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惊呆了 手机传感器竟然有这么多
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基于加速度传感器adxl330的高精度计步器设计
    摘 要:目前随着数字化时代的到来,越来越多的手持设备,例如手机、mp3和pmp等等,都要增加健康或者 运动的功能。计步器作为一种测量仪器,可以计算行走的步数和消耗的能量,就成为在这些手持设备上增加的功能之一。有别于传统的机械方式,利用美国模拟器件 公司的加速度传感器adxl330做成的计步器3具有灵敏度高、准确性高(95%)、集成度高以及功耗低(3.3 mw)的特点,非常适合手持式消费类电子产品。adxl3301是一个三轴模拟输出、灵敏度为330 mv/gn、低功耗的加速度传感器。目前,计步器的构成有机械式和电子式两种。机械式的计步器利用人体行走时的振动引起计步器内部簧片或者弹力小球的振动来产生电子脉冲,内部处理 器通过判断电子脉冲的方法来达到计步的功能。这种机械式方式的成本比较低,但是它的准确性和灵敏度很低。mems(微机电系统)是一种新式的加速度传感器 制作工艺,它可以很容易和传统的cmos工艺结合起来,这样制成新式的加速度传感器(adxl330)。电子式的计步器就是利用这种新式的产品,通过测量 人体行走时加速度的变化,来达到计步的功能。电子式计步器就可以克服机械式的准确性和灵敏度低的缺点。1 人体行走模型距离、速度、加速度等等有很多的参数来描述人体行走的行为,本文主要采用加速度这个参数来模拟人体行走。如图1所示,我们可以分别定义三个不同方向的加速度:垂直、前向和侧向。adxl330是一个三轴(x轴、y轴和z轴)模拟输出的加速度传感器,正好可以作为垂直、前向和侧向三个方向的传感器。如图2所 示,adxl330x、y、z三轴的数据输出就代表了人体行走三个方向的加速度曲线。从图中我们可以看到三个方向中垂直方向(z轴)具有明显的周期特性。然而,手持设备的摆放是任意的,并不是严格的和图1吻合。因此任意位置的分析是比较有效的。我们定义&v、&v、&&分别为垂直方向和x、y、z轴的夹角,因此垂直方向的加速度在x、y、z轴上分别为:acc_x_v = (cos&v)?acc_vacc_y_v = (cos&&)?acc_vacc_z_v = (cos&&)?acc_v同理,我们可以得到在前进和侧面方向在x、y、z上的加速度分别为:acc_x_f = (cos&f)?acc_facc_y_f = (cos&f)?acc_facc_z_f = (cos&f)?acc_facc_x_f = (cos&f)?acc_facc_y_f = (cos&f)?acc_facc_z_f = (cos&f)?acc_f因此,在x、y、z轴上的加速度为:acc_x = acc_x_v+acc_x_f = acc_x_sacc_y = acc_y_v+acc_y_f = acc_y_sacc_z = acc_z_v+acc_z_f = acc_z_s实际上,根据图3的分析,我们比较关心垂直方向的加速度,acc_x_v,acc_y_v,acc_z_v。2 计步器自适应算法通常来讲,人体每秒钟行走0.5~2步,最多不超过5步。因此,合理的计步器输出为0.5~5 hz。在模拟电路部分,我们采用5 hz的抗混叠带宽来过滤高频噪声;在数字电路部分,采用5 hz截止频率的fir低通滤波器来过滤高频噪声。图4是低通滤波器的频率响应。另外,低通滤波器无法过滤0.5 hz以下的噪声,因此我们采用了时间窗口的方法来实现。如图5所示,我们把大于t1或者小于t2的频率输出都认为是噪声的影响。不同的人行走会有不同加速度大小的输出,因此软件中动态参数的设置提供了一种自适应的方法,来满足不同行人的要求。动态参数包括动态精度、动态 阈值以及加速度传感器的峰-峰值的输出。动态精度是用来量化采样的数据以去除高频的噪声;动态阈值满足下式就可以判断一步的成立。 pld_data>dynamic_threshold>new_data如图6所示,软件中量化的模块有两个移位寄存器组成:新数据寄存器 和旧数据寄存器。新数据寄存器的内容为动态精度和加速度变化值,当加速度变化值大于动态精度时,这时的数据就可以移位到新数据寄存器;当加速度变化值小于 或者等于动态精度时,新数据寄存器保持不变。旧数据寄存器则不断的更新采样的数据。通常,我们采用一轴最大加速度输出为有效的输出,加速度传感器的峰-峰值用来判断哪个轴输出为有效的输出。3 硬件实现图8为计步器硬件的结构框图。它有两个模块组成:传感器模块和控制模块。这两个模块接口为i2c,传感器模块以从模式记录步数,控制模块以主模式设置、读取和显示传感器的信息[6]。传感器模块由三轴加速度传感器adxl330、ad85545(四通道运算放大器组成抗混叠滤波器[7])和内部集成多通道adc的单片机 pic16lf819[4组成。adxl330作为传感器来感知人体行走的动作,并有x、y、z三个模拟输出。带宽为5hz的抗混叠滤波器来去除高频噪 声,对于adxl330,只要在模拟输出管脚上加上电容就可以实现。利用单片机pic16lf819内部三个通道的adc对三个模拟输出进行采样,同时利 用一个数字输出管脚作为adxl330的电源。控制模块有lcd显示模块、微控制器aduc8322(内嵌8051核)、键盘和电源组成。对此计步器进行 各种放置位置的测量,测量结果如图9、10、11、12。其中图9为x轴向上时测试的结果,图10为y轴向上时测试的结果,图11为z轴向上时测试的结 果,图12为z轴向下时测试的结果。另外,为了验证此计步器的精度,分别对x、y、z轴的上和下四种情况进行100步统计性测量,测量结果如表1。表1 四向情况中,进行百步的统计性测值4 结 论adxl330是美国模拟器件最新发布的一款功耗低、封装小、高精度的三轴加速度传感器。基于adxl330的计步器可以得到比传统的机械式计 步器更高的精度和准确度,从表1可以看到此计步器的精度达到了98%,功耗经测量只有3.3 mw,非常适合应用于手持式设备。参考文献:[1] adxl330 datasheet [eb/ol]. analog devices inc, nor2wood, ma. .[2] aduc832 datasheet, analog devices inc. [eb/ol], nor2wood, ma. .[3] harvey weinberg. using the adxl202 in pedometer and per2sonal navigation applications[r]. application note an-602, analog devices inc.2002.[4] pic16f819 datasheet[eb/ol]. microchip technology inc..[5] ad8554 datasheet[eb/ol]?analog devices inc., norwood,ma. .[6] naoki asakawa. tech analysis: hdd for mobile phoneswithstand 1.5-meter drop[j]. nikkei electronics asia,jan 2005?[7] walter g. jung&op amp application[m]&, analog devicesinc. 2002.[8] charles kitchin and lew counts.&a designer&s guide to in2strumentation amplifiers[m]. 2nd edition&, analog devicesinc. 2004.
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智能手表安装加速度传感器 可测多种数据
关键字：加速度传感器
　　摘要：
　　一直以来，不管是还是，很多厂商都在关注智能手表的研发。而今天来自蒙大拿州健身电子公司的HeartRate手表公司推出了Wearlt智能手表。该手表有240*240分辨率的显示屏，内置、磁传感器、加速度传感器等，具备链接,ANT+和蓝牙智能技术，此外还有USB2.0端口。
　　关键字： 智能手表,
　　加速度传感器
　　磁力仪
　　一直以来，不管是微软还是索尼，很多厂商都在关注智能手表的研发。而今天来自蒙大拿州健身电子公司的HeartRate手表公司推出了Wearlt智能手表。该手表有240*240分辨率的显示屏，内置GPS、磁传感器、加速度传感器等，具备WiFi链接,ANT+和蓝牙智能技术，此外还有USB2.0端口。
　　HeartRate手表公司推出了Wearlt智能手表
　　该智能手表内部采用CortexA8，运行Android4.1系统，256MB的内存和4GB的内置。具备加速度传感器、磁力仪、计步器和一个数字指南针。这款智能手表预计将于今年12月份或者明年1月份发售。
　　这种智能手表融入了多种元素，一般适用于热爱运动的狂热爱好者。早前也有很多类似的产品在市面上畅销，其中包括计步手表。计步手表是使用相当广泛的跑步手表，也能用在日常的走路中，计算距离，速度，步数和卡路里消耗。其核心是3DG-SENSOR加速度传感器，可以感应人体运动时候比如走路跑步产生的三维的运动加速度，从而能记录单位时间的步数。通过输入的步长来计算人体的运动速度，距离，并且通过输入的体重来推算消耗的卡路里。
　　计步手表优点是佩戴简便，计步准确，戴在手腕上，手臂可以完全自由摆动，也不妨碍正常跑步动作和计步的准确性，适合全天候室外室内运动，电池续航力强，并可以存储多天的运动数据。通常的计步手表比如FITBOX其运动传感器通常是是整合在手表机芯内;也有一些跑步运动表比如SUUNTO，POLAR等都采用了分离式的传感器放置在鞋带上或者在鞋底。计步器中包括一个MEMS传感器和高级软件来计算步数.MEMS传感器是1,2或者3轴加速度传感器,使用MEMS传感器可以更准确的计算步数减少错误.软件是用来解释传感器输出和"搞清楚步数".人在行走或者跑步过程中,速度和时间轴大致成为一个正旋波,利用加速度传感器检测运动的加速度,可计算出走了多少步,可根据步幅估算距离。
　　智能手表又叫GPS手表，它是通过接受卫星位置信号来确定轨迹点来计算单位时间移动的距离，并推算移动的速度。位置信号的精确程度由卫星信号的强弱，采样率的高低来决定。比如1秒钟采样率的准确性显然要比60秒钟采样率要高。但是过高的采样率会导致过快。
　　专家介绍，GPS手表的优点是可以记录运动的轨迹并通过蓝牙或者USB同步到电脑，缺点是耗电较大。所以GPS手表都采用充电电池。一般情况下，GPS手表只适用于室外跑步，信号容易受到气象等环境因素的干扰。但是由于其地图和社区功能强大，还是赢得了不少拥趸。
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