如今，健身手環(huán)越來(lái)越流行，它不僅可以計(jì)算腳步聲，還可以跟蹤您燃燒的卡路里、顯示心跳率、放映時(shí)間等等。這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與云同步，因此您可以在智能手機(jī)上輕松獲取所有身體活動(dòng)的歷史記錄。

計(jì)步器是僅用于計(jì)算腳步的設(shè)備。因此，在本教程中，我們將使用 Arduino 和加速度計(jì)構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單且便宜的 DIY 計(jì)步器。該計(jì)步器將計(jì)算腳步的數(shù)量并將其顯示在16x2 LCD 模塊上。這款計(jì)步器可以與這款A(yù)rduino 智能手表集成。

所需組件

Arduino納米

ADXL 335 加速度計(jì)

16*2液晶

液晶 I2C 模塊

電池

ADXL335 加速度計(jì)

ADXL335 是一款完整的 3 軸模擬加速度計(jì)，它基于電容感應(yīng)原理工作。它是一種小型、薄型、低功耗模塊，帶有多晶硅表面微加工傳感器和信號(hào)調(diào)理電路。ADXL335 加速度計(jì)可以測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加速度。在這個(gè) Arduino 計(jì)步器項(xiàng)目中，ADXL335 加速度計(jì)將充當(dāng)計(jì)步器傳感器。

加速度計(jì)是一種可以將任何方向的加速度轉(zhuǎn)換為其各自的可變電壓的設(shè)備。這是通過(guò)使用電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)的（參見(jiàn)圖片），當(dāng) Accel 移動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部的電容器也會(huì)根據(jù)運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化（參見(jiàn)圖片），因?yàn)殡娙菔亲兓模虼艘部梢垣@得可變電壓。

下面是加速度計(jì)的正面和背面圖像以及引腳說(shuō)明-

加速度計(jì)引腳說(shuō)明：

Vcc- 5 伏電源應(yīng)連接到此引腳。

X-OUT- 該引腳在 x 方向提供模擬輸出

Y-OUT- 該引腳在 y 方向提供模擬輸出

Z-OUT- 此引腳在 z 方向提供模擬輸出

GND-地

ST- 此引腳用于設(shè)置傳感器的靈敏度

電路原理圖

下面給出了Arduino 加速度計(jì)步數(shù)計(jì)數(shù)器的電路圖。

在這個(gè)電路中，我們使用 ADXL335 Accelerometer 與 Arduino Nano 連接。加速度計(jì)的 X、Y 和 Z 引腳與 Arduino Nano 的模擬引腳（A1、A2 和 A3）連接。要將 16x2 LCD 模塊與 Arduino 連接，我們使用的是 I2C 模塊。I2C 模塊的 SCL 和 SDA 引腳分別連接到 Arduino Nano 的 A5 和 A4 引腳。下表給出了完整的連接：

我們首先在面包板上使用 Arduino設(shè)置構(gòu)建了這個(gè)計(jì)步器

在成功測(cè)試后，我們通過(guò)將所有組件焊接到 Perfboard 上來(lái)在 Perfboard 上復(fù)制它，如下所示：

計(jì)步器如何工作？

計(jì)步器使用向前、垂直和側(cè)面的三個(gè)運(yùn)動(dòng)分量來(lái)計(jì)算一個(gè)人所采取的總步數(shù)。計(jì)步器系統(tǒng)使用加速度計(jì)來(lái)獲取這些值。加速度計(jì)在每個(gè)定義的編號(hào)后不斷更新 3 軸加速度的最大值和最小值。的樣品。這3個(gè)軸的平均值（Max + Min）/2，稱為動(dòng)態(tài)閾值水平，該閾值用于決定是否邁步。

跑步時(shí)，計(jì)步器可以在任何方向，因此計(jì)步器使用加速度變化最大的軸計(jì)算步數(shù)。

現(xiàn)在讓我快速了解一下這個(gè) Arduino 計(jì)步器的工作原理：

首先，計(jì)步器一通電就開(kāi)始校準(zhǔn)。

然后在void循環(huán)函數(shù)中，不斷的從X、Y、Z軸獲取數(shù)據(jù)。

之后，它計(jì)算從起點(diǎn)開(kāi)始的總加速度矢量。

加速度矢量是 X、Y 和 Z 軸值的平方根 （x^2+y^2+z^2）。

然后將平均加速度值與閾值進(jìn)行比較以計(jì)算步數(shù)。

如果加速度矢量超過(guò)閾值，則增加步數(shù)；否則，它會(huì)丟棄無(wú)效的振動(dòng)。

對(duì) Arduino 計(jì)步器進(jìn)行編程

本文檔末尾提供了完整的Arduino 計(jì)步器代碼。在這里，我們將解釋此代碼的一些重要片段。

像往常一樣，通過(guò)包含所有必需的庫(kù)來(lái)啟動(dòng)代碼。ADXL335 加速度計(jì)不需要任何庫(kù)，因?yàn)樗峁┠M輸出。

#include 

之后，定義連接加速度計(jì)的 Arduino 引腳。

常量 int xpin = A1;
常量 int ypin = A2;
常量 int zpin = A3;

定義加速度計(jì)的閾值。該閾值將與加速度矢量進(jìn)行比較以計(jì)算步數(shù)。

浮動(dòng)閾值 = 6；

在void setup內(nèi)部，函數(shù)會(huì)在系統(tǒng)通電時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)。

校準(zhǔn)（）;

在void 循環(huán)函數(shù)內(nèi)部，它將讀取 100 個(gè)樣本的 X、Y 和 Z 軸值。

for (int a = 0; a < 100; a++)
  {
    xaccl[a] = float(analogRead(xpin) - 345);
    延遲（1）；
    yaccl[a] = float(analogRead(ypin) - 346);
    延遲（1）；
    zaccl[a] = float(analogRead(zpin) - 416);
    延遲（1）；

獲得 3 軸值后，通過(guò)取 X、Y 和 Z 軸值的平方根來(lái)計(jì)算總加速度矢量。

totvect[a] = sqrt(((xaccl[a] - xavg) * (xaccl[a] - xavg)) + ((yaccl[a] - yavg) * (yaccl[a] - yavg)) + ((zval [a] - zavg) * (zval[a] - zavg)));

然后計(jì)算最大和最小加速度矢量值的平均值。

totave[a] = (totvect[a] + totvect[a - 1]) / 2 ;

現(xiàn)在將平均加速度與閾值進(jìn)行比較。如果平均值大于閾值，則增加步數(shù)并提高標(biāo)志。

if (totave[a] > 閾值 && flag == 0)
    {
      步數(shù) = 步數(shù) + 1；
      標(biāo)志 = 1; }

如果平均值大于閾值但標(biāo)志已升起，則什么也不做。

else if (totave[a] > threshold && flag == 1)
    {
      // 不計(jì)算
    }

如果總平均值小于閾值并且標(biāo)志被升起，則將標(biāo)志放下。

if (totave[a] < 閾值 && flag == 1)
    {
      標(biāo)志 = 0;
    }

在串行監(jiān)視器和 LCD 上打印步數(shù)。

Serial.println(步驟);
lcd.print("步驟：");
lcd.print（步驟）；

測(cè)試 Arduino 計(jì)步器

準(zhǔn)備好硬件和代碼后，將 Arduino 連接到筆記本電腦并上傳代碼。現(xiàn)在拿起你手中的計(jì)步器，開(kāi)始一步一步地走，它應(yīng)該會(huì)在 LCD 上顯示步數(shù)。有時(shí)，當(dāng)計(jì)步器振動(dòng)非常快或非常慢時(shí)，它會(huì)增加步數(shù)。

#include

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

常量 int xpin = A1;

常量 int ypin = A2;

常量 int zpin = A3;

字節(jié) p[8] = {

0x1F,

0x1F,

0x1F,

0x1F,

0x1F,

0x1F,

0x1F,

0x1F

};

浮動(dòng)xavg，yavg，zavg；

整數(shù)步，標(biāo)志 = 0；

無(wú)效設(shè)置（）

{

序列.開(kāi)始（9600）；

液晶顯示器開(kāi)始（）；

液晶背光（）；

lcd.clear();

校準(zhǔn)（）;
無(wú)效循環(huán)（

）


{

for (int w = 0; w < 16; w++) {

lcd.write(byte(0));

延遲（500）；

}

int acc = 0;

浮動(dòng) totvect?= {0};

浮點(diǎn)數(shù)?= {0};

浮動(dòng) xaccl?= {0};

浮動(dòng) yaccl?= {0};

浮動(dòng) zaccl?= {0};

for (int a = 0; a < 100; a++)

{

xaccl[a] = float(analogRead(xpin) - 345);

延遲（1）；

yaccl[a] = float(analogRead(ypin) - 346);

延遲（1）；

zaccl[a] = float(analogRead(zpin) - 416);

延遲（1）；

totvect[a] = sqrt(((xaccl[a] - xavg) * (xaccl[a] - xavg)) + ((yaccl[a] - yavg) * (yaccl[a] - yavg)) + ((zval [a] - zavg) * (zval[a] - zavg)));

totave[a] = (totvect[a] + totvect[a - 1]) / 2 ;

Serial.println("totave[a]");

Serial.println(totave[a]);

延遲（100）；

if (totave[a] > threshold && flag == 0)

{

步數(shù) = 步數(shù) + 1;

標(biāo)志 = 1;

}

else if (totave[a] > threshold && flag == 1)

{

// 不要計(jì)算

}

if (totave[a] < threshold && flag == 1)

{

flag = 0;

}

如果（步數(shù) < 0）{

步數(shù) = 0；

}

Serial.println('\n');

Serial.print("步驟：");

Serial.println(步驟);


lcd.print（步驟）；

延遲（1000）；

lcd.clear();

}

延遲（1000）；

}

void calibrate()

{

float sum = 0;

浮動(dòng)總和1 = 0；

浮動(dòng)總和2 = 0；

for (int i = 0; i < 100; i++) {

xval[i] = float(analogRead(xpin) - 345);

總和 = xval[i] + 總和；

}

延遲（100）；

xavg =總和/ 100.0；

序列號(hào).println(xavg);

for (int j = 0; j < 100; j++)

{

yval[j] = float(analogRead(ypin) - 346);

sum1 = yval[j] + sum1;

}

yavg = sum1 / 100.0;

Serial.println(yavg);

延遲（100）；

for (int q = 0; q < 100; q++)

{

zval[q] = float(analogRead(zpin) - 416);

sum2 = zval[q] + sum2;

}

zavg = sum2 / 100.0;

延遲（100）；

Serial.println(zavg);

}