)核，是目前市場(chǎng)上能效極高的32位微控制器，每微安數(shù)據(jù)吞吐量居業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平；超低功耗模式多種靈活的功率模式，適合不同的應(yīng)用情形，可最大限度延長(zhǎng)電池壽命；多種技術(shù)優(yōu)化功耗，包括90nm薄膜存儲(chǔ)（TFS）技術(shù)、時(shí)鐘和電源門控技術(shù)，以及帶有位處理引擎、外圍交叉橋和零等待閃存控制器的高效平臺(tái)等；深度睡眠模式下，可在不喚醒內(nèi)核的情況下進(jìn)行智能決策并處理數(shù)據(jù)。

　　綜合上述幾種單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，就地取材選擇了由STC公司生產(chǎn)的一種價(jià)格便宜、低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。

　　2.4系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　該計(jì)步器是有ADXL345加速度傳感器、STC89C52單片機(jī)以及LED1602顯示屏等組成。傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后，輸入單片機(jī)內(nèi)部，將數(shù)據(jù)處理后輸出液晶顯示。 VISIO

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　　3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　3.1微處理器電路模塊

　　STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU?和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

　　具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。

　　STC89C52RC單片機(jī)參數(shù)

　　⑴8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；

　　⑵512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；

　?、莾?nèi)帶2K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間；

　　⑷可直接使用串口下載；

　　3.2計(jì)步器傳感器采集模塊

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　　ADXL345的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，X、Y、Z三個(gè)相互正交的的方向上的加速度由 G-Cell傳感器感知，經(jīng)過(guò)容壓變換器、增益放大、濾波器和溫度補(bǔ)償后以電壓信號(hào)輸出。

　　所謂的G-Cell傳感器是由半導(dǎo)體材料（多晶硅）經(jīng)半導(dǎo)體工藝加工得到，其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為三塊電容極板，如圖3。兩端的極板圈定，中間的極板在加速度的作用下，偏離無(wú)加速度的位置，這樣它到兩端極板的距離發(fā)生變化，造成電容值的變化．這個(gè)變化值經(jīng)容壓變換、增益放大，濾波等后體現(xiàn)在最后的電壓輸出值上，從而完成對(duì)加速度的測(cè)量。

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　　ADXL345的三個(gè)相互正交的測(cè)量方向如圖4，固定在人體上后，這三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)意義也就隨之確定了。

　　引腳配置（頂視圖）：
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　　ADXL345是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計(jì)，分辨率高（13位），測(cè)量范圍達(dá)±16g。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為16位二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，可通過(guò)SPI（3線或4線）或I2C數(shù)字接口訪問。ADXL345非常適合移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用。它可以在傾斜檢測(cè)應(yīng)用中測(cè)量靜態(tài)重力加速度，還可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)或沖擊導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)加速度。其高分辨率（3.9mg/LSB），能夠測(cè)量不到1.0°的傾斜角度變化。

　　如圖10所示，為傳感器底座，接口電路連接：

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　　此模塊電路主要功能就用于做ADXL345加速度傳感器的一個(gè)轉(zhuǎn)接口，而且利用ADXL345該加速度傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的變化值。相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生模塊。

　　3.3顯示模塊

　　液晶顯示器（LCD）為平面超薄的顯示設(shè)備，液晶顯示器功耗很低，適用于使用電池的電子設(shè)備。它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。

　　LCD特點(diǎn)：機(jī)身薄，節(jié)省空間。與比較笨重的CRT顯示器相比，液晶顯示器只要前者三分之一的空間。

　　省電，不產(chǎn)生高溫。它屬于低耗電產(chǎn)品，可以做到完全不發(fā)熱（主要耗電和發(fā)熱部分存在于背光燈管或LED），而CRT顯示器，因顯像技術(shù)不可避免產(chǎn)生高溫。

　　低輻射，益健康。液晶顯示器的輻射遠(yuǎn)低于CRT顯示器（僅僅是低，并不是完全沒有輻射，電子產(chǎn)品多多少少都有輻射）。

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　　畫面柔和不傷眼，不同于CRT技術(shù)，液晶顯示器畫面不會(huì)閃爍，可以減少顯示器對(duì)眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。

　　第1腳：GND為電源地

　　第2腳：VCC接5V電源正極

　　第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。

　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。

　　第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平（1）時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平（0）時(shí)進(jìn)行寫操作。

　　第6腳：E（或EN）端為使能（enable）端，高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳

　　變時(shí)執(zhí)行指令。

　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電

　　源。

　　第15腳背光正極。

　　第16腳背光負(fù)極。特性3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)

　　4軟件設(shè)計(jì)

　　4.1軟件流程圖

　　解釋

　?。?）主程序流程

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　　4.2計(jì)步器算法的實(shí)現(xiàn)

　　在可用于分析跑步或步行的特征當(dāng)中，我們選擇“加速度”作為相關(guān)參數(shù)。個(gè)體（及其相關(guān)軸）的運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)分量，分別是前向（“滾動(dòng)”）、豎向（“偏航”）和側(cè)向（“俯仰”），如圖9所示。ADXL345檢測(cè)其三個(gè)軸—x、y和z上的加速度。計(jì)步器處于未知方向，因此測(cè)量精度不應(yīng)嚴(yán)重依賴于運(yùn)動(dòng)軸與加速度計(jì)測(cè)量軸之間的關(guān)系。

　　讓我們考慮步行的特性。一個(gè)步伐，我們將其定義為單位步行周期，步行周期各階段與豎向和前向加速度變化之間有一定的關(guān)系。

　　要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)步數(shù)首先要對(duì)人走路的姿態(tài)有一定了解。行走時(shí)，腳、腿、腰部，手臂都在運(yùn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的加速度，并且會(huì)在某點(diǎn)有一個(gè)峰值。從腳的加速度來(lái)檢測(cè)步數(shù)是最準(zhǔn)確的，但是考慮到攜帶的方便，我們選擇利用腰部的運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)步數(shù)。

　　圖10顯示了與一名跑步者的豎向、前向和側(cè)向加速度相對(duì)應(yīng)的x、y和z軸測(cè)量結(jié)果的典型圖樣。無(wú)論如何穿戴計(jì)步器，總有至少一個(gè)軸具有相對(duì)較大的周期性加速度變化，因此峰值檢測(cè)和針對(duì)所有三個(gè)軸上的加速度的動(dòng)態(tài)閾值決策算法對(duì)于檢測(cè)單位步行或跑步周期至關(guān)重要。

　?。?）步伐參數(shù)

　　數(shù)字濾波器：首先，為使信號(hào)波形變得平滑，需要一個(gè)數(shù)字濾波器?？梢允褂盟膫€(gè)寄存器和一個(gè)求和單元，如圖11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(shí)間會(huì)變慢。
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　　圖12顯示了來(lái)自一名步行者所戴計(jì)步器的最活躍軸的濾波數(shù)據(jù)。對(duì)于跑步者，峰峰值會(huì)更高。

　　動(dòng)態(tài)閾值和動(dòng)態(tài)精度：系統(tǒng)持續(xù)更新三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(yīng)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(zhí)行進(jìn)一步濾波。

　　步伐邁出的條件定義為：當(dāng)加速度曲線跨過(guò)動(dòng)態(tài)閾值下方時(shí)，加速度曲線的斜率為負(fù)值（sample_new 《 sample_old）。

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

　　步伐計(jì)數(shù)器利用此算法可以很好地工作，但有時(shí)顯得太敏感。當(dāng)計(jì)步器因?yàn)椴叫谢蚺懿街獾脑蚨浅Ｑ杆倩蚍浅＞徛卣駝?dòng)時(shí)，步伐計(jì)數(shù)器也會(huì)認(rèn)為它是步伐。為了找到真正的有節(jié)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(jì)數(shù)規(guī)則”可以解決這個(gè)問題。

　　“時(shí)間窗口”用于排除無(wú)效振動(dòng)。假設(shè)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(nèi)，時(shí)間間隔超出該時(shí)間窗口的所有步伐都應(yīng)被排除。

　　ADXL345的用戶可選輸出數(shù)據(jù)速率特性有助于實(shí)現(xiàn)時(shí)間窗口。表5.1列出了TA = 25°C、VS = 2.5 V、VDD I/O = 1.8 V時(shí)的可配置數(shù)據(jù)速率（以及功耗）?！　?/p>

表3數(shù)據(jù)速率和功耗

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　　此算法使用50 Hz數(shù)據(jù)速率（20 ms）。采用interval的寄存器記錄兩步之間的數(shù)據(jù)更新次數(shù)。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(nèi)；否則，時(shí)間間隔在時(shí)間窗口之外，步伐無(wú)效。

　　“計(jì)數(shù)規(guī)則”用于確定步伐是否是一個(gè)節(jié)奏模式的一部分。步伐計(jì)數(shù)器有兩個(gè)工作狀態(tài)：搜索規(guī)則和確認(rèn)規(guī)則。步伐計(jì)數(shù)器以搜索規(guī)則模式開始工作。假設(shè)經(jīng)過(guò)四個(gè)連續(xù)有效步伐之后，發(fā)現(xiàn)存在某種規(guī)則（in regulation），那么步伐計(jì)數(shù)器就會(huì)刷新和顯示結(jié)果，并進(jìn)入“確認(rèn)規(guī)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(jì)數(shù)器就會(huì)更新一次。但是，如果發(fā)現(xiàn)哪怕一個(gè)無(wú)效步伐，步伐計(jì)數(shù)器就會(huì)返回搜索規(guī)則模式，重新搜索四個(gè)連續(xù)有效步伐。

　　5測(cè)試及分析

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　　5.1系統(tǒng)調(diào)試及功能
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　　圖13系統(tǒng)實(shí)物圖

　　設(shè)計(jì)的實(shí)物用于記錄單位時(shí)間的人行走的步數(shù)，以及一段時(shí)間的總步數(shù)，以達(dá)到督促人們鍛煉的目的。

　　5.2系統(tǒng)的測(cè)試

　　如表2為在實(shí)際步數(shù)中顯示步數(shù)以及總步數(shù)不復(fù)位情況下記錄。下圖表3為在實(shí)際步數(shù)中顯示步數(shù)每5步復(fù)位一次總步數(shù)不復(fù)位情況下記錄。由圖可得到實(shí)物對(duì)步數(shù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率在90%以上。

　　表4

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　　　表5
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　　6總 結(jié)

　　在本次計(jì)步器的制作過(guò)程中，體會(huì)到不少。而在解決問題的時(shí)候也是對(duì)自身的專業(yè)素質(zhì)的一種提高。在焊接過(guò)程中元件必須清潔和鍍錫焊接前用小刀掛掉氧化膜，然后再進(jìn)行焊接時(shí)應(yīng)使用電騾鐵的溫度高于焊錫的溫度以烙鐵頭接觸松香剛剛冒煙為好。焊接點(diǎn)的上錫數(shù)量焊接點(diǎn)上的焊錫數(shù)量不能太少，焊少了焊接不牢固，機(jī)械強(qiáng)度也太差。

　　同時(shí)讓我也更加的了解了ADXL345是一款出色的加速度計(jì)，非常適合計(jì)步器應(yīng)用。它具有小巧纖薄的特點(diǎn)，采用3 mm × 5 mm × 0.95 mm塑封封裝，利用它開發(fā)的計(jì)步器已經(jīng)出現(xiàn)在醫(yī)療儀器和高檔消費(fèi)電子設(shè)備中。它在測(cè)量模式下的功耗僅40 μA，待機(jī)模式下為0.1 μA，堪稱電池供電產(chǎn)品的理想之選。嵌入式FIFO極大地減輕了主處理器的負(fù)荷，使功耗顯著降低。此外，可以利用可選的輸出數(shù)據(jù)速率進(jìn)行定時(shí)，從而取代處理器中的定時(shí)器。13位分辨率可以檢測(cè)非常小的峰峰值變化，為開發(fā)高精度計(jì)步器創(chuàng)造了條件。最后，它具有三軸輸出功能，結(jié)合上述算法，用戶可以將計(jì)步器戴在身上幾乎任何部位。