手机计算我们行走的步数,主要是通过内置的 "加速度传感器 (Accelerometer)" 来实现的。这是一个非常有趣的技术,原理其实并不复杂,但结合了信号处理和算法,才能精准地判断出我们是在走路、跑步还是只是简单地拿起手机。
以下是详细的原理解释:
1. "核心传感器:加速度传感器"
每部智能手机内部都装有至少一个加速度传感器。这是一种能够检测物体相对加速度(包括重力加速度)的传感器。
它可以测量手机在三个维度(X轴、Y轴、Z轴)上的线性加速度和重力加速度。
2. "行走时的运动特征"
当我们走路时,身体会经历一系列有规律的上下起伏和左右摆动。这种运动传递到手机上,会导致手机的加速度传感器读数发生周期性的变化。
这种变化不是平稳的,而是有节奏的,大致可以分为几个阶段:
"脚跟着地 (Heel Strike):" 通常是行走周期中最大的冲击,传感器会检测到一个向下的峰值加速度。
"整个脚掌着地 (Foot Flat):" 手机会感受到持续的下压力。
"脚尖离地 (Toe Off):" 身体重心向前,腿部蹬地,传感器可能会短暂地检测到向上的加速度。
"腾空期 (Swing Phase):" 手机相对地面有短暂的自由下落
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现在的手机都带有计步的功能,而微信上的步数排行榜也让很多人痴迷。有的人为了占据榜一,不惜买摇手机步数的机器,例如下图所示那种,让自己每天都是上万步。

网上热卖的摇步器
再来看看微信的榜单,让人是羡慕、不可思议而又怀疑。

那么手机究竟是怎么进行计步的呢?原理又是什么?

这是因为手机内部有陀螺仪、加速度传感器以及一系列相应配套电路。时刻可以监测我们的运动情况,根据各个传感器数据,通过软件的分析与计算进而可以得到运动的步数。

陀螺仪:
说起陀螺是不是可以想到了小时候经常玩的陀螺,放学了就拿着鞭子打陀螺。

而这里是陀螺仪,不是我们打的陀螺。陀螺仪可以时刻检测我们手机所处的角度,通过角度可以检测到人体的重心是否发生偏移。

当人体进行走路的时候,无论你是手机拿在手上还是装在自己的口袋里或者包里面。它都会随着人体重心的移动而出现角度的偏移,这个时候陀螺仪就可以检测到有偏移,进而判断人体正在进行走路,进而开始计步。

手机中陀螺仪芯片
加速度传感器:
这个东西听上去挺高大上,其实原理也是很简单的。它的作用就是检测人体行走的加速度变化,通过分析加速度变化来检测人体是否正在进行走路。当骑车时,加速度的变化会比较的均匀,加速度总体来说比较的稳定,或者就是可以看作匀加速运动,而走路过程加速度是是比较稳定的非匀速加速度。

这就可以分辨出人是正在骑车还是正在走路,现在的计步还是相当的精准的。
那么问题来了,一个人一天走了一万步,相当于多少米呢?

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