ANJ-0003: ADXL345 を用いた歩数計

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ゆめじうるしはた
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1 アプリケーションノート ADXL345 を用いた歩数計 by Tomoaki Tsuzuki コンセプト本アプリケーションノートに記載する歩数計のアルゴリズムは加速度センサーの設置向きによらず歩数をカウントできるアルゴリズムです図 1 にアルゴリズムの概要を示しますこのアルゴリズムは正と負の極性のパルスを検出して歩数をカウントしますアルゴリズムは 3 軸分の加速度信号の RSS 値を計算し 32 データ分の移動平均を計算します (ADXL345 の FIFO 機能を使用する事で移動平均の計算は簡略化されます )RSS 値から移動平均の値を引いた値 ( この値を本アルゴリズムでは SIGNAL と呼びます ) をパルスの検出に使用します SIGNAL が予め設定した閾値を超えた時点でタイマーの動作が開始しますタイマーで SIGNAL が閾値を下回るまでの時間を測定しパルスの幅が設定した閾値の範囲に収まっているかを確認しますパルスを検出した後にアルゴリズムは反対極性のパルスを探します一定時間内に反対極性のパルスが検出されればステップとして認識しますステップを認識した後は LATENCY と呼ぶ時間分だけデッドタイムを設けますこれは振動等によるノイズを排除する事が目的です最初の数ステップの検出ではアルゴリズムは歩行とは認識しません STEP_COUNTER で設定したステップ数に一定時間内に達した時点でステップを歩行とみなします一定時間内にステップが STEP_COUNTER の値に達しなかった場合はそれまでのステップは破棄されもう一度最初のステップを探しますまたアルゴリズムはステップとステップの間の時間間隔を測定しますステップとステップの間隔が長すぎたり短すぎたりした場合には振動等によるミスカウントと判断しそれまでのステップを破棄します Acceleration Amplitude THP PA PW Latency WINDOW Acceleration Signal (RSS minus Moving Average) Time THN PW PA Walk_DUR 図 1. 歩数計アルゴリズム Rev. 0 本社 / 東京都港区海岸ニューピア竹芝サウスタワービル電話 03(5402)8200 大阪営業所 / 大阪府大阪市淀川区宮原新大阪 MT ビル 2 号電話 06(6350)6868

2 実装本アルゴリズムは ADXL345 を表 1 のように設定しています ADXL345 の Auto-sleep 機能は歩数計に最適です動きが無い時は加速度センサーが自動的に低消費電力状態に移行するのでシステム全体の不可が軽減されます Application Note 表 2 の設定は Auto-sleep 機能を使用するための閾値の設定です詳細は ADXL345 のデータシートを参照してください ADXL345 Setting Register Name Address Data Meaning BW/RATE 0x2C 0x0A 100Hz Data Rate DATA_FORMAT 0x31 0x08 +/-16g, 13bit, Right justified data POWER_CTL 0x2D 0x38 Sensor in measurement mode, Link and Auto-sleep enabled INT_ENABLE 0x2E 0x1A WM INT, Activity INT, Inactivity INT enabled FIFO_CTL 0x38 5F FIFO in FIFO mode, 32 samples 表 1.ADXL345の設定 ADXL345 Setting Register Name Address Data Meaning THRESH_ACT 0x24 0x08 500mg THRESH_INACT 0x25 0x08 500mg TIME_INACT 0x26 0x02 2ms ACT_INACT_CTL 0x27 0xFF Use 3-axis, AC-coupled 表 2. 閾値の設定 Rev. 0 Page 2 of 10

3 Application Note TABLE OF CONTENTS コンセプト... 1 実装... 2 ANJ-0003 歩数計アルゴリズム...5 Rev. 0 Page 3 of 10

4 図 2 にソフト処理全体の流れを示します割り込み信号の発生を受けてプロセッサーは INT_SORUCE レジスタを読みますもし ACTIVITY 割り込みだった場合には FIFO の内容をクリアして次の割り込みを待ちますもし Application Note INACTIVITY 割り込みだった場合はプロセッサーは何もせずに次の割り込みを待ちますもし WM 割り込みだった場合にはプロセッサーは歩数計のアルゴリズムを走らせます START READ register 0x30 (INT_SOURCE) Assumes WM INT Activity INT or Inactivity INT Y N Read 32 data from FIFO N Activity INT Y Clear FIFO MA = Average of 32 data RUN Pedometer Algorithm Initialize Pedometer Algorithm Variables 32Times END 図 2. ソフト処理全体のフローチャート Rev. 0 Page 4 of 10

5 Application Note ANJ-0003 歩数計アルゴリズム表 3 はアルゴリズムに使用する変数を示します表 4 はアルゴリズムに使用する定数を示します図 3 図 4 図 5 図 6 図 7 図 8 に歩数計のアルゴリズムを示します Variable Name Function Initial State Walk_Flag 1 when at walking state, 0 when at not walking 0 T_Walk_Flag 1 when at temporary walking state, 0 when at not temporary walking 0 RSS RSS of three axis (unit is LSB) 0 MA Average of 32 samples in FIFO 0 Signal RSS minus MA 0 PA Pulse area 0 PW Pulse width 0 WINDOW Shows how long time is passed after first pulse is detected 0 PPTEMP 1 when positive pulse detected and looking for negative pulse 0 NPTEMP 1 when negative pulse detected and looking for positive pulse 0 Pulse_Flag Latency 0=looking for pulse, 1=positive pulse detected and looking for negative pulse, 2=negative pulse detected and looking for positive pulse, 4=in latency state 0 Time in which step count algorithm is not taken place after latest step is detected 0 WALK_DUR Shows how long time is passed after latest step is detected 0 TEMP_STEP Temporary step count. Cleared if WALK_DUR is above WALK_DUR_TH 0 STEP Step counted 0 表 3. 変数 Constants Function Initial Setting Signal_TH When signal is above this level, clear everything 2000 THP Threshold for positive pulse 20 THN Threshold for negative pulse -20 PAMAX Maximum pulse area 6000 PAMIN Minimum pulse area 50 PWMAX Maximum pulse width 80 PWMIN Minimum pulse width 2 WINDOW_TH Defines how long to look for second pulse after first pules is detected 90 Time_Latency Define how long Latency is 15 WALK_DUR_TH Defines how long to look for another step after latest step is detected 100 TEMP_STEP_TH Defines how many TEMP_STEP needed to recognize it as Walking 10 表 4. 定数 Rev. 0 Page 5 of 10

6 Application Note START RSS = RSS of 3axis WINDOW >= WINDOW_TH or Signal >= Signal_TH SIGNAL = RSS - MA TEMP_STEP >= TEMPSTEP TH WINDOW = 0 PULSE_FLAG = 0 PA = 0 PW = 0 T_Walk_Flag = 0 Walk_Flag = 1 STEP= STEP + TEMP_STEP TEMP_STEP = 0 T_Walk_Flag = 1 or Walk_Flag = 1 PPTEMP=1 or NPTEMP=1 WINDOW = WINDOW +1 WALK_DUR = WALK_DUR +1 WALK_DUR >= WALK_DUR_TH Walk_Flag = 0 T_Walk_Flag = 0 WALK_DUR = 0 TEMP_STEP = 0 flag Check Function 図 3. 歩数計アルゴリズム Flag Check Function START Check Pulse_Flag Pulse_Flag = 1 Pulse_Flag = 2 Pulse_Flag = 3 PFlag0 Function PFlag1 Function PFlag2 Function PFlag3 Function 図 4. 歩数計アルゴリズム Flag Check 関数 Rev. 0 Page 6 of 10

7 Application Note ANJ-0003 PFlag0 Function Start Signal >= THP Signal <=THN PA = Abs(Singla) PW = 1 Pulse_Flag = 1 PA = Singla PW = 1 Pulse_Flag = 1 PPTEMP = 1 NPTEMP = 1 PA = 0 PW = 0 WINDOE = 0 PA = 0 PW = 0 WINDOE = 0 図 5.PFlag0 関数 PFlag1 Function Start Signal > THN PAMIN <= PA <=PAMAX and PWMIN<= PW <= PWMAX PA = PA + abs(sigmal) PW = PW + 1 NPTEMP = 1 Wwlk_Flag = 1 STEP = STEP +1 TEMP_STEP = TEMP_STEP + 1 T_Walk_Flag = 1 Pulse_Flag = 3 PA = 0 PW = 0 WINDOW = 0 WINDOW_DUR = 0 図 6. PFlag1 関数 Rev. 0 Page 7 of 10

8 Application Note PFlag2 Function Start Signal < THP PAMIN <= PA <=PAMAX and PWMIN<= PW <= PWMAX PA = PA + Sigmal PW = PW + 1 PPTEMP = 1 Wwlk_Flag = 1 STEP = STEP +1 TEMP_STEP = TEMP_STEP + 1 T_Walk_Flag = 1 Pulse_Flag = 3 PA = 0 PW = 0 WINDOW = 0 WINDOW_DUR = 0 図 7. PFlag2 関数 PFlag3 Function Start Latency = Latency + 1 Latency >= Time_Latency Latency = 0 図 8. PFlag3 関数 Rev. 0 Page 8 of 10

9 Application Note ANJ-0003 NOTES Rev. 0 Page 9 of 10

AN-1077: ADXL345 Quick Start Guide

AN-1077: ADXL345 Quick Start Guide 09119-002 TOP 09119-001 ADXL345 Quick Start Guide by Tomoaki Tsuzuki APPLICATION NOTE PHYSICAL MOUNTING ADXL345 は 3 軸の加速度センサーです検出軸方向を Figure1 に示します ADXL345 は検出軸の正方向に加速されると正極性の出力になります重力は検出軸方向の逆方向の極性が出力されるので注意が必要です