计步器(Pedometer)实现原理简介

之前有一篇文章简单的实现了一个计步器app，今天我们将会从理论上剖析下计步器的实现原理。

计步器原理及功能介绍

计步器（pedometer）是一个配戴在身上，用來计算走路步数的小配件。从公共卫生与健康医学的角度看，计步器的功能是在累积一定时间的走路步數，借着步数的累计，了解身体的活动水准，提升携带者的活动动机，以增进健康为最终目的。

计步器的原理是利用机械运动带动感应器，并由电子电路完成计数后的后续工作，如：计数、储存、计算、显示等。

感应器的原理一般都是用一个可随意移动的小型重锤，利用装置移动时物理的惯性來产生装置与重锤间的相互运动，再用感测元件來检查其动作，感测器可以用机械开关（让兩片金属片开或关、也可以用光电开关、或者在重锤上附加一个磁铁以霍尔元件來检出。

市场上的计步器

市面上除了单纯计步的计步器之外，有的计步器还可输入携带者的体重，然后结合步数，计算所花的卡路里数目。

一个人走路一定时间之后，可知走了几步，消耗多少卡能量。如果走了一个小时，消耗了300大卡，佩带者就能够设定目标，累积所走的卡路里，作为减重的重要参考数据，如累积消耗7700大卡就相当于一公斤的脂肪的能量。一天一万步的走路，相当于一天300~400大卡的热量。

表 1.1 不同走路速度的能量消耗

走的速度感	时速	消耗300大卡需要时间	每分钟消耗热量	燃烧一公斤脂肪所需分钟数
蹒跚地走	3.0	110min	2.7大卡	2852
缓慢地走	3.6	100min	3.0大卡	2567
自然的走	4.5	90min	3.3大卡	2333
快步走	5.4	70min	4.2大卡	1833
全力走	7.2	38min	7.9大卡	975
慢跑	6.5	55min	5.5大卡	1400

还有一种计步器是装上加速器的。装上加速器的计步器，可适当的反映出所走的步数与能量消耗量。同样一步，消耗的卡路里是不同的。尤其大步走一步的能量消耗，不会同于小步走一步时的能量消耗。因此，配上加速器的计步器，理论上比起单独使用步数，对于能量消耗量的估计，是较准确的。当然，加速器的计步器，对于能量消耗的评价，准确性还比不上佩带气体分析器（如无线遥测之K4B2）来得准确。

重力加速度计步与陀螺仪

最早大多数的计步器使用加速度数据，基于阈值来检测步伐，检测技术，不论是硬件还是软件，都不能满足高精度的定位系统，尤其是在缓慢步行的情况下。特别是在一个陌生的环境，或者使用者是视力受损的人群，室内导航表现的更糟糕，在缓慢的行走速度中表现不佳。低速表现不佳的主要原因是：低速行走时，重力加速度几乎为固定值，而且加速度计反应迟缓，再加上这些算法不能采用分级的阈值。

因而现在手机设备都采用陀螺仪来计步，他能够在室内定位中识别出人类步行状态，相对于重力加速度更加精确。

带有陀螺仪的设备，当设备放在裤袋里，通过设备陀螺仪的单值数据（陀螺仪数据有3个值，分别为x，y，z轴数据）就可以追踪大腿的运动，从而进行计步检测。

高通的计步器使用的是mpu6515 Sensor，这是一个陀螺仪传感器，我们接下来会继续分析高通的Sensor架构部分，届时我们会详细分析陀螺仪计步器的具体算法原理，欢迎关注。