本發(fā)明涉及計(jì)步技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三軸加速度傳感器的動(dòng)態(tài)切換計(jì)算軸的計(jì)步方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代人很多非常注重自己的日常鍛煉，計(jì)步作為一種有效記錄、監(jiān)控鍛煉的監(jiān)控手段，被廣泛應(yīng)用在智能跑鞋中?，F(xiàn)有的智能跑鞋在其內(nèi)安裝有三軸加速度傳感器，三軸傳感器的x軸正方向朝向前方，y軸正方向朝向左側(cè)，z軸正方向豎直向上，通過(guò)三軸加速度傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)步，現(xiàn)有的計(jì)步方法適合走路和慢跑場(chǎng)景，在快速跑的情況下就不太準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有計(jì)步方法在人快速跑時(shí)計(jì)步不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種基于三軸加速度傳感器的動(dòng)態(tài)切換計(jì)算軸的計(jì)步方法，其在人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)，動(dòng)態(tài)切換計(jì)算軸，保證了人各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的計(jì)步準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的一種基于三軸加速度傳感器的動(dòng)態(tài)切換計(jì)算軸的計(jì)步方法，三軸加速度傳感器設(shè)置在鞋內(nèi)且x軸正方向朝向鞋體前方，包括以下步驟：

s1：微處理器讀取三軸加速度傳感器輸出的檢測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)初始設(shè)置為走路狀態(tài)，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為走路狀態(tài)或慢跑狀態(tài)時(shí)，只選擇x軸加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為快速跑狀態(tài)時(shí)，只選擇xyz三軸合加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

s2：微處理器根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)繪制出加速度變化曲線圖，檢測(cè)加速度變化曲線圖中的波峰，當(dāng)某個(gè)波峰對(duì)應(yīng)的加速度值小于或等于設(shè)定值f時(shí)，將該波峰去除，當(dāng)相鄰兩個(gè)波峰之間的采樣點(diǎn)小于設(shè)定值k時(shí)，將這兩個(gè)波峰中加速度值最小的波峰去除，波峰對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)為腳落地的時(shí)刻；

s3：微處理器根據(jù)加速度變化曲線圖中的波峰數(shù)目a計(jì)算出當(dāng)前計(jì)步步數(shù)b，b=（a-1）×2；

s4：微處理器判斷當(dāng)前人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行設(shè)置，判斷當(dāng)前人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行設(shè)置的方法包括以下步驟：統(tǒng)計(jì)最新一個(gè)波峰的前兩個(gè)波峰之間的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)d，當(dāng)a1≤d＜a2且最新一個(gè)波峰的前一個(gè)波峰加速度值大于m時(shí)，判斷人體處于快速跑狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)置為快速跑狀態(tài)；當(dāng)a2≤d≤a3時(shí)，判斷人體處于慢跑狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)置為慢跑狀態(tài)；當(dāng)a3＜d≤a4時(shí)，判斷人體處于走路狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)置為走路狀態(tài)，a1＜a2＜a3＜a4。

在本技術(shù)方案中，本方法的三軸加速度傳感器設(shè)置在鞋體內(nèi)，三軸加速度傳感器的x軸正方向朝向鞋體前方，y軸正方向朝向鞋體左側(cè)，z軸正方向豎直向上，通過(guò)檢測(cè)人體單腳的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行計(jì)步。

以f取1.5g，m取5g，a1取10，a2取18，a3取25，a4取80為例進(jìn)行說(shuō)明：

本方法根據(jù)加速度變化曲線圖中變化曲線的極大值來(lái)判斷波峰，當(dāng)加速度超過(guò)1.5g時(shí)，即可進(jìn)入波峰的判斷條件里面，同時(shí)也會(huì)引入偽波峰，由于人走路或者跑步的極限頻率可以估算出來(lái)，波峰之間的間距不會(huì)小于k個(gè)采樣點(diǎn)，所以當(dāng)兩個(gè)波峰之間的間距小于k時(shí)，即可根據(jù)波峰值大小，選取較大的值作為一個(gè)計(jì)步的波峰，即數(shù)值較大的波峰為真波峰，數(shù)值較小的波峰為偽波峰。

由于只在一只鞋子上設(shè)置三軸加速度傳感器，加速度變化曲線圖上出現(xiàn)一次波峰，人左右腳各走了一步，所以，波峰與步數(shù)是1比2的關(guān)系，即一個(gè)波峰對(duì)應(yīng)走路2步。由于存在偽波峰，所以最后一個(gè)波峰不能判斷是否是真波峰，本方法在最新出現(xiàn)一個(gè)波峰時(shí)，才計(jì)算前一個(gè)波峰是否是真波峰，所以本方法計(jì)步有一個(gè)波峰的滯后。

本方法根據(jù)最新一個(gè)波峰的前兩個(gè)波峰之間的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)d及最新一個(gè)波峰的前一個(gè)波峰加速度值判斷人體當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)人體處于走路狀態(tài)或慢跑狀態(tài)時(shí)，x軸、y軸、z軸的檢測(cè)數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，采用xyz三軸合加速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)步；當(dāng)人體處于快速跑狀態(tài)時(shí)，人體朝前方高速前進(jìn)，人的腳在y軸、z軸方向的運(yùn)動(dòng)幅度很小，檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，因此，只選取x軸加速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)步，保證計(jì)步的精確性。

作為優(yōu)選，所述步驟s3還包括以下步驟：當(dāng)步數(shù)b小于c時(shí)，緩存步數(shù)b的數(shù)值，微處理器不輸出步數(shù)b的數(shù)值，當(dāng)步數(shù)b大于或等于c時(shí)，微處理器輸出步數(shù)b的數(shù)值。

c≥6，緩存步數(shù)主要用在判斷何時(shí)開(kāi)始進(jìn)入計(jì)步狀態(tài)，為了避免一些擾動(dòng)，比如腳的任意晃動(dòng)等，這里設(shè)計(jì)了緩存步數(shù)就是當(dāng)步數(shù)大于或等于c步時(shí)候開(kāi)始進(jìn)入計(jì)步模式，微處理器輸出步數(shù)b的數(shù)值到顯示屏等模塊，后面產(chǎn)生的步數(shù)將進(jìn)行累加，在沒(méi)有達(dá)到c步的時(shí)候則先暫時(shí)緩存這些步數(shù)。

作為優(yōu)選，所述一種基于三軸加速度傳感器的動(dòng)態(tài)切換計(jì)算軸的計(jì)步方法還包括以下步驟：當(dāng)加速度變化曲線圖中的最后一個(gè)波峰之后連續(xù)d個(gè)采樣點(diǎn)都沒(méi)有出現(xiàn)新的波峰時(shí)，微處理器結(jié)束本次計(jì)步，將加速度變化曲線圖清零，如果此時(shí)步數(shù)b大于或等于c，計(jì)算出本次計(jì)步的總步數(shù)c=b+2。

c≥6，當(dāng)最后一個(gè)波峰之后連續(xù)d（如80）個(gè)采樣點(diǎn)都沒(méi)有出現(xiàn)新的波峰時(shí)，判斷人體停止運(yùn)動(dòng)，結(jié)束計(jì)步，總步數(shù)加2，即把滯后的最后一個(gè)波峰換算成步數(shù)加進(jìn)總步數(shù)。

作為優(yōu)選，所述三軸加速度傳感器的檢測(cè)頻率為25hz，k為8-15。

作為優(yōu)選，所述步驟s2中在根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)繪制出加速度變化曲線圖之前采用二次均值濾波方法對(duì)選擇的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。采用二次均值濾波方法，使得到的數(shù)據(jù)更加平滑，計(jì)算復(fù)雜度更低，效率更快。

作為優(yōu)選，三軸加速度傳感器的數(shù)據(jù)上報(bào)模式采用fifo模式。

本發(fā)明的有益效果是：在人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)，動(dòng)態(tài)切換計(jì)算軸，保證了人各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的計(jì)步準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。

實(shí)施例：本實(shí)施例的一種基于三軸加速度傳感器的動(dòng)態(tài)切換計(jì)算軸的計(jì)步方法，三軸加速度傳感器設(shè)置在鞋內(nèi)且x軸正方向朝向鞋體前方，如圖1所示，包括以下步驟：

s1：微處理器讀取三軸加速度傳感器輸出的檢測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)初始設(shè)置為走路狀態(tài)，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為走路狀態(tài)或慢跑狀態(tài)時(shí)，只選擇x軸加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為快速跑狀態(tài)時(shí)，只選擇xyz三軸合加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

s2：微處理器根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)繪制出加速度變化曲線圖，檢測(cè)加速度變化曲線圖中的波峰，當(dāng)某個(gè)波峰對(duì)應(yīng)的加速度值小于或等于1.5g時(shí)，將該波峰去除，當(dāng)相鄰兩個(gè)波峰之間的采樣點(diǎn)小于設(shè)定值10時(shí)，將這兩個(gè)波峰中加速度值最小的波峰去除，波峰對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)為腳落地的時(shí)刻；

s3：微處理器根據(jù)加速度變化曲線圖中的波峰數(shù)目a計(jì)算出當(dāng)前計(jì)步步數(shù)b，b=（a-1）×2，當(dāng)步數(shù)b小于6時(shí)，緩存步數(shù)b的數(shù)值，微處理器不輸出步數(shù)b的數(shù)值，當(dāng)步數(shù)b大于或等于6時(shí)，微處理器輸出步數(shù)b的數(shù)值并保存；

s4：微處理器判斷當(dāng)前人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行設(shè)置，判斷當(dāng)前人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行設(shè)置的方法包括以下步驟：統(tǒng)計(jì)最新一個(gè)波峰的前兩個(gè)波峰之間的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)d，當(dāng)10≤d＜18且最新一個(gè)波峰的前一個(gè)波峰加速度值大于5g時(shí)，判斷人體處于快速跑狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)置為快速跑狀態(tài)；當(dāng)18≤d≤25時(shí)，判斷人體處于慢跑狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)置為慢跑狀態(tài)；當(dāng)25＜d≤80時(shí)，判斷人體處于走路狀態(tài)，將人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)置為走路狀態(tài)。

當(dāng)加速度變化曲線圖中的最后一個(gè)波峰之后連續(xù)80個(gè)采樣點(diǎn)都沒(méi)有出現(xiàn)新的波峰時(shí)，微處理器結(jié)束本次計(jì)步，將加速度變化曲線圖清零，如果此時(shí)步數(shù)b大于或等于6，計(jì)算出本次計(jì)步的總步數(shù)c=b+2。

三軸加速度傳感器采用lis3dh這款傳感器來(lái)舉例說(shuō)明，lis3dh傳感器設(shè)置采樣率為25hz、采集的計(jì)算軸為x、y和z、加速度的量程設(shè)置為正負(fù)8g和數(shù)據(jù)上報(bào)模式為fifo模式等。出于省電考慮，傳感器在不工作情況下將進(jìn)入低功耗模式。在這種低功耗模式場(chǎng)景下還可以被喚醒，這里主要采用運(yùn)動(dòng)中斷喚醒的方法，就是當(dāng)xyz三軸合加速度超過(guò)一定閾值（如250mg）時(shí)，傳感器重新進(jìn)入工作模式。

本方法的三軸加速度傳感器設(shè)置在鞋體內(nèi)，三軸加速度傳感器的x軸正方向朝向鞋體前方，y軸正方向朝向鞋體左側(cè)，z軸正方向豎直向上，通過(guò)檢測(cè)人體單腳的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行計(jì)步。步驟s2中在根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)繪制出加速度變化曲線圖之前采用二次均值濾波方法對(duì)選擇的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。采用二次均值濾波方法，使得到的數(shù)據(jù)更加平滑，計(jì)算復(fù)雜度更低，效率更快。

本方法根據(jù)加速度變化曲線圖中變化曲線的極大值來(lái)判斷波峰，當(dāng)加速度超過(guò)1.5g時(shí)，即可進(jìn)入波峰的判斷條件里面，同時(shí)也會(huì)引入偽波峰，由于人走路或者跑步的極限頻率可以估算出來(lái)，波峰之間的間距不會(huì)小于10個(gè)采樣點(diǎn)，所以當(dāng)兩個(gè)波峰之間的間距小于10時(shí)，即可根據(jù)波峰值大小，選取較大的值作為一個(gè)計(jì)步的波峰，即數(shù)值較大的波峰為真波峰，數(shù)值較小的波峰為偽波峰。

由于只在一只鞋子上設(shè)置三軸加速度傳感器，加速度變化曲線圖上出現(xiàn)一次波峰，人左右腳各走了一步，所以，波峰與步數(shù)是1比2的關(guān)系，即一個(gè)波峰對(duì)應(yīng)走路2步。由于存在偽波峰，所以最后一個(gè)波峰不能判斷是否是真波峰，本方法在最新出現(xiàn)一個(gè)波峰時(shí)，才計(jì)算前一個(gè)波峰是否是真波峰，所以本方法計(jì)步有一個(gè)波峰的滯后。

本方法根據(jù)最新一個(gè)波峰的前兩個(gè)波峰之間的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)d及最新一個(gè)波峰的前一個(gè)波峰加速度值判斷人體當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)人體處于走路狀態(tài)或慢跑狀態(tài)時(shí)，x軸、y軸、z軸的檢測(cè)數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，采用xyz三軸合加速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)步；當(dāng)人體處于快速跑狀態(tài)時(shí)，人體朝前方高速前進(jìn)，人的腳在y軸、z軸方向的運(yùn)動(dòng)幅度很小，檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，因此，只選取x軸加速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)步，保證計(jì)步的精確性。

緩存步數(shù)主要用在判斷何時(shí)開(kāi)始進(jìn)入計(jì)步狀態(tài)，為了避免一些擾動(dòng)，比如腳的任意晃動(dòng)等，這里設(shè)計(jì)了緩存步數(shù)就是當(dāng)步數(shù)超過(guò)5步時(shí)候開(kāi)始進(jìn)入計(jì)步模式，微處理器輸出步數(shù)b的數(shù)值到顯示屏等模塊，后面產(chǎn)生的步數(shù)將進(jìn)行累加，在沒(méi)有達(dá)到5步的時(shí)候則先暫時(shí)緩存這些步數(shù)。

當(dāng)最后一個(gè)波峰之后連續(xù)80個(gè)采樣點(diǎn)都沒(méi)有出現(xiàn)新的波峰時(shí)，判斷人體停止運(yùn)動(dòng)，結(jié)束計(jì)步，總步數(shù)加2，即把滯后的最后一個(gè)波峰換算成步數(shù)加進(jìn)總步數(shù)。