为什么手机能计算出我们行走的步数 手机是通过什么来计算步数的

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 手机是通过什么来计算步数的

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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 。
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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 。
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 。
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陀螺仪发挥很大作用
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 。陀螺仪测到持续日有规律的角移 。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 。
那为什么手机可以判断用户是在走路还是在骑自行车呢?还是因为陀螺仪!
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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 。
而走路时 , 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 。
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 。
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 。
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 。
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 , 屏幕会跟着转 , 就是它感应到向下重力的反应 。
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更加精确的计步软件还会辅助 GPS 来定位用户的运动路线 , 然算出平均时速 。
上述的这些工作是由采集器(加速度传感器等)和处理器( Sen Hub  , 协处理器)共同完成的 。
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 。
当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 。
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