基于三轴加速度传感器的计步器设计制造技术

本发明专利技术是基于一种三轴加速度传感器MMA7455和无线收发模块nRF905来实现计步的，主控制器采用TI公司的MSP430微处理器来实现数据采集、计步、信息传送控制等。该计步器具有记步信息实时传送、记步准确、功耗极低等特点。

【技术实现步骤摘要】

步行对健康起到重要的作用，计步器就是在你走步的时候帮你计算一共走了多少步，是一个既经济又科学的小工具，一个小巧方便的计步器是不可或缺的。它是一种健康电子产品，计步器可以帮我们完成每天走步计数目标。计步器的开发研制对健康生活极其关键。它不仅仅是一个计数的机器，更是一个督促运动，与健康密切联系的必需品。该专利技术属于健康训练领域。
技术介绍
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、高血糖、心脑血管病等并发症的发生率越来越高，而这很大程度归咎于现代都市的静态生活方式。研究发现适量的体育运动对预防此类疾病和保持正常体重起着重要作用。而对患病的人们来说，体育运动作为绿色药方对病人的康复非常关键。另外，老年人由于身体机能的降低也正经历着特别的风险，研究发现增加体育锻炼能够降低心血管病、II型糖尿病、癌症和骨质疏松等疾病的发生率。为此，进行适量的体育运动是相当必要的。然而，“适量”通常是一个很主观的概念。一个立志减肥但意志力薄弱的人，可能少量的运动就会停止；而一个人遇到自己喜欢的运动时又很难停下来。运动过量会导致肌肉力量、协调性和最大工作能力下降、食欲降低、睡眠质量下降、失眠及抵抗力下降等，对人体健康产生很大损伤。所以，为保障适量的体育运动，防止运动不足达不到预期效果和运动过量造成损伤，就需要一种便携式设备来量化并监测日常运动。计步器可以满足用户量化运动和自我监测的需求，使用户意识到运动的重要性，激励其运动并促进其制定合理的运动规划，起到锻炼身体增强免疫力的目的。1.几种短距离通信传输方式的比较在我们的项目，我们要创建一个可以传递有关的步骤为其他人来监控信息的计步器。有许多种类的短距离无线通信技术供我们选择。他们是红外线(IrDA)技术，蓝牙技术，无线上网(IEEE802.)技术和Zigbee技术。我们最终选择无线模式nRF905。nRF905无线模块的介绍nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术。nRF905无线模块的特点与优势如下：1)典型ShockBurst TX模式：①、当应用MCU有遥控数据节点时，接收节点的地址TX-address和有效数据TX-payload通过SPI接口传送给nRF905应用协议或MCU设置接口速度；②、MCU设置TRX_CE、TX_EN为高来激活nRF905 ShockBurst传输；③、nRF905 ShockBurst：无线系统自动上电数据包完成(加前导码和CRC校验码)数据包发送(100kbps，GFSK，曼切斯特编码)；④、如果AUTO_RETRAN被设置为高nRF905将连续地发送数据包直到TRX_CE被设置为低；⑤、当TRX_CE被设置为低时，nRF905结束数据传输并自动进入standby模式。2)典型ShockBurst RX模式①、通过设置TRX_CE高，TX_EN低来选择ShockBurst模式；②、650us以后，nRF905监测空中的信息；③、当nRF905发现和接收频率相同的载波时，载波检测CD被置高；④、当nRF905接收到有效的地址时，地址匹配AM被置高；⑤、当nRF905接收到有效的数据包(CRC校验正确)时，nRF905去掉前导码、地址和CRC位，数据准备就绪(DR)被置高；⑥、MCU设置TRX_CE低，进入standby模式低电流模式；⑦、MCU可以以合适的速率通过SPI接口读出有效数据；⑧、当所有的有效数据被读出后，nRF905将AM和DR置低；⑨、nRF905将准备进入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。3)成本该nRF905的无线模型是很便宜。4)信号覆盖在200-300米的范围内，NRF905一般都能够覆盖，为实现无线传输提供了一个计步器可能。
技术实现思路
有关步数检测方法，很多文献做过这方面研究，分析发现检测方法主要分为两大类：一类是动态阈值的判断方法，根据采样数据动态计算阈值，当信号跨过阈值下方时记为有效步伐，这种方法是从正弦波形的下降区间判断步伐；另一类是峰值的判断方法，首先根据斜率查找信号峰值，再根据人体运动的加速度波形特征判断步伐，这种方法是从正弦波形的拐点处判断步伐。本专利技术是基于一种三轴加速度传感器MMA7455和无线收发模块nRF905来实现计步的，主控制器采用TI公司的MSP430微处理器来实现数据采集、计步、信息传送控制等。该计步器具有记步信息实时传送、记步准确、功耗极低等特点。具体实施方式1.算法设计当人跑步时，我们可以使用距离，速度和加速度来描述人类的运行的行为。基于加速度的特点，本文采用加速度的参数来模拟人类的运行模式。通过加速度传感器(MMA7455)，我们可以得到的人们加速度的模拟信号，经过信号处理的算法，该系统可以计算步数的确切数字。首先，定义的三个方向的加速度：垂直，前视图，侧视图。MMA7455是一个三轴(X，Y，Z轴)的加速度传感器，其可以模拟输出的加速度信号，所以它可以被用作三个方向的传感器：垂直，前视图，侧视图。由MMA7455的3轴输出的数据是3个方向的加速度。这是因为MMA7455的位置被放置可选的，而不是严格水平的，可选的位置的分析是必要的和有效的。限定了包含垂直和X，Y，Z轴之间的角度为A，B，C，则我们可以断定加速度在X的分量，Y，Z轴是：Axv＝(cosav)Av，Ayv＝(cosbv)Av，Azv＝(coscv)Av，用相同的理论，正面和侧面加速度在X的分量，Y，Z轴是正面：AxF＝(cosav)AFAzS＝(cosav)ASAyF＝(cosbv)AF，边界：Ayv＝(cosbS)AvAzv＝(coscF)AvAzv＝(coscS)Av，因此，当有人正在运行时，在X中的加速度，Y，Z轴是：AX＝AXV+AXF+AXSAY＝AyV+AYF+AYSAZ＝AZV+AZF+AZS，通过MLB公司生产MMA7455 digital三轴加速度传感器是MMA7455模块的核心。所谓的加速度传感器MMA7455从高电磁兼容性设计的，它具有精度输出，体积小，清楚地标明，良好的扩展性等的MMA7455模块的主要参数包括三个轴的自我检查，工作在低电压的优势：2.4V～3.6V时，注册用户在指定偏移校准来使用，可编程阈值输出，电平移动(冲击，冲击，自由跌落)的区分，脉冲检测，区分单脉冲或双脉冲，64个灵敏度LSB/g的10位模式下，8位模式可以选择其中2G，4G，8G的灵敏度。2.硬件设计2.1单片机性能和工作原理微型计算机具有体积小、价格低、使用方便、可靠性高等一系列优点，所以一问世就显示出强大的生命力，现今微处理器已经渗透到人类生活的各个领域。在应用于智能化仪器仪表、通信设备等领域时，要求的运算、控制功能相对并不是很复杂，但对体积、成本、功耗等的要求却比较苛刻。为适应这方面的需求，产生了一种将中央处理器、存储器、I/O接口电路以及连接它们的总线都集成在一块芯片上的计算机，即所谓的单片微型计算机，简称单片机。对于便携式电子产品来说，选用微处理器芯片时，除了考虑系统时钟频率和内存(RAM)的大小外，还要考虑系统低功耗的要求，因为待机能耗是制约便携式产品发展的关键因素。所以本设计选用以超低功耗著称的德州仪器本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术的计步器采用三轴加速度传感器MMA7455和无线收发模块nRF905来实现计步。

【技术特征摘要】
1.本发明的计步器采用三轴加速度传感器MMA7455和无线收发模块nRF905来实现计步。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆婷，
申请(专利权)人：陆婷，
类型：发明
国别省市：江苏;32