摘要：随着生活节奏的不断加快,留给人们的锻炼时间越来越少,走路和跑步成为人们日常生活中为数不多的运动之一。计步器携带方便，能很好地完成量化运动量的目标。因此，最近几年各种计步器以及计步软件大量出现。鉴于人们对于步数检测准确度的要求以及使用便利的需求，十分有必要设计一套计步算法并应用于相关的计步器。

本设计的研究目的是设计出一款高精度、便携的计步器。本设计的主要难点在于数据滤波算法以及计步检测算法的研究。首先，本设计分析了几种数据滤波的方法，选择了比较适合的卡尔曼滤波算法。接着，分析了现有的几种计步检测算法，包括动态阈值算法和峰值检测算法。发现这些算法都不是很准确，所以本文设计了一种新的计步检测算法，提高了计步检测的精度，为其他研究者在步数检测方面提供了一种较好的解决方案。最后，本设计还采用了TFT彩屏的人机交互界面，可以实时显示卡路里、时间以及步数。

通过实际调试过程中的不断改进，实现了计步器的准确检测。

 

关键词： 计步器  MEMS传感器  滤波  步数检测

 

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究背景和意义-1

1.2 国内外研究现状-1

1.3 章节安排-2

2 系统总体设计方案-3

2.1 设计目标-3

2.2 系统架构分析-3

2.3 系统方案分析-3

2.3.1 佩戴位置选择-3

2.3.2 MEMS惯性传感器的数据读取-4

2.3.3 数据融合与滤波-5

2.3.4 计步算法-8

3 系统硬件设计-9

3.1 系统硬件电路总体设计-9

3.2 单片机最小系统设计-9

3.3 MEMS传感器-10

3.4其他外围电路-11

3.4.1 电源转换-11

3.4.2 TFT彩屏电路-11

3.4.3 无线串口通信-12

4 系统软件设计-13

4.1 系统软件总体设计-13

4.2中断设计-14

4.2.1 定时器中断-14

4.2.2 串口中断-15

4.2.3 中断优先级判断-16

4.3 MPU6050原始数据采集-16

4.3.1 陀螺仪和加速度计的配置工作-16

4.3.2 串行口的配置工作-17

4.3.3 IIC读取姿态传感器数据-17

4.4 数据处理-18

4.4.1 数据类型统一-18

4.4.2 卡尔曼滤波-19

4.5 计步算法-21

4.6 无线串口通信-22

5 系统调试-23

5.1 系统调试上位机-23

5.2 标定MPU6050零点-23

5.3 卡尔曼滤波参数调试-23

5.4 计步测试-24

6 总结与展望-25

6.1 总结-25

6.2 展望-25

6.3 课题研究对环境以及社会的影响-26

参考文献-27

附录-28

附录一 系统硬件原理图和PCB-28

附录二 系统实物图-29

附录三 系统核心-29

致谢-37