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为什么手机能计算出我们行走的步数?

时间:2019-06-28 09:53:03  来源:  作者:

随着科技的高速发展,智能手机的功能也越来越强大,很多手机中都有计算步数的功能,为什么手机能计算出我们行走的步数呢?

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

▲手机计算行走步数

 

计步器最早是由意大利的伦纳德·达芬奇想出来的,由于当时技术水平有限,直到150年后的1667年,计步器才真正的做出来,早期计步机比较简陋,还是机械式的。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

▲早期机械式计步器

 

机械式计步器的原理很简单,就跟摆锤一样。人在走路的时候,计步器里的摆锤会随着摆动,人走一步摆锤就动一下,金属摆锤摆动一下会和金属电极接触通电,这样就记录了一个步数。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

 

现在主流的计步软件(以微信运动为例),是通过手机内置的陀螺仪、重力感应器和加速器度传感器等组合完成的,根据这些设备的震动频率来储存数据,从而计算出每天走路的步数。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

 

其中陀螺仪可以测量出手机的角度,从而检测到人体的重心偏移。当人在行走时,手机会随着运动出现角度偏移。陀螺仪检测到持续且有规律的角度偏移时,手机就会开始判断用户正在走路。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

▲手机内置的陀螺仪

 

陀螺仪还可以判断用户是在走路还是在骑自行车。由于骑车过程相对走路时,人体姿态更加平稳,重心偏移量很小,陀螺仪收集到的角度变化也很小。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

▲手机内置的陀螺仪结构

当我们携带手机走路时,每一步都经历了过山车般的加速度变化。抬腿迈出第一步的时候,加速度是最大的。我们把它放到一个坐标轴上,加速度的变化看起来就像一个cos波形。两个波峰之间,可以被认为是走了一步。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

如果连续出现几个波峰,就可以基本确定用户是在走路的状态。传感器设备就把这些前面的波动以及后面的波动算成步数,记录到手机里。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

 

在实际场景中,算法还要去掉一些“干扰项”。比如我们走路时,手机放兜里会上下抖动,产生不同方向的加速度。这时算法就要判断并过滤掉无用的干扰项,只留下最主要的运动特征。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

 

手机里的压电陶瓷也会根据力的大小产生不同的形变,从而产生不同的电压变化,通过作用在上面的力测量出加速度,计算用户在走路时的频率大小。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

 

其实就是手机硬件的重力感应,比如我们看电影转动手机时,屏幕会自动跟着转,就是它感应到向下重力作出的反应。

更加精确的计步软件还会辅助利用Gps来定位用户的运动路线,然后计算出平均时速。

上述的这些工作是由采集器(加速度传感器等)和处理器(Sensor Hub,协处理器)共同完成的。

 

为什么手机能计算出我们行走的步数?

 

 

 

其实计步功能只是加速度传感器的一部分应用。在车辆安全、桥梁健康等方面,加速度传感器也有着非常重要的作用。

汽车在高速行驶时速度突然降下来,安全气囊就会弹出来。这里有一个加速度传感器测量车辆在前进方向的负加速度,从而判断是否应该将安全气囊弹出。

如今,越来越多的互联网公司希望用户使用这个功能,因为通过我们的步行数据,可以分析用户的出门时间,活动地点和区域,从而得知用户的社交圈子和消费习惯,这成为互联网公司制定营销方案的辅助资料。



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