加速度计算 为什么手机能计算出我们行走的步数？

【疯狂机械控制467号】随着科技的飞速发展，智能手机的功能越来越强大。很多手机都有计算步数的功能。为什么手机能算出我们走了多少步？

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▲手机计算行走步数

计步器最初是由意大利的伦纳德·达芬奇构想出来的。由于当时技术水平有限，直到1667年，150年后才真正制作出来。早期的计步器相当简陋和机械。

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▲早期机械计步器

机械计步器的原理很简单，就像钟摆一样。当人们走路时，计步器里的钟摆会跟着一起摆动。人走路时，钟摆会动。金属摆摆动时，会与金属电极接触产生电，从而记录下若干步。

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目前主流的计步软件(以微信体育为例)是结合手机内置的陀螺仪、重力传感器、油门传感器来完成，根据这些设备的振动频率来存储数据，从而计算出每天行走的步数。

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其中陀螺仪可以测量手机的角度，从而检测人体的重心偏移。当一个人走路时，手机会随着运动而发生角度的偏移。当陀螺仪检测到连续且规则的角度偏差时，手机会开始判断用户正在行走。

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▲手机内置陀螺仪

陀螺仪还可以判断用户是走路还是骑自行车。相比行走，人体的姿态更加稳定，重心偏移很小，陀螺仪采集的角度变化也很小。

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▲手机内置陀螺仪结构

当我们拿着手机走路时，每一步都经历着过山车般的加速度变化。抬腿第一步的时候，加速度最大。我们把它放在一个坐标轴上，加速度的变化看起来像是cos波形。在两个峰之间，可以认为是一个台阶。

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如果连续出现几个峰值，基本可以确定用户在行走。传感器设备将这些前波动和后波动计为步长，并记录在手机中。

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在实际场景中，算法需要去除一些“干扰项”。比如我们走路时，口袋里的手机会上下晃动，导致不同方向的加速度。此时算法要判断过滤掉无用的干扰项，只留下最重要的运动特征。

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手机中的压电陶瓷也会根据受力产生不同的变形，从而产生不同的电压变化。加速度通过作用在他们身上的力来测量，并计算用户行走的频率。

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其实就是手机硬件的重力感应。比如我们看电影，转动手机，屏幕会自动跟随，也就是感应到向下重力的反应。

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更精确的计步软件也会帮助使用GPS定位用户的运动路线，进而计算出平均速度。

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以上工作由采集器(加速度传感器等)完成。)和处理器(传感器集线器、协处理器)。

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实际上，计步功能只是加速度传感器应用的一部分。加速度传感器在车辆安全和桥梁健康方面也发挥着非常重要的作用。

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当汽车在高速行驶时速度突然下降时，气囊就会弹出。有一个加速度传感器来测量车辆向前方向的负加速度，从而判断气囊是否应该弹出。

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现在越来越多的互联网公司希望用户使用这个功能，因为通过我们的行走数据，可以分析用户的外出时间、活动地点和区域，从而了解用户的社交圈和消费习惯，成为互联网公司制定营销计划的辅助资料。

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