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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着科技的不断发展，人们可以足不出户完成许多事情。随之而带来的运动量的减少，会使得人的身体机能不断的下降，大大降低了人民的生活水平。以肥胖症为代表的各种慢性病，以及由此引发的如高血压、高血脂、、心脑血管病等并发症的发生率越来越高，这些问题的出现，而很大程度可以归咎于现代都市的静态生活方式。现在的研究发现适量的体育运动对预防慢性疾病，保持正常身体起着重要作用。而对患病的人们来说，体育运动也可以有效的帮助这些疾病的恢复，对身体机能的恢复产生了正向的激励。另外，对于一些特殊的人群，例如老年人由于身体机能的降低也正经历着特别的风险，在这种情况，选择一个身体负荷较小的体育运动便显得很有意义。

在这种情况下，足量的锻炼，提高身体素质，增强人体免疫力，就成了有效提高身体素质的最直接的方式。徒步或者登阶变成了一个最为可行也是最为有效的一种锻炼方式，那么如何量化徒步的运动量以及不同的运动的方式变成了一个很关键的问题。计步器作为一个可以移动测量的便携式设备，越来越受到人们的青睐。计步器可以监测人们的日常行走步数，并将其分析和处理之后，给予人们一个可靠的参考标准，方便人们做进一步的锻炼计划。鉴于人们对于行走运动的检测需求，设计一个可以记步，同时能够判断行走的运动状态的计步器，变显得尤为重要

国内外研究现状

早期的计步器为机械式计步器，由于存在着精度差，体积笨重等缺点，这种计步器已经淡出了历史，现在广泛使用的是电子式计步器。计步器现在还没有一个非常明确的分类标准，但是大体上可以分为两类：独立式计步器和非独立式计步器，独立式计步器是指只拥有计步器基本功能的计步器，非独立式计步器是指集成了计步器基本功能的产品。

计步器大多使用 mems 加速度传感器来获取人体运动数据，mems 加速度传感器是用来测量加速度的，得益于 mems 工艺的快速发展，这种传感器的功耗可以做到很低的水平，从而极大地降低了系统的功耗。计步器一般通过蓝牙和手机 app 双向通信，蓝牙通信协议具有功耗低，距离短等特点，蓝牙通信协议有不同的版本，现在应用最为广泛的是自 2012 年推出的蓝牙 4.0 标准，该蓝牙标准拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可使一些传感器节点连续工作数年之久。通过选用功耗低的芯片并且优化计步算法，可以大大延长计步器的续航时间。小米手环 1 代的锂电池容量为 41m ah，续航时间高达 30

2. 研究的基本内容

1.运动步数的检测方法主要以人体在运动过程中加速度呈现有规律变化的特点为依据，结合人体运动模型取得的先验知识，利用软件对采集的数据进行一系列预处理，最后由特定的检测算法获取运动的步数。人体的运动模型主要用于描述人体的步态，提取不同个体不太的共同特征，为之后的数据处理提供先验知识；数据预处理主要针对传感器采集的加速度数据进行数据转换、滤波等处理，以便于后续的数据分析；最后的软件算法将预处理后的数据结合先验知识进行分析，并对人体的运动状态进行判别并输出步数信息。下面首先通过建立人体的运动模型分析人体的运动特征。

2.本智能计步器以stm32f103为主控芯片，利用高精度的adxl345三轴加速度计为传感器，可以通过oled屏的方式进行信息的显示，同时利用stm32内部的dma，后期可以通过蓝牙设备与电脑进行数据的通信。当人在携带该计步器时，adxl345加速度计不断的采集三个方向的加速度的信息，通过相应的计步算法，从而实现对步数的计量以及模式的识别。

3.对不同的模式的行走状态进行了细致的采样和分析，通过有效的数据处理算法和matlab程序，分析步行、上下楼梯的波形特征以及提出自己的判断方法和计步方式。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

本智能计步器以stm32f103为主控芯片，利用高精度的adxl345三轴加速度计为传感器，可以通过oled屏的方式进行信息的显示，同时利用stm32内部的dma，通过蓝牙设备与电脑进行数据的通信。当人在携带该计步器时，adxl345加速度计不断的采集三个方向的加速度的信息，通过相应的计步算法，从而实现对步数的计量以及模式的识别。

硬件框图如下所示：

进度安排 ：

4. 参考文献

[1] 求是科技.matlab 7.0从入门到精通[m].人民邮电出版社,2006.

[2] tumkur k subbiah s．modeling human walking for step detection and stride determination by 3-axis accelerometer reading in pedometer[c]．2012. international conference on computational intelligence，modelling and simulation．2012：199-204．[3] wu ss，wu hy．the design of an intelligent pedometer using android[c]．2011. second international conferenceoninnovationsinbioinspiredcomputing andapplication，2011：313-315．[4] 宋浩然，廖文帅，赵一鸣．基于加速度传感器adxl330的高精度计步器．传感技术学报．2006，19(4)：1005-1008。[5] khalil a，glal s．setup：a step counter mobile application to promote healthy lifestyle[c]．2009 international conference on the current trends in information technology．2009：1-5．[6] mladenov m，mock m．a step counter service for java-enabled devices using a built．in aecelerometer．proceedings ofinternational workshop on context[j]．aware middleware and services．2009：1-5。[7] zhong s，wang l，bemardos a m ct a1．an accurate and adaptive pedometer integrated in mobile health application[j]．wireless sensor network．2010：78．83．[8]weinberg h．using the adxl202 in pedometer and personal navigation applications．analog devices，inc．，2002：1-8．[9] wang h m，zhu x c，chang j b．acceleration and orientation multi．sensor pedometer application design and implementation on the android platform[c]．2011 intemational conference on instrumentation．measurement，computer，communication and control．2011：249-253．[10] 韩文正，冯迪，李鹧等．基于加速度传感器lis3dh的计步器设计．传感器与微系统．2012，31(11)：97-99．[11] li s y，ling z b，cao j h et al a step detention algorithm based-on chain code．201l ieee 3一international conference on communication software and networks．20 1 1：1 64．1 67．[12] lim y p，brown i t，kboo j．c．t．an accurate and robust gyroscope[c]．based pedometer．30annual international ieee embs conference．2008：4587-4590．[13] 沈建华，杨艳琴．msp430系列16位超低功耗单片机原理与实践[m]．北京：北京航空航天大学出版社，2008．[14 ] msp430f5338 datasheet．texas instruments．http：//www．ti．com．august 2010，revised august2012．

[15] 晏勇, 雷航, 周相兵,等. 基于三轴加速度传感器的自适应计步器的实现[j]. 东北师大学报(自然科学), 2016, 48(3):79-83.

[16] 邢秀玉. 基于加速度传感器的人体步态模式分类研究[d]. 中北大学, 2013.