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基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计

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ID:211212 发表于 2017-6-14 16:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
算法
步伐参数
数字滤波器:首先,为使图3所示的信号波形变得平滑,需要一个数字滤波器。可以使用四个寄存器和一个求和单元,如图4所示。当然,可以使用更多寄存器以使加速度数据更加平滑,但响应时间会变慢。
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图4. 数字滤波器
图5显示了来自一名步行者所戴计步器的最活跃轴的滤波数据。对于跑步者,峰峰值会更高。
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图5. 最活跃轴的滤波数据
动态阈值和动态精度:系统持续更新3轴加速度的最大值和最小值,每采样50次更新一次。平均值(Max + Min)/2称为“动态阈值”。接下来的50次采样利用此阈值判断个体是否迈出步伐。由于此阈值每50次采样更新一次,因此它是动态的。这种选择具有自适应性,并且足够快。除动态阈值外,还利用动态精度来执行进一步滤波,如图6所示。
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图6. 动态阈值和动态精度
利用一个线性移位寄存器和动态阈值判断个体是否有效地迈出一步。该线性移位寄存器含有2个寄存器:sample_new寄存器和sample_old寄存器。这些寄存器中的数据分别称为sample_new和sample_old。当新采样数据到来时,sample_new无条件移入sample_old寄存器。然而,sample_result是否移入sample_new寄存器取决于下述条件:如果加速度变化大于预定义精度,则最新的采样结果sample_result移入sample_new寄存器,否则sample_new寄存器保持不变。因此,移位寄存器组可以消除高频噪声,从而保证结果更加精确。
步伐迈出的条件定义为:当加速度曲线跨过动态阈值下方时,加速度曲线的斜率为负值(sample_new < sample_old)。 .
峰值检测:步伐计数器根据x、y、z三轴中加速度变化最大的一个轴计算步数。如果加速度变化太小,步伐计数器将忽略。
步伐计数器利用此算法可以很好地工作,但有时显得太敏感。当计步器因为步行或跑步之外的原因而非常迅速或非常缓慢地振动时,步伐计数器也会认为它是步伐。为了找到真正的有节奏的步伐,必须排除这种无效振动。利用“时间窗口”和“计数规则”可以解决这个问题。
“时间窗口”用于排除无效振动。假设人们最快的跑步速度为每秒5步,最慢的步行速度为每2秒1步。这样,两个有效步伐的时间间隔在时间窗口[0.2 s - 2.0 s]之内,时间间隔超出该时间窗口的所有步伐都应被排除。
ADXL345的用户可选输出数据速率特性有助于实现时间窗口。表1列出了TA = 25°C, VS = 2.5 V, and VDD I/O = 1.8 V时的可配置数据速率(以及功耗)。

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基于3轴加速度计ADXL345的全功能计步器设计.doc (540.5 KB, 下载次数: 124)
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