1．目的及意义

步行是一种最简单、也是最好的健康锻炼方法，这已被中外运动医学专家所认可，步行可以增强人体的心肺功能，增强肌肉，骨骼的力量，同时还可以缓解紧张情绪，促进人体的新陈代谢。但是，专家也指出，步行虽然是一种非常安全的运动健身项目，但是如果不能很好的把握其锻炼的方法和要领，同样也不能达到应有的健康效果，想要走出健康来，在锻炼时就要保证一定得频率、强度和距离，因此计步器成为人们保证步行锻炼质量的一个好帮手。步态作为生物特征之一，在身份识别、运动分析、室内定位等方面都有着重要的研究意义。计步器利用人行走时的步态特征，可以准确地对人行走的步数进行记录。目前，计步器主要包括机械式计步器和电子式计步器。机械式计步器成本低，但是准确度和灵敏度差。电子式计步器多采用加速度计，通过测量人行走时的加速度变化来实现计步功能。

计步可以督促使用者的每一步都对健康有裨益。成功的要素之一是持之以恒，健身也不例外，当每天看到自己的健康目标达成，那种强烈的成就感，会让自己有劲头持之以恒地开展这样的健康运动。行走距离估计是运用加速度传感器检测运动轨迹的一项重要应用。行走距离估计指通过连续获取行人运动信息来计算其大致的行走距离。行走距离估计在医疗、军事等领域有着广泛应用。如对老人或病人进行实时行走距离估计，可根据估计结果提醒其的身体状况来进行行走距离的调整。

最近十几年来，采用 MEMS 技术制作的加速度传感器得到了迅速的发展。目前 MEMS 加速度传感器是除压力传感器之外，发展较早、技术较成熟、占有市场率较高的一类 MEMS 传感器。2001 年，压力传感器市场份额占 54.5％，MEMS 加速度计占 39.3％，MEMS 陀螺仪占6.2％。目前基于MEMS技术的加速度传感器种类主要有MEMS电容式加速度传感器、MEMS 压阻式加速度传感器、MEMS 热电偶式加速度传感器、MEMS 谐振式加速度传感器、MEMS 光波导加速度传感器。

从测量维数上来看，单维的加速度传感器技术比较成熟，绝大多数加速度传感器为一维型（单轴），而微惯性系统以及其他一些应用场合常常需要双轴或者三轴的加速度传感器来检测加速度矢量，目前市场上有越来越多的产品应用了双轴以及三轴加速度传感器。{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}

该计步器是由ADXL345加速度传感器、STC89C52单片机以及LCD1602显示屏等组成。传感器采集数据，经内部A/D转换后，输入单片机内部，将数据处理后输出至液晶显示器显示。

本电路是以STC89C52单片机为控制核心，该芯片具有在线编程功能，功耗低，能在3.3V的超低压下工作，在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案；加速度传感器采用ADXL345，它是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，测量范围达正负16g，数字输出数据为16位的二进制补码格式，可通过SPI（3线或4线）或IIC数字接口访问。显示模块使用LCD1602液晶显示屏来实现,该显示屏具有低功耗、寿命长、可靠性高，可供显示的字符较多，控制指令简单的特点，其工作电压为5V。

轨迹检测的原理是加速度经过二重积分后可以得到位移。本文采用三轴加速度传感器

ADXL345测量运动加速度。为了感应运动方向的变化，在系统中加入了三轴陀螺仪L3G4200D 检测角速度，用四元数法计算角速度得到表示方向变化的旋转矩阵。为了降低误差，系统采用 Kalman 滤波滤除随机噪声，并提出了一种自适应补偿算法对积分产生的积累误差做出补偿。

系统程序的执行流程如图2所示，首先读取传感器数据，以十进制的形式输出。分别对加速度和角速度进行 Kalman 滤波，滤波后的角速度作为输入可以计算得到旋转矩阵。通过旋转矩阵的不断更新对动坐标系下采集到的加速度数据进行坐标系的转换。接下来运用自适应补偿算法，先对加速度的值进行补偿，进行一次积分得到速度后再对速度进行一次补偿。用补偿后的速度积分即可得到我们想要的位移数据。最后的运动轨迹图的绘制用 MATLAB 的画图工具完成。

3. 参考文献

[1] 曹赟，周宇，徐寅林.加速度传感器在步态信号采集系统中的应用[J].信息化研究, 2009，35(9).

[2] 钱朋安，葛运建，唐毅等.加速度计在人体运动检测中的应用[J].计算机技术与应用进展，2004:632—636.