基于某加速度传感器地计步器设计

基于某加速度传感器地计步器设计

ID:47024850

大小:459.23 KB

页数:9页

时间:2019-06-28

基于某加速度传感器地计步器设计_第1页
基于某加速度传感器地计步器设计_第2页
基于某加速度传感器地计步器设计_第3页
基于某加速度传感器地计步器设计_第4页
基于某加速度传感器地计步器设计_第5页
资源描述:

《基于某加速度传感器地计步器设计》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库

1、实用标准文档微机电系统设计与制造到宿舍:到山顶四点底但是的是是的上单上单是的文案大全实用标准文档目录0引言11人体运动模型12算法设计23硬件实现54结论6参考文献7文案大全实用标准文档基于加速度传感器LIS3DH的计步器设计摘要:设计了一种基于微机电系统(MEMS)加速度传感器LIS3DH的计步器,包括运动检测、数据处理和显示终端。数字输出加速度传感器LIS3DH作为运动检测模块,检测人体运动时加速度变化;数据处理模块对加速度信息进行处理,使用FFT滤波和自适应频率范围去除噪声对加速度信号的影响,利用加速度变化的上升、下降区间

2、实现计步功能。实验结果表明:该计步系统具有体积小、结构简单、功耗低、工作稳定的特点,能够提供较高精度的计步功能。关键词:微机电系统;计步器;加速度传感器;高精度0引言计步器是一种日常锻炼进度监控器,可以计算人们行走的步数,估计行走距离、消耗的卡路里,方便人们随时监控自己的健身强度、运动水平和新陈代谢。早期的机械式计步器利用人走动时产生的振动触发机械开关检测步伐,虽然成本低,但是准确度和灵敏度都很低,体积较大,且不利于系统集成。随着MEMS技术的发展,基于MEMS技术的惯性传感器得到迅速发展,其具有价格低、体积小、功耗低、精度高的

3、特点,利用MEMS加速度传感器设计的电子计步器,通过测量人体行走时的加速度信息,经过软件算法计算步伐,可以克服机械式计步器准确度和灵敏度低的缺点,可准确地检测步伐,同时还可以输出运动状态的实时数据,对运动数据进行采集和分析。本文基于LIS3DH[1]加速度传感器设计了一种电子式计步器,该传感器是意法半导体(ST)公司的三轴重力加速度传感器,可以精确测得人行走时的步态加速度信号,具有功耗低、精确度和灵敏度高的特点。文案大全实用标准文档1人体运动模型通过步态加速度信号提取人步行的特征参数是一种简便、可行的步态分析方法。行走运动包括3

4、个分量,分别是前向、侧向以及垂直向,如图1所示。LIS3DH是一种三轴(X,Y,Z轴)的数字输出加速度器,可以与运动的3个方向相对应。垂直轴前向轴侧向轴图1人体行走模型Fig1Humanwalkingmodel行走运动分量在一个步伐,即一个迈步周期中加速度变化规律如图2所示,脚蹬地离开地面是一步的开始,此时,由于地面的反作用力垂直加速度开始增大,身体重心上移,当脚达到最高位置时,垂直加速度达到最大,然后脚向下运动,垂直加速度开始减小,直至脚着地,加速度减至最小值,接着下一次迈步发生。前向加速度由脚与地面的摩擦力产生的,因此,双脚

5、触地时增大,在一脚离地时减小。图2人体行走模型分析Fig2Analysisofhumanwalkingmodel图3为一次步行实验中,LIS3DH检测到的X,Y,Z轴的加速度变化情况。可以看出:Z轴加速度数据(人行走的竖直方向)具有明显的周期性,加速度值最小处对应的是脚离开地面(一步的开始或结束),最大值对应脚抬到最高点。文案大全实用标准文档图3加速传感器的三轴输出Fig33-axisoutputofaccelerationsensor在具体使用时,手持设备的放置情况是随意的,加速度计的3个轴有可能不与人体模型定义的3个轴向重合

6、,文献[4]中提到利用加速度的峰—峰值来判断加速输出最大的一轴作为有效轴。但这种方法易丢失计数点,使计数不够准确。为了充分利用加速度传感器输出的三轴信号,本文将加速度信号进行取模求和后用来计步。2算法设计由图3可知,Z向加速度计原始输出虽然具有一定的周期性,但由于噪声导致变化复杂,不易于直接进行计步,需对信号进行滤波,尽可能消除噪声影响。通常情况下,人的步频最快不会超过5steps/s,最慢为0.5steps/s。因此,可以认为原始信号中频率为0.5~5Hz的信号为有用信号,其他信号均为噪声。可以用(FFT)滤波实现保留部分频率

7、信息的要求,提取有用信息。但正常行走的任一段时间内,步频的变化都会集中在峰值频率附近的一个小范围内,而不是0.5~5Hz这么大,所以,本文经过分析大量实验数据的频谱,建立了一个比0.5~5Hz小的自适应频率范围(f1,f2)(如图4所示),通过FFT保留该频率范围内的有用信号,去除范围外的无用信息。经实验验证利用该动态频率范围能更好地去除噪声对步数判断的影响,如图5(a)和(b)所示。图5(a)是利用FFT滤波和动态频率范围对原始加速度信号滤波后的加速度变化曲线,图5(b)是直接利用FFT滤波与0.5~5Hz的频率范围对原始加速

8、度滤波后的加速度变化曲线。文案大全实用标准文档由图5可以看出:图5(a)中部分噪声还不能消除,存在多峰值的情况,而计步图5(b)中加速度曲线较平滑,加速度的周期性化趋势已非常明显,变换规律也比较简单,可利用软件算法实现计步,停止时加速度虽仍有一定的输出,但其峰值

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文

此文档下载收益归作者所有

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文
温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,天天文库负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。