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[讨论] 为了霸屏,把手机绑在狗狗身上计步靠谱吗?

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    [LV.5]常住居民I

    发表于 5 天前 |显示全部楼层
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    微信运动用于计步,只要步数足够多,占领别人的屏幕——霸屏。

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    微信、QQ等社交软件里,都有运动这一项功能,只要一开通,每天走过的步数就会在里面排序,步数最多的能成功霸占别人运动封面主页,排名前几的还能收获几十甚至上百个赞。

    不过,这年头要霸屏,也得霸亦有道,金华有个小伙子,屏是霸到了,但不仅没得到点赞,还落得很尴尬。为了得第一他把手机绑在狗身上。

    小林是金华一家公司职员,他们部门的工作,大部分时间都是坐班,于是,走路这项运动很快在部门里流行起来。前段时间,办公室里七八个同事都添加了微信运动,每天相互比步数,为了增加积极性,同事们相互约定,只要有人连续一周步数排名全办公室第一,周末其他的人就要“集资”请他吃大餐。刚开始几天,大家轮流上第一,可到了第二个星期,小林突然成了一匹黑马,连续五六天,每天走接近3万步,不仅秒杀办公室同事,在微信所有好友里也是天天排第一。眼看就要周末了,同事们看到小林都啧啧称奇:“我每天拼命走也就一万多步,这个三万多步,估计我们这些人是跟不上了。”

    每次听到夸赞,小林都笑而不语,不过,眼看着大餐马上要到手,小林却出事儿了。前几天的一个晚上,小林的一个同事饭后在江边散步,远远看见小林带着自家泰迪犬走来,刚想上去和他唠唠嗑,顺便交流一下走路经验。没聊两句,同事就觉得小林有点不对劲,好像神色慌张,恨不得马上溜走。

    “对了,你今天走了几步?把手机拿出来,让我膜拜一下吧。”同事这么一说,让小林慌了神,追问半天,同事才发现,手机根本没在小林身上,而是绑在泰迪犬的遛狗绳上——这简直是真正的“狗代”嘛,这下,两个人都尴尬了。

    最后,小林答应请全部门的人吃大餐,这事才算翻篇。

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    为什么把手机绑在泰迪犬上,步数会比人多?

    大家推断,一个是小狗比较好动,二是小狗有4条腿,步幅小,对它们来说,两三万步简直就是毛毛雨。

    爱抖腿的老公,比老婆多出三千步。除了让狗代走,在走友圈里,作弊办法还真不少,最常见的就是甩手机、抖腿。我们试验了一下,一天下来,同样是用苹果手机,一整天一起行动的一对小夫妻,爱抖腿的老公比老婆能多出三千多步。

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    为什么计步器也这么容易被蒙蔽?

    计步器原理就是一个传感器,传感器内部有一个陀螺仪。我们运动时,身体会发生起伏变化,这时传感器就会把信息转化为步数。在收到抖动或摇动时,计步器会误认为你在走路。有好多走友承认,自己为了名次靠前一点,曾经“作弊”。

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    1、 手机上手环上,的运动步数是怎么来的?

    简单来说:能够精准计步由硬件和软件算法两方面组成,缺一不可。 硬件是指内置的那枚强悍的三轴加速度传感器。其实三轴加速度传感器不神秘,在大多数中高档手机里都有配备加速度传感器。 三轴加速度传感器的三轴是指空间中的 X,Y,Z 三个维度,有了这 3 个维度, 手环就可以捕捉到手环在使用中的加速度变化,从而生成数据。重力加速度大家初中物理课 上都学过,在此就不多说了。 软件算法:程序猿根据三轴加速度实时捕捉到的三个维度的各项数据,经过滤波、 峰谷检测等过程,使用各种算法和科学缜密的逻辑运算,最终将这些数据转变成手环 APP 端的可读数字,步数、距离、消耗的卡路里数值等呈现在最终用户面前。

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    基于重力加速度的基本原理去实现工作的,加速度是个空间矢量,一方面,要准确了解 物体的运动状态,必须测得其三个坐标轴上的分量;另一方面,在预先不知道物体运动方向 的场合下,只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。三轴加速度传感器具有体积小和 重量轻特点,可以测量空间加速度,能够全面准确反映物体的运动性质,在航空航天、机器 人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。

    2、 运动计步功能和哪些因素有关?

    加速度传感器和算法是极其微妙的东西。总体上来说,大家在拿到 手环第一次设定时,一定要诚实准确填写各项信息!包括性别,身高,体重,年龄,这 些稍微不准都会直接影响到加速度传感器的数据捕捉,进一步影响到算法运算,导致的结果 则是计步不准、距离数据不对,消耗卡路里数值欠准度,从而得出不理想的数据,影响到您 的个人运动数据。 您的摆臂姿势、步幅、身形、路面的平整度、上坡下坡都会影响到计步数值。

    3、 为什么一小部分同学觉得手环不够精确?

    事情是这样的,手环在一定范围内存在公差是正常现象,殊不知物理学上还有 “测不准定律”,各家手环均使用加速度传感器来作为计步的主要依据,但是由于采用的器件和算法水平不同,于是就产生了各款手环记录步数不一致的状况。 手环在研发过程中专门找过各类人群(含职业运动员)对比过各家运动手环,还包 括带有 GPS 模块、海拔计、气压计等各类传感器的运动手表,对比结果显示:手环具有极高的计步器精度,与佳明、松拓的专业运动计步手表数据能基本上保持一致。当然,这跟传感器和卓越的算法密不可分。 即使是这样,我们觉得还不够好,程序猿仍然在进一步优化运动算法,尽可能的过 滤掉日常生活中无规律的运动手势、动作(我们称为“过滤杂波”),以使得手环的精度达到最佳。 手环计步器的精准度跟人的走路姿势,步行习惯都有关联。

    但是,狗狗的运动频率、幅度、次数跟人类差不多的话,把手机绑在泰迪活着哈士奇这样的狗狗身上,一样可以测试出计步的效果。

    至于手机绑在狗狗身上,是否可以计步。取决于:一是、算法是否滤除了狗狗的运动方式;二是,这个狗狗运动的三轴传感器的波形与人类的相似度。

    “测不准定律” 由于物体运动的时候,时时刻刻都会受到毗邻阻力的影响。而这种毗邻阻力又与物体的 运动状态有关,因而物体运动的时候,其状态就不可能准确测量。

    4、如何精准的测量?

    要实现检测步数首先要对人走路的姿态有一定了解。行走时,脚、腿、腰部,手臂都在运动,它们的运动都会产生相应的加速度,并且会在某点有一个峰值。从脚的加速度来检测步数是最准确的,但是考虑到携带的方便,我们选择利用腰部的运动来检测步数。如图1所示,行走时腰部有上下的垂直运动,每步开始时会有一个比较大的加速度,利用对加速度的峰值检测可以得到行走的步数。

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    将计步器佩戴在腰间采集到的垂直加速度曲线图,从图上可以清楚地看出有四个峰值,代表行走了四步,说明利用腰部的垂直加速度来检测步数是可行的。

    根据资料显示,人行走的垂直加速度在±1g之间(1g为9.8m/s即重力加速度),考虑到还有重力加速度的影响,可选择测量范围在±2g之间的加速度传感器ADXL202来实现计步器。ADXL202是美国AD公司的一种低功耗、二维加速度传感器,输出如图3所示占空比(T1/T2)与加速度成一定比例的数字信号,因此信号可以直接用单片机的计数器来测量,无需AD转换电路或是其它特殊电路。

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    计步器的整机原理框图如图所示,ADXL202采集加速度信息并将数据送到单片机进行处理;单片机控制整个系统的工作并从数据中检测出步数送到LCD进行显示;外部控制按键进行开关机控制以及功能选择等。

    本文不对电源转换、LCD显示等电路做详细介绍,重点介绍ADXL202芯片的电路设计。ADXL202可以输出X、Y两路信号,由于我们只测量垂直方向上的加速度,只用一路信号即可,需要注意的是,设计PCB时要摆放好芯片位置,保证使用时此路与水平面垂直。从图5可以看出ADXL202的电路设计并不复杂,在使用时我们要得到有用的信号需要设定它的采样频率和采样带宽。上述两个量是由电路图中的电阻Rset和电容Cx的取值所决定的。

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    采样频率过低,不能准确反应数据的变化情况;过高则引入很多无用信息,增加了系统运算量,需要根据实际情况选择合适的采样频率。根据资料显示,人行走的频率一般在110步/分钟(1.8Hz),跑步时的频率不会超过5Hz,选择100Hz的采样频率可以比较准确地反应加速度变化。1/T2即为数据的采样频率,计算方法为T2=RSET(Ω)/125MΩ。RSET的范围可从500kΩ~2MΩ,这里我们选择RSET=1.25MΩ,采样频率为100Hz。

    滤波带宽定义为需要检测的最高频率, 由滤波电容Cx设定,带宽的设定会影响噪声的大小和分辨率。从附表中可以看出,带宽越小,噪声就越小,而分辨率会越高,减小滤波带宽对减小噪声和提高分辨率都是有利的。但是,数据曲线中越尖的地方含有的高频分量就越多,滤波带宽减小,采集到的数据曲线就变光滑,峰值相应变小,这对我们进行峰值检测是不利的。因此我们折中取滤波带宽50Hz,根据公式F-3dB=1/(2π(32kΩ×C(x,y))计算,Cx选择0.10μF。

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    根据得到的X轴数据通,过软件处理可以获得我们需要的加速度信息。

    加速度的计算公式如下:

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    一般情况下0g(即加速度为零)时的占空比为50%,1g时的占空比为12.5%,则A(g)=(T1/T2-0.5)/0.125。

    从芯片手册上可以看出0g时的占空比芯片个体差异很大,从25%~75% 都有可能,要准确地计算加速度必须对0g和1g时的占空比进行校准。另外,计算加速度需要进行两次除法运算。以上两个因素使加速度的获取需要经过复杂的计算,考虑到我们的最终目的是检测加速度的峰值个数,而对加速度的具体值究竟是多少并不关心,T1完全可以反应加速度的变化趋势,因此选择对T1进行测量和检测峰值即可得到我们所需的步数。

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    T1的测量可利用单片机的中断和计数器来实现。如图3所示,在上升沿Ta时刻开始计数,下降沿Tb时刻停止计数,读取数据并将计数器清零等待下一次上升沿再次开始计数。得到T1的数据,通过单片机进行峰值检测就可以确定步数。

    峰值的检测通过门限判断实现。判断门限的选择非常关键,选择偏高会造成漏判;而偏低会造成误判。单一门限要实现准确的判断并不是很容易,解决的方法是选择两个门限A和B,当数据大于门限B并且接下来变化小于门限A时判为一步,这样可以有效地排除干扰影响。

    检测的准,真的是正确的产品方向么?

    据说很多人用了某米手环觉得手环计步比一般的手机计步数量偏多;另外听说华为投了不少博士、专家专门研究手环、手表、手机的计步算法,试图把计步做得非常精准。

    从霸屏的角度看,也许计步计的准未必是客户所需要的。

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