【手环算法开发】--计步检测，看着篇文章就懂了

本文主要介绍了目前计步检测算法的基本原理、计步检测使用的传感器类型，帮助大家对计步检测入门有所认识了解。如有疑问，请联系微信wangxiaoqiang—。

1.行人运动模型简介

首先我们来看一下人在走路时大致分为下面几种场景：

正常走路，手机拿在手上（边走边看、甩手、不甩手）
慢步走，手机拿在手上（边走边看、甩手、不甩手）
快步走，手机拿在手上（甩手、不甩手、走的很快一般不会看手机吧）
手机放在裤袋里（慢走、快走、正常走）
手机放在上衣口袋里（慢走、快走、正常走）
上下楼梯（上面五中场景可以在这个场景中再次适用一遍）

以上，不管出于哪一种场景（其实对应手机不同的运动规律），传感器的三轴数据都是有规律可以寻找的。每一步都有特征点，找到这个特征点，就是识别出来一步。

从上图可以看出行人行走是左右腿周期性交替摆动的过程。行人的步态周期可以分为脚部着地阶段和跨步摆动阶段。着地阶段从行人脚跟着地开始，到脚尖离地结束；跨步摆动阶段从脚尖离地开始到脚跟着地结束，如此双腿不断交替运动。

行人行走对应运动参数变化关系

行人正常行走进入跨步摆动阶段，脚尖离地后，加速度为正值(以行人行走方向为正)，速度增大，腿部加速摆动；
随后加速度减小直至为零，速度达到最大值，腿部抬至最高点；
加速度继续减小为负值，速度开始减小，腿部经历减速过程直至脚部着地，此时速度和加速度都近似为零，进入脚部着地阶段

2.计步检测使用传感器

2.1、加速度传感器

加速度传感器又叫A-sensor，获取的是x、y、z三轴的加速度数值。该数值包含地心引力的影响，单位是m/s^2。
将手机平放在桌面上，x轴默认为0，y轴默认0，z轴默认9.81。

加速度传感器可能是最为成熟的一种mems产品，市场上的加速度传感器种类很多。手机中常用的加速度传感器有BOSCH（博世）的BMA系列，AMK的897X系列，ST的LIS3X系列等。这些传感器一般提供±2G至±16G的加速度测量范围，采用I2C或SPI接口和MCU相连，数据精度小于16bit。

2.2重力传感器

重力传感器简称GV-sensor，输出重力数据。
在地球上，重力数值为9.8，单位是m/s^2。
坐标系统与加速度传感器相同。
当设备复位时，重力传感器的输出与加速度传感器相同。

2.3线性加速度传感器

线性加速度传感器简称LA-sensor。
线性加速度传感器是加速度传感器减去重力影响获取的数据。单位是m/s^2，坐标系统与加速度传感器相同。

加速度传感器、重力传感器和线性加速度传感器的计算公式如下：
加速度 = 重力 + 线性加速度。

当智能手机处于稳定状态时，加速度传感器和重力传感器的读数几乎相同。然而，当智能手机处于运动状态，这两个传感器的读数明显不同。因此，当用户使用智能手机移动时，加速度传感器可用于测量加速度数据，重力传感器可用于识别智能手机的姿势。

在传统方法中，加速度计被广泛用于收集加速度数据。然而，随着加速度计的移动速度变得更快，基于加速度传感器的步进检测的精度显著降氏此外，当智能手机的姿势发生变化时，加速度数据也会发生显著变化。为了克服这些缺点，本人提出的方案中使用了线性加速度传感器和重力传感器。