基于Android系统的手机计步器设计

刘丹 黎培瀚 肖德琴

摘要：在快节奏高效率的现代社会中，不少人处于亚健康状态，事实证明坚持步行，就能达到锻炼的目的。随着智能手机的普及，本文通过对Android系统的研究，设计了一套基于Android系统的手机计步器的应用软件。

关键字：Android;计步器;加速度传感器u8

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：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系统的手机计步器设计[J]. 数码设计， 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

本设计是基于Android平台的一款小型应用，针对智能手机用户日常使用的实际情况，帮助用户随时随地记录和了解自身的运动情况、锻炼成效。其使用Java 语言，利用Eclipse开发工具开发完成。根据加速度传感器，进行数据采集、处理和分析原始数据，并进行特征提取、建立模型，把所提取的特征用来识别步数。

1  基于Android系统的计步器的开发平台

1.1  开发工具及环境简介

Android的上层应用程序是用Java语言开发^[1]，同时还需要基于Dalvik虚拟机，所以Google公司推荐使用主流的Java继承开发环境Eclipse。只有Eclipse还不够，还应该有由SUN公司提供的Java SDK。此外，Android的应用程序开发和Java开发有较大的区别，所以还需要有Google提供的Android SDK。同时，还需要在Eclipse安装ADT ^[2-3]。

1.2  开发环境

本软件是在Windows 7操作系统中，利用eclipse开发工具搭载Android SDK工具包，结合Android手机自带的加速度传感器进行开发。

2  基于Android系统的手机计步器的实现

2.1  传感器数据采集

重力传感器（G-Sensor）又称为加速度传感器，用来感知加速度的变化，它使用三维方向的加速度分量来表示。该数值包含地心引力的影响，单位是m/s^2。

将手机平放在桌面上，x轴默认为0，y轴默认0，z轴默认9.81。将手机朝下放在桌面上，z轴为-9.81。将手机向左倾斜，x轴为正值。将手机向右倾斜，x轴为负值。将手机向上倾斜，y轴为负值。将手机向下倾斜，y轴为正值。

2.2  特征提取模块

用户在水平步行运动中，垂直和前进两个加速度会呈现周期性变化。在步行收脚的动作中，由于重心向上单只脚触地，垂直方向加速度是呈正向增加的趋势，之后继续向前，重心下移两脚触底，加速度相反。水平加速度在收脚时减小，在迈步时增加^[4]。

通过波形图分析，在步行运动中，垂直和前进产生的加速度与时间大致为一个正弦曲线，而且在某点有一个峰值。其中，垂直方向的加速度变化最大，通过对轨迹的峰值进行检测计算和加速度阀值决策，即可实时计算用户运动的步数，还可依此进一步估算用户步行距离。

2.3  运动状态的计算

（1）距离参数：

距离 = 步数 × 每步距离

跨步长度与速度（每2秒步数）和身高的关系有对应关系（Neil Zhao，2010）

（2）速度参数：速度 = 距离/时间，而每2秒步数和跨步长度均可根据上述算法计算，因此可以使用以下公式获得速度参数。

速度 = 每2秒步数 × 跨步/2 s

（3）卡路里参数：我们无法精确计算卡路里的消耗速率。决定其消耗速率的一些因素包括体重、健身强度运动水平和新陈代谢，不过，我们可以使用常规近似法进行估计。卡路里消耗与跑步速度的典型关系为：

卡路里（C/kg/h） = 1.25 × 跑步速度（km/h）

3  测试运行与分析

经过测试，手机计步器的功能基本上与设计构想一致。其中存在的问题是计步器的计步准确度不是完全可信的，由于是获取手机上硬件加速传感器的信号，又因为手机的颤动程度用户是不可能准确控制的，所以会出现记不起不准确的现象。

4  结束语

本软件能实现用户对计步器的基本要求，方便用户开启/关闭计步器，对运动情况和运动量可以直观的从计步界面获取信息。整个计步的关键过程在于模型的建立，而且必须满足使用手机的任意性和处理不同环境下的噪声^[5]。所使用的算法是用FFT 来处理原始数据，设立一定的阀值和时间间隔，然后监视过程的变化（踩点->起点->踩点）。在本文的程序里采样率为20HZ，Threshold取1，时间间隔在200～2000毫秒。

参考文献：

[1]      蒋洪深.Android计步器的设计和实现[J].中国战略新兴产业，2018（12）：111.

[2]      王斯盾，琚生根.基于Android的嵌入式系统综合实验设计[J].实验技术与管理，2017，34（12）：168-171.

[3]      张清.Android平台下的计步器设计[J].甘肃科技，2017，33（21）：11-13.

[4]      段志杰. 基于Android传感器模块手机计步器的设计与实现[D].重庆邮电大学，2017.

[5]    胡东旭，蔡文超.基于Android的人体运动计步器系统的设计与实现[J].电脑知识与技术，2016，12（15）：94-97.