有別于傳統(tǒng)的計步器，腰帶型計步器嵌入腰帶內部，能夠縮小穿戴設備的體積和免去可穿戴設備的“二次穿戴”問題，并且依靠精度高、功耗低的ADLX345 傳感器實現(xiàn)準確計步，實驗表明：腰帶型計步器具有體積小，結構簡單，穩(wěn)定性高，能夠滿足計步要求。

隨著互聯(lián)網時代的到來，越來越多的智能化設備幫助人們生活質量，計步器作為一款可穿戴跟蹤設備，可以記錄行走步，提高運動樂趣。有別于傳統(tǒng)的計步器，腰帶型計步器嵌入腰帶內部，能夠縮小穿戴設備的體積和免去可穿戴設備的“二次穿戴”問題，并且依靠精度高、功耗低的ADLX345 傳感器實現(xiàn)準確計步，實驗表明：腰帶型計步器具有體積小，結構簡單，穩(wěn)定性高，能夠滿足計步要求。

當今社會，隨著經濟的發(fā)展，人民的生活水平越來越高，生活節(jié)奏越來越快，伴隨而來的是人們的身體素質普遍下降，體重超標、亞健康等問題普遍存在。人們也越來越關注自己的身體健康問題，而鍛煉身體是使自己保持健康的最有效方法。計步器作為一款可穿戴健康跟蹤設備，可以記錄人的行走步數，反饋給用戶準確的運動數據，幫助佩戴者量化鍛煉強度、制定合理的健身方案，提醒佩戴者適當調節(jié)運動量，激勵佩戴者堅持鍛煉身體。

目前計步器有機械式和電子式兩種。機械式計步器依靠內部簧片的振動產生電子脈沖， 進而達到計步的功能。其準確性和靈敏度較低。電子式的計步器通過測量人體行走時加速度的變化，來達到計步的功能。電子式計步器有較好的準確性和靈敏度。電子計步器有的要求確定的佩戴部位，比如腰部、手腕等;有的對佩戴部位沒有要求，只要放在身邊的口袋里、手提包中就可以計步。總的來說，佩戴手腕的計步器和對佩戴部位無要求的計步器實現(xiàn)精確計步的難度較大，開發(fā)成本也較高。佩戴在腰部的計步器更加容易實現(xiàn)精確計步功能，其成本也較低。它們都需要進行“二次穿戴”。

1 硬件設計

1.1 ADXL345 傳感器

計步器由ADXL345 加速度傳感器、STC90C51 單片機、LCD1602 顯示器，歸零按鍵、等幾個部分組成。由電池進行供電。ADXL345 是一款小而薄的超低功耗3 軸加速度計，測量范圍達± 16g。其高分辨率(3.9mg/LSB)，能夠測量不到1.0°的傾斜角度變化。其基本工作流程為：首先由三軸敏感單元敏感3 個方向加速度，然后通過電子感應器件將感應到物理量模擬化，再通過 A/D 采樣轉換成數字信號，經過數字濾波后送往控制與中斷邏輯，在命令字的控制下通過串行 I/O 口與主設備交互。

1.2 IIC 總線通信

ADXL345 有兩種與微處理器(單片機)通信的方式：SPI 和IIC。我們采用的通信方式是IIC 總線通訊方式。IIC 總線由數據線SDA 和是鐘線SCL 構成，可發(fā)送和接受數據。在CPU 與被控IC 之間、IC 和IC 之間進行雙向傳送，最高傳送速率100Kbps。IIC 總線的主要優(yōu)點有：1、占用的空間非常小，減小了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯(lián)成本。2、支持多主控，其中任何能夠進行發(fā)送和接受的設備都可以成為主設備。如果 CS 片選引腳接 VDD I/O 高電平的話，IIC 接口模式啟用。IIC 一個可變地址 0x53，可能會被引腳SDO 選中，此時寫操作為 0xA6，讀操作為 0xA7。其工作工程為：首先啟動IIC 總線，為數據傳輸做好準備，然后向從設備(ADXL345)發(fā)送存儲單元地址，再連續(xù)讀取6 個地址數據存入接受數據緩存區(qū)，接收完以后從設備(ADXL345)向主設備(微處理器)發(fā)送應答信號，最后在發(fā)送停止信號，標志一次數據的傳輸終止，IIC 總線處于空閑狀態(tài)。

1.3 STC90C51 單片機

STC90C51 單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的增強型8051 單片機，其在一塊硅片上集成了中央處理器(CPU)，程序存儲器(Flash)和數據儲存器(SRAM)、定時器/計數器、UART 串口、I/O 接口、EEPROM、看門狗等模塊。具有一臺計算機屬性。STC90C51 工作電壓為3.3V—5.5V，共有40 個管腳，通用I/O 口為35 個。

STC90C51 一端連接著 ADXL345，對ADXL345 傳輸來的數據進行處理和判斷，另一端連接中LCD1602 顯示器，將顯示命令和顯示的數據傳輸給LCD1602。同時，還有歸零按鍵、斷電按鈕等。

1.4 LCD1602 顯示器

本次設計采用的LCD1602 字符型液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示界面。LCD1602 顯示器是一種專門用來顯示字母、數字、符號的點陣型液晶模塊。它是由若干個5 ╳ 7 或者5 ╳ 11 的點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。其中，引腳編號1、2 為電源端;引腳編號3 為液晶顯示偏壓信號，用于調節(jié)顯示對比度;編號4 為數據/ 命令選擇端，與單片機P1.0 口相連;編號5 為讀/ 寫選擇端，與單片機P1.1 口相連;編號6 為使能端，與單片機P2.5 口相連;編號7 到編號14 為8 個數據I/O 口;引腳編號15、16 為背光源電源端。首先，對LCD1602 進行初始化，設置光標、指針等數據，然后寫入命令，設置符號的顯示位置，最后，連續(xù)將字符寫入顯示器，LCD1602 顯示器會把字符顯示出來。

2 人體行走模型

人在行走過程中有很多參數發(fā)生變化，比如：距離、能量、加速度等。而通過加速度變化來描述人行走特征是一種簡便、可行的方法。從腳的加速度來檢測步數是最準確的， 但是考慮到攜帶的方便， 我們選擇利用腰部的運動來檢測步數。腰部的運動加速度可以分解成垂直軸，前進軸已經側向軸三個方向。如圖1 所示。ADXL345 是一個三軸(X 軸、Y 軸和 Z 軸) 模擬輸出的加速度傳感器， 正好可以作為垂直、側向和前進三個方向的傳感器。如圖2 所示。從圖中可以看到垂直軸(X 軸)和前進軸(Z 軸)方向上有著較為明顯的周期特性。垂直軸加速度值最小處對應的是腳離開地面( 一步的開始或結束) ， 最大值對應腳抬到最高點。前進軸加速度最小處對應的是腳離開地面( 一步的開始或結束)， 最大值對應腳抬到最高點。

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