基于MMA8452Q传感器的计步器抗干扰设计
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2020-08-30
17:52:14
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基于基于MMA8452Q传感器的计步器抗干扰设计传感器的计步器抗干扰设计
绍了基于MMA8452Q加速度传感器的计步器设计。MMA8452Q是一款具有12位分辨率的智能低功耗、三轴、电
容式微机械加速度传感器。本设计充分利用了该传感器对被检测模拟信号的滤波处理能力，并配合软件抗干扰
措施，通过检测人行走时腰部产生的垂直加速度的变化，实现间接检测步数的目的。设计硬件简单，计步精度
较高，稳定性好，已经通过实际调试，具有实用价值。
伴随着人们生活质量和科技水平的提高，辅助锻炼设备不断出现，计步器就是一种日常锻炼监测器，通过记录人们行走的步
数，监测自己的健身强度，方便实用。加速度传感器可用于间接步数检测。由于近年来MEMS加速度传感器发展很快，并具有
价格低、体积小、功耗低、精度高的特点，利用其来设计电子计步器，已经多有报道，市场上也有产品出售。目前存在的主要
问题是计步精度，尽管在加速度的检测上传感器的精度高，但是计步却受到诸多干扰影响，精度难以保证。本文以MEMS加速
度传感器。MMA8452Q为基础，研究其工作特性，针对计步干扰信号特点，采取抗干扰措施完成电子式计步器设计。
1 系统方案设计系统方案设计
1.1 基于加速度信号检测的计步器原理基于加速度信号检测的计步器原理
距离、速度、加速度等都可以作为描述人体行走状态的的参数。近年来由于MEMS加速度传感器的快速发展和其特性，使其用
于人体运动检测更加方便。
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，垂直方向的加速度信号变化最大。人行走一步过
程，如图1所示。脚蹬地离开地面是一步的开始(如图1(a)，此时由于地面的反作用力垂直加速度开始增大，身体重心上移，当
脚要达到最高位置时(如图1(c)，垂直加速度达到最大，然后脚向下运动，垂直加速度开始减小，直至脚着地，加速度减少至
最小值(如图1(e)，接着下一次迈步发生。
人体腰部的垂直加速度信号如图2所示，每迈一步对应一个峰值，显然信号具有周期性。利用对加速度的峰值检测可以得到行
走的步数。人行走的垂直加速度在±g之间(1g为9.8 m/s2即重力加速度)，考虑到还有重力加速度g的影响，可选择测量范嗣在
±2 g之间的加速度传感器来实现计步器。
1.2 硬件系统设计硬件系统设计
计步器硬件系统框图如图3所示。MEMS传感器MMA8452Q负责检测人体加速度信号并转换为数字信号，通过I2C接口传递给
控制器;经控制器分析处理，确定为有效的计步信息后，步数加1并送给LCD显示器;按键则将一些设定信息传递给控制器。
综合考虑计步器对加速度传感器精度的要求和传感器的价格，选择了飞思卡尔一款比较新的MMA8452Q加速度传感器。这是
一款具有12位分辨率的智能低功耗、三轴、电容式微机械加速度传感器，其主要特性如下：
可以感受X，Y，Z 3个自由度的加速度信号，全方位感知人体运动信息。具有±2 g/±4g/±8 g的可选量程。传感器的灵敏度在
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