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智能手环是如何记步的?

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-10-29  

  2012年,运动巨头耐克发布首款智能穿戴设备 NIKE+ Fuelband运动手环,引起了不少的轰动,也成为不少装备党和潮人的必备EDC,智能手环逐渐进入我们的视野,伴随着大数据的台风即将起飞。小编将揭开它神秘的面纱,让您真实的了解智能手环。

  A. 功能概述

  一切产品的发展都有它需求的支撑点,手机的需支点为通话功能,再时尚高贵的手机如果失去通话功能都是一件失败的产品。当然需支点不是唯一的可以增加很多,这也是我们常说的创新,最初的手机只有一块小的黑白屏供用户交互,逐渐创新为LCD触摸屏、互联网、指纹、拍照、支付等。

  智能手环也是一样,由最初的记步功能创新出时间显示、数据推送、心率检测、轨迹记录、移动支付功能等,每一项功能的推出都会作为一个新的支撑点,使产品功能更加完善更具有市场竞争力。

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  B. 运动检测功能原理(它是怎么记步的呢?)

  核心器件—加速度传感器(能够感知物体运动方向与加速度大小)

  一切智能产品都要以阶段时间发生规律状态为基础,无规律、无智能。下图为人体运动时三维加速度情况,其中a=x+y+z x、y、z为三维个方向加速度大小;

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  如上图所示人在走路过程中是规律运动的,但a的数据很粗糙,毛刺较多,MCU处理起来误差会很大,所以要进行数据处理,方法为数字滤波!

  数字滤波(官方):指用数字设备,通过一定的算法,对信号进行处理,将某个频段的信号进行滤除,得到新的信号的这一过程叫做数字滤波。

  数字滤波(小编):把原始数据变得更干净明了,MCU更容易判断状态。

  数字滤波方法:限幅滤波、中值滤波、算数平均滤波等。

  举例,原始数据如下图:

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  经切比雪夫滤波后:

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  根据算法去除干扰,使MCU处理数据更准确,加入记步算法就可以实现基本记步功能(这可不是件容易的事)。

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

C. 神秘的睡眠功能

  虽然每个人的睡眠状态是不一样的,但是人类的睡眠状态还是有规律可循,而手环主要的判断依据是从入睡到睡眠到醒来这几个阶段的运动变量来判断的。

  每个人从上床到真正睡着,身体总会有各种各样的变化,手环佩戴在手腕上,必然会随着身体运动变化而产生各种各样的位移,重力点变化,手环则会记录并根据已设定参数判断人是不是在睡觉。

  那么,深睡眠和浅睡眠是怎么判断的呢,一样的,人处于深度睡眠时,基本上不会产生运动量,运动量改变的时间变得更长。

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  D. 实际案例

  小编整理了一下市场上应用较多的加速度传感器如下图所示:

  LIS3DH

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  MPU6500

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  LIS3DH与MPU6500参数对比

智能手环是如何记步的?(技术篇)

  加速度传感器的选择指标如下:

  封装(决定产品结构,外观尺寸)

  功耗(决定产品电量消耗性能)

  数据形式(决定产品数据传输方式)

  轴数(决定产品运动状态检测精度)

  价格(决定产品成本)

  智能手环是如何记步的?(技术篇)

  E. 智能手环缺陷

  把手环放在手上有规律的上下摇动(周期为1s左右)带有显示功能的手环会开始记步;

  自动状态识别不够完美,状态检测要根据规律去判断(mcu去计算),状态过多难免会有状态重叠的可能,所以对用户体验产生严重的负面影响,目前的状态检测问题主要原因在于检测量过少导致,其次是传感器精度与智能算法;

  如果不加入距离等传感器,只借助加速度传感器部分产品无法判断摘下手环(短时间摘下),而造成误判断(摘下可被认为睡眠);

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