[发明专利]通用微机电系统计步器及计步方法

说明书

技术领域

本发明涉及通用微机电系统计步器及计步方法，属于电子计步技术领域。

背景技术

计步器是一种监测日常活动量大小的监控器，可以激励人们锻炼身体，增强体质。早期的计步器利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单的计数器，这种计步器体积、重量都较大，计步精度不高且容易损坏。随着单片机技术的广泛应用和集成电路(IC)工艺技术的迅速发展，微机电系统(MEMS)这一新兴技术应用到小型化设备上的条件变的越来越成熟，同时也为实现电子计步器的数字化奠定了基础。

MEMS属于多学科交叉的新领域，是融合微电子与精密机械加工的技术。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅地提高系统的自动化，智能化和可靠性水平。基于MEMS技术生产的MEMS器件具有体积小、质量轻、成本低、抗冲击、可靠性高等优点。

MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)，称之为混合信号处理器，其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。

发明内容

本发明目的是为了解决现有计步器体积大、计步精度不高且容易损坏的问题，提供了一种通用微机电系统计步器及计步方法。

本发明所述通用微机电系统计步器，它包括单片机、MEMS三轴加速度传感器和段式液晶显示器，

单片机包括FIR数字低通滤波模块、数据处理模块和显示控制模块，

MEMS三轴加速度传感器用于采集被计步者行走时的加速度，MEMS三轴加速度传感器的加速度信号通过SPI接口输入给FIR数字低通滤波模块，FIR数字低通滤波模块的滤波信号输出端连接数据处理模块的采集数据信号输入端，数据处理模块的计步信号输出端连接显示控制模块的计步控制信号输入端，显示控制模块的显示控制信号输出端连接段式液晶显示器的显示信号输入端。

它还包括电池供电系统和电源监测显示器，电池供电系统用于为单片机、MEMS三轴加速度传感器和段式液晶显示器提供工作电源，电池供电系统的电量信号输出端连接电源监测显示器的电量信号输入端。

单片机的型号为MSP430。

MEMS三轴加速度传感器的型号为LIS3DH。

一种基于上述通用微机电系统计步器的计步方法，所述计步方法包括数据采集的步骤、峰值检测的步骤、有效轴检测的步骤和确定步伐的步骤，其中：

数据采集的步骤为：单片机通过SPI接口对MEMS三轴加速度传感器输出的加速度数据进行采集，所述数据采集频率为100Hz；

峰值检测的步骤为：设定检测周期为t1，在每个检测周期内，对每个采样周期内MEMS三轴加速度传感器采集的所有数据进行比较，比较获得的数值最大的数据作为该检测周期的峰值；所述检测周期t1为1秒；

有效轴检测的步骤为：将MEMS三轴加速度传感器获得的三个方向中相对于垂直方向夹角最小的方向确定为有效轴；具体方法为：

每个检测周期内峰值检测结果中最大的数据对应的轴为该检测周期的有效轴；

确定步伐的步骤为：根据实时加速度数据流和阈值进行大小比较确定，所述实时加速度数据流由最新的5个加速度数值组成，当该实时加速度数据流中的第一个加速度数值大于阈值而最后一个加速度数值小于阈值时，确定步伐有效，计步器加1。

本发明的优点：本发明通过单片机完成信息的采集、滤波、处理和显示控制，单片机可直接驱动段式液晶显示器进行数据显示，因此所述计步器具有电路简单可靠，续航超长及实用方便的特点。本发明能够长时间可靠运行并能准确记步，具有计步准确及对不同身材、不同行走特点人群的适应性强的特点。

附图说明

图1是本发明所述通用微机电系统计步器的原理框图；

图2是计步器的检测原理图；

图3是一位被计步者正常行走时的加速度变化曲线图；

图4是另一位被计步者正常行走时的加速度变化曲线图；

图5是被计步者跑步时的加速度变化曲线图；；

图6是单片机及其外围电路原理图；

图7是型号为LIS3DH的MEMS三轴加速度传感器电路原理图；

图8是MEMS三轴加速度传感器采集的加速度信号滤波前后的对比曲线图；