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（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

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。

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。