【瘋狂機械控第467期】随着科技的高速發展，智能手機的功能也越來越強大，很多手機中都有計算步數的功能，為什麼手機能計算出我們行走的步數呢？

▲手機計算行走步數

計步器最早是由意大利的倫納德·達芬奇想出來的，由于當時技術水平有限，直到150年後的1667年，計步器才真正的做出來，早期計步機比較簡陋，還是機械式的。

▲早期機械式計步器

機械式計步器的原理很簡單，就跟擺錘一樣。人在走路的時候，計步器裡的擺錘會随着擺動，人走一步擺錘就動一下，金屬擺錘擺動一下會和金屬電極接觸通電，這樣就記錄了一個步數。

現在主流的計步軟件（以微信運動為例），是通過手機内置的陀螺儀、重力感應器和加速器度傳感器等組合完成的，根據這些設備的震動頻率來儲存數據，從而計算出每天走路的步數。

其中陀螺儀可以測量出手機的角度，從而檢測到人體的重心偏移。當人在行走時，手機會随着運動出現角度偏移。陀螺儀檢測到持續且有規律的角度偏移時，手機就會開始判斷用戶正在走路。

▲手機内置的陀螺儀

陀螺儀還可以判斷用戶是在走路還是在騎自行車。由于騎車過程相對走路時，人體姿态更加平穩，重心偏移量很小，陀螺儀收集到的角度變化也很小。

▲手機内置的陀螺儀結構

當我們攜帶手機走路時，每一步都經曆了過山車般的加速度變化。擡腿邁出第一步的時候，加速度是最大的。我們把它放到一個坐标軸上，加速度的變化看起來就像一個cos波形。兩個波峰之間，可以被認為是走了一步。

如果連續出現幾個波峰，就可以基本确定用戶是在走路的狀态。傳感器設備就把這些前面的波動以及後面的波動算成步數，記錄到手機裡。

在實際場景中，算法還要去掉一些“幹擾項”。比如我們走路時，手機放兜裡會上下抖動，産生不同方向的加速度。這時算法就要判斷并過濾掉無用的幹擾項，隻留下最主要的運動特征。

手機裡的壓電陶瓷也會根據力的大小産生不同的形變，從而産生不同的電壓變化，通過作用在上面的力測量出加速度，計算用戶在走路時的頻率大小。

其實就是手機硬件的重力感應，比如我們看電影轉動手機時，屏幕會自動跟着轉，就是它感應到向下重力作出的反應。

更加精确的計步軟件還會輔助利用GPS來定位用戶的運動路線，然後計算出平均時速。

上述的這些工作是由采集器（加速度傳感器等）和處理器（Sensor Hub，協處理器）共同完成的。

其實計步功能隻是加速度傳感器的一部分應用。在車輛安全、橋梁健康等方面，加速度傳感器也有着非常重要的作用。

當汽車在高速行駛時速度突然降下來，安全氣囊就會彈出來。這裡有一個加速度傳感器測量車輛在前進方向的負加速度，從而判斷是否應該将安全氣囊彈出。

如今，越來越多的互聯網公司希望用戶使用這個功能，因為通過我們的步行數據，可以分析用戶的出門時間，活動地點和區域，從而得知用戶的社交圈子和消費習慣，這成為互聯網公司制定營銷方案的輔助資料。

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