基于加速度传感器的健身计步器设计文献综述

 2021-09-25 01:09

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文 献 综 述

一.本课题的研究内容和意义

随着经济的不断发展,人们的生活水平得到了不断的提高,社会各阶层的人们开始对身体健康尤其的关注。然而健身的方法数不胜数,步行是最好的运动之一。健康需要走出来,行走锻炼人类生命健康的加氧站。步行是一种静中有动、动中有静的健身方式,可以缓解神经肌肉紧张。据专家实验得出,当烦躁、焦虑的情绪涌上心头时,我们以轻快的步伐散步15分钟左右,即可缓解紧张、稳定情绪。此时我们需要一个工具来衡量运动量,而计步器就是一个很好的工具,它可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。比如人在运动时会产生加速度。

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。这种机械方式的成本比较低,但是它的准确性和灵敏度很低。另一种是基于加速度传感器的电子式的计步器,可以精确测得人行走时的步态加速度信号。通过微控制器相关算法可以获得人行走时的步数,这种电子计步器具有功耗低,精确度和灵敏度高等优点。

其中本文的设计以加速度传感器为基础,利用了加速度特性来进行分析,行走或跑步过程中人体的多处部位都在运动,会产生相应的加速度,加速度与时间成正弦曲线,并且会在某一点形成峰值,因为通过计算可以计算步数,估算距离。因为其种种优点逐渐成为计步器市场上的代表。

总的来说,计步器的开发研制对健康生活极其关键。它不仅仅是一个计数的机器,更是一个督促运动,与健康密切联系的必需品。

二.计步器的发展及现状

计步器最早由意大利名家达芬奇想到,1667年,德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。此后的半个多世纪以来,由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求,各种新型加速度计应运而生,其性能和精度也有了很大的完善和提高。

这种状况直到微机械加速度计(Micro Mechanical Accelerometer,MMA)的问世,这个状况才发生了改变。随着微机电系统技术的发展,微加速度计制作技术越来越成熟,国内外都将微加速度计开发作为微机电系统产品化的优先项目。微加速度计与通常的加速度计相比,具有很多优点:体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性好等。它可以广泛地运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域,具有广阔的应用前景。

基于加速度传感器的计步器最大的核心问题是它的精确度问题,如何正确统计人行走或者跑步的距离,如何准确计算消耗的卡路里。

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