基于Android系統(tǒng)的手機(jī)計(jì)步器設(shè)計(jì)

劉丹 黎培瀚 肖德琴

摘要：在快節(jié)奏高效率的現(xiàn)代社會中，不少人處于亞健康狀態(tài)，事實(shí)證明堅(jiān)持步行，就能達(dá)到鍛煉的目的。隨著智能手機(jī)的普及，本文通過對Android系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)了一套基于Android系統(tǒng)的手機(jī)計(jì)步器的應(yīng)用軟件。

關(guān)鍵字：Android;計(jì)步器;加速度傳感器u8

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2018）06-0033-01

Design of Mobile Phone Pedometer Based on Android System

LIU Dan*， LI Peihan， XIAO Deqin

（South Chin Agricultural University， GUANG Dong Guangzhou 510642， China）

Abstract：In the fast-paced and efficient modern society， many people are in sub-health state. Facts have proved that walking can achieve the purpose of exercise. With the popularity of smart phones， this paper designs a set of application software of mobile pedometer based on Android system through the research of Android system.

Keywords：Android; pedometer; acceleration sensor U8

引用：劉丹， 黎培瀚， 肖德琴. 基于Android系統(tǒng)的手機(jī)計(jì)步器設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì)， 2018， 7（6）： 33-33.

Cite：LIU Dan， LI Peihan， XIAO Deqin. Design of Mobile Phone Pedometer Based on Android System[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 33-33.

引言

本設(shè)計(jì)是基于Android平臺的一款小型應(yīng)用，針對智能手機(jī)用戶日常使用的實(shí)際情況，幫助用戶隨時(shí)隨地記錄和了解自身的運(yùn)動情況、鍛煉成效。其使用Java 語言，利用Eclipse開發(fā)工具開發(fā)完成。根據(jù)加速度傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行特征提取、建立模型，把所提取的特征用來識別步數(shù)。

1? 基于Android系統(tǒng)的計(jì)步器的開發(fā)平臺

1.1? 開發(fā)工具及環(huán)境簡介

Android的上層應(yīng)用程序是用Java語言開發(fā)^[1]，同時(shí)還需要基于Dalvik虛擬機(jī)，所以Google公司推薦使用主流的Java繼承開發(fā)環(huán)境Eclipse。只有Eclipse還不夠，還應(yīng)該有由SUN公司提供的Java SDK。此外，Android的應(yīng)用程序開發(fā)和Java開發(fā)有較大的區(qū)別，所以還需要有Google提供的Android SDK。同時(shí)，還需要在Eclipse安裝ADT ^[2-3]。

1.2? 開發(fā)環(huán)境

本軟件是在Windows 7操作系統(tǒng)中，利用eclipse開發(fā)工具搭載Android SDK工具包，結(jié)合Android手機(jī)自帶的加速度傳感器進(jìn)行開發(fā)。

2? 基于Android系統(tǒng)的手機(jī)計(jì)步器的實(shí)現(xiàn)

2.1? 傳感器數(shù)據(jù)采集

重力傳感器（G-Sensor）又稱為加速度傳感器，用來感知加速度的變化，它使用三維方向的加速度分量來表示。該數(shù)值包含地心引力的影響，單位是m/s^2。

將手機(jī)平放在桌面上，x軸默認(rèn)為0，y軸默認(rèn)0，z軸默認(rèn)9.81。將手機(jī)朝下放在桌面上，z軸為-9.81。將手機(jī)向左傾斜，x軸為正值。將手機(jī)向右傾斜，x軸為負(fù)值。將手機(jī)向上傾斜，y軸為負(fù)值。將手機(jī)向下傾斜，y軸為正值。

2.2? 特征提取模塊

用戶在水平步行運(yùn)動中，垂直和前進(jìn)兩個(gè)加速度會呈現(xiàn)周期性變化。在步行收腳的動作中，由于重心向上單只腳觸地，垂直方向加速度是呈正向增加的趨勢，之后繼續(xù)向前，重心下移兩腳觸底，加速度相反。水平加速度在收腳時(shí)減小，在邁步時(shí)增加^[4]。

通過波形圖分析，在步行運(yùn)動中，垂直和前進(jìn)產(chǎn)生的加速度與時(shí)間大致為一個(gè)正弦曲線，而且在某點(diǎn)有一個(gè)峰值。其中，垂直方向的加速度變化最大，通過對軌跡的峰值進(jìn)行檢測計(jì)算和加速度閥值決策，即可實(shí)時(shí)計(jì)算用戶運(yùn)動的步數(shù)，還可依此進(jìn)一步估算用戶步行距離。

2.3? 運(yùn)動狀態(tài)的計(jì)算

（1）距離參數(shù)：

距離 = 步數(shù) × 每步距離

跨步長度與速度（每2秒步數(shù)）和身高的關(guān)系有對應(yīng)關(guān)系（Neil Zhao，2010）

（2）速度參數(shù)：速度 = 距離/時(shí)間，而每2秒步數(shù)和跨步長度均可根據(jù)上述算法計(jì)算，因此可以使用以下公式獲得速度參數(shù)。

速度 = 每2秒步數(shù) × 跨步/2 s

（3）卡路里參數(shù)：我們無法精確計(jì)算卡路里的消耗速率。決定其消耗速率的一些因素包括體重、健身強(qiáng)度運(yùn)動水平和新陳代謝，不過，我們可以使用常規(guī)近似法進(jìn)行估計(jì)?？防锵呐c跑步速度的典型關(guān)系為：

卡路里（C/kg/h） = 1.25 × 跑步速度（km/h）

3? 測試運(yùn)行與分析

經(jīng)過測試，手機(jī)計(jì)步器的功能基本上與設(shè)計(jì)構(gòu)想一致。其中存在的問題是計(jì)步器的計(jì)步準(zhǔn)確度不是完全可信的，由于是獲取手機(jī)上硬件加速傳感器的信號，又因?yàn)槭謾C(jī)的顫動程度用戶是不可能準(zhǔn)確控制的，所以會出現(xiàn)記不起不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

4? 結(jié)束語

本軟件能實(shí)現(xiàn)用戶對計(jì)步器的基本要求，方便用戶開啟/關(guān)閉計(jì)步器，對運(yùn)動情況和運(yùn)動量可以直觀的從計(jì)步界面獲取信息。整個(gè)計(jì)步的關(guān)鍵過程在于模型的建立，而且必須滿足使用手機(jī)的任意性和處理不同環(huán)境下的噪聲^[5]。所使用的算法是用FFT 來處理原始數(shù)據(jù)，設(shè)立一定的閥值和時(shí)間間隔，然后監(jiān)視過程的變化（踩點(diǎn)->起點(diǎn)->踩點(diǎn)）。在本文的程序里采樣率為20HZ，Threshold取1，時(shí)間間隔在200～2000毫秒。

參考文獻(xiàn)：

[1]????? 蔣洪深.Android計(jì)步器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（12）：111.

[2]????? 王斯盾，琚生根.基于Android的嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（12）：168-171.

[3]????? 張清.Android平臺下的計(jì)步器設(shè)計(jì)[J].甘肅科技，2017，33（21）：11-13.

[4]????? 段志杰. 基于Android傳感器模塊手機(jī)計(jì)步器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶郵電大學(xué)，2017.

[5]??? 胡東旭，蔡文超.基于Android的人體運(yùn)動計(jì)步器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2016，12（15）：94-97.