智能健康计步器(附件)【字数：13014】
摘 要摘 要步行和慢跑对人体健康的益处毋庸置疑，随着人们运动观念的增强以及对步行认识的进步，近两年，掀起了一股健身的热潮，计步的准确性也因此受到人们的关注。纵观现在市面上的计步产品，大多采用手机或者佩戴式设备内的三轴加速度传感器计步，由于人体活动复杂，容易发生误计的情况，造成计步误差。本文以准确计步为主要目标，提出了基于压力传感器、六轴传感器的多参数计步算法，综合利用了嵌入式系统技术、传感器技术、蓝牙技术、Android技术，开发出一套智能健康计步器系统。系统分为数据采集端和手机监控终端。数据采集端采集压力传感器和六轴传感器的运动参数，通过对运动参数的处理分析，经SVM算法判别脚上抬和脚下落两个动作，获得运动步数后，通过蓝牙发送给手机监控终端，由监控终端将运动数据反馈给用户，并结合运动提醒等辅助功能，帮助用户智能健康地运动。本文先介绍了系统所用到的相关技术，再结合系统功能定义给出了系统总体方案的设计，并详细阐述了各个模块的软硬件设计，最后通过压力传感器单独计步、多传感器多参数融合计步的计步准确率、误判率对比分析，验证了基于压力传感器、六轴传感器的多参数计步具有更高的准确度。关键词计步；人体行为识别；分类识别算法；传感器；嵌入式系统
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 2
1.3 主要内容及结构 3
第二章 关键技术 5
2.1 嵌入式系统技术 5
2.2 传感器技术 7
2.3 蓝牙技术 8
2.4 Android技术 9
第三章 系统总体设计 11
3.1 系统功能 11
3.2 系统架构 12
3.3 系统硬件结构 12
3.4 系统软件结构 13
3.5 本章小结 14
第四章 硬件模块设计 15
4.1 微处理器及蓝牙模块设计 15
4.2 传感器模块设计 16
4.2.1 压力传感器模块设计 16
4.2.1 六轴传感器模块设计 16
4.3 电源模块设计 17
4.4 节能模块设计 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.4.1 开关控制电路设计 18
4.4.1 睡眠唤醒电路设计 18
4.5 PCB制版 20
4.6 本章小结 20
第五章 软件模块设计 21
5.1 基于压力传感器、加速度传感器的多参数计步算法 21
5.1.1 计步算法思想和流程 21
5.1.2 传感器多参数数据采集 22
5.1.3 传感器数据预处理 23
5.1.4 步态特征提取 24
5.1.5 基于ＳＶＭ的步态识别 26
5.2 通信软件设计 26
5.2.1 蓝牙模块驱动和控制 26
5.2.2 通信协议 28
5.3监控终端软件设计 29
5.3.1 界面设计 29
5.3.2 运动提醒策略 30
5.3.3 其他辅助功能 31
5.4 本章小结 31
第六章 系统测试及应用 32
6.1 计步性能测试 32
6.2 系统应用 33
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
绪论
本章主要介绍了基于压力传感器、加速度传感器多参数计步研究的背景及意义，分析了计步研究的国内外现状，最后介绍了本课题的主要内容及组织结构。
研究背景及意义
随着现代人们运动观念的增强，越来越多的人开始注重身体锻炼的重要性。近几年流行的各种运动记录产品、健身爱好者逐渐增加等现象，都表征着计步受人们关注的程度越来越高。市面上推出的运动软件也是数量繁多，让人选择不定，如图11所示：智能感应计步器、咕咚、乐动力、悦跑圈、春雨计步器、Nike running+，以及微信、微博、QQ推出的计步功能等，而朋友圈、网上最近流行的“晒步热”，也表明计步已经慢慢融入了人们的日常生活。
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图 11 计步软件
计步对于运动锻炼有着积极的促进作用。根据统计的步数，可以得知人们的运动量、消耗的能量，因此计步可以量化锻炼的程度，让人清楚自身的运动情况。若用户有运动目标，简单明了的计步数据能达到一个激励的作用，或者给人以目标达成的满足感。根据运动数据，可方便用户制定后续的运动计划、健身方案。另外，通过分析长期统计的步数，结合身高体重，还可以获得运动量是否达标或过度等信息。总之，计步这一看似非常简单的信息，能给运动锻炼带来很大的改变。因此，研究计步有着深远的意义。由于目前很多计步产品计步时都有误计、漏计的情况，计步的准确性不是很高，所以提高计步的准确性是目前计步研究领域的主要研究课题之一。
由于足底的压力和足部的加速度是两个随着步行状态变化而发生相应改变的物理量。人每走一步，当脚落下时，脚下的压力便增加，脚提上来时，压力便减小。通过对脚下的压力信号进行有效的处理，便能判断是否跨出了一步。在这基础上，再加上足部的加速度数据信号，将两者进行数据融合处理，能减少计步误计的情况，使计步的准确性大大提高。随着传感器技术的不断发展，压力传感器及加速度传感器做得越来越小，其精度也越来越高，功耗越来越低，价格低廉，并且已经广泛运用于手机、可佩带式智能设备等嵌入式应用中。本文提出的计步算法基于压力传感器和加速度传感器，多参数的数据融合分析处理，有利于提高计步算法的健壮性，提高计步准确性，对计步应用及基于计步的其他研究有重要意义和实用价值。
国内外发展现状
随着科技的飞速发展，计步产品已经逐渐融入到人们的生活当中。现在几乎是人人知晓的智能产品，当下流行的计步软件种类繁多，这在1.1节中已经介绍过。时下很受欢迎的计步手环，也有小米、耐克、苹果等多个品牌，如图12所示。这些计步产品大致可分为三类：一类是手机计步，一类是电子设备计步，还有一类是佩戴式设备计步。究其原理，手机计步大都是采用手机内部的加速度传感器计步，而电子设备有部分还是采用机械振子计步，佩戴式设备计步同手机计步一样，也是利用加速度传感器进行计步。总的来说，利用加速度传感器计步，是目前国内外计步产品的主要设计方案。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 2
1.3 主要内容及结构 3
第二章 关键技术 5
2.1 嵌入式系统技术 5
2.2 传感器技术 7
2.3 蓝牙技术 8
2.4 Android技术 9
第三章 系统总体设计 11
3.1 系统功能 11
3.2 系统架构 12
3.3 系统硬件结构 12
3.4 系统软件结构 13
3.5 本章小结 14
第四章 硬件模块设计 15
4.1 微处理器及蓝牙模块设计 15
4.2 传感器模块设计 16
4.2.1 压力传感器模块设计 16
4.2.1 六轴传感器模块设计 16
4.3 电源模块设计 17
4.4 节能模块设计 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.4.1 开关控制电路设计 18
4.4.1 睡眠唤醒电路设计 18
4.5 PCB制版 20
4.6 本章小结 20
第五章 软件模块设计 21
5.1 基于压力传感器、加速度传感器的多参数计步算法 21
5.1.1 计步算法思想和流程 21
5.1.2 传感器多参数数据采集 22
5.1.3 传感器数据预处理 23
5.1.4 步态特征提取 24
5.1.5 基于ＳＶＭ的步态识别 26
5.2 通信软件设计 26
5.2.1 蓝牙模块驱动和控制 26
5.2.2 通信协议 28
5.3监控终端软件设计 29
5.3.1 界面设计 29
5.3.2 运动提醒策略 30
5.3.3 其他辅助功能 31
5.4 本章小结 31
第六章 系统测试及应用 32
6.1 计步性能测试 32
6.2 系统应用 33
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
绪论
本章主要介绍了基于压力传感器、加速度传感器多参数计步研究的背景及意义，分析了计步研究的国内外现状，最后介绍了本课题的主要内容及组织结构。
研究背景及意义
随着现代人们运动观念的增强，越来越多的人开始注重身体锻炼的重要性。近几年流行的各种运动记录产品、健身爱好者逐渐增加等现象，都表征着计步受人们关注的程度越来越高。市面上推出的运动软件也是数量繁多，让人选择不定，如图11所示：智能感应计步器、咕咚、乐动力、悦跑圈、春雨计步器、Nike running+，以及微信、微博、QQ推出的计步功能等，而朋友圈、网上最近流行的“晒步热”，也表明计步已经慢慢融入了人们的日常生活。
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图 11 计步软件
计步对于运动锻炼有着积极的促进作用。根据统计的步数，可以得知人们的运动量、消耗的能量，因此计步可以量化锻炼的程度，让人清楚自身的运动情况。若用户有运动目标，简单明了的计步数据能达到一个激励的作用，或者给人以目标达成的满足感。根据运动数据，可方便用户制定后续的运动计划、健身方案。另外，通过分析长期统计的步数，结合身高体重，还可以获得运动量是否达标或过度等信息。总之，计步这一看似非常简单的信息，能给运动锻炼带来很大的改变。因此，研究计步有着深远的意义。由于目前很多计步产品计步时都有误计、漏计的情况，计步的准确性不是很高，所以提高计步的准确性是目前计步研究领域的主要研究课题之一。
由于足底的压力和足部的加速度是两个随着步行状态变化而发生相应改变的物理量。人每走一步，当脚落下时，脚下的压力便增加，脚提上来时，压力便减小。通过对脚下的压力信号进行有效的处理，便能判断是否跨出了一步。在这基础上，再加上足部的加速度数据信号，将两者进行数据融合处理，能减少计步误计的情况，使计步的准确性大大提高。随着传感器技术的不断发展，压力传感器及加速度传感器做得越来越小，其精度也越来越高，功耗越来越低，价格低廉，并且已经广泛运用于手机、可佩带式智能设备等嵌入式应用中。本文提出的计步算法基于压力传感器和加速度传感器，多参数的数据融合分析处理，有利于提高计步算法的健壮性，提高计步准确性，对计步应用及基于计步的其他研究有重要意义和实用价值。
国内外发展现状
随着科技的飞速发展，计步产品已经逐渐融入到人们的生活当中。现在几乎是人人知晓的智能产品，当下流行的计步软件种类繁多，这在1.1节中已经介绍过。时下很受欢迎的计步手环，也有小米、耐克、苹果等多个品牌，如图12所示。这些计步产品大致可分为三类：一类是手机计步，一类是电子设备计步，还有一类是佩戴式设备计步。究其原理，手机计步大都是采用手机内部的加速度传感器计步，而电子设备有部分还是采用机械振子计步，佩戴式设备计步同手机计步一样，也是利用加速度传感器进行计步。总的来说，利用加速度传感器计步，是目前国内外计步产品的主要设计方案。
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