为什么手机能计算出我们行走的步数加速度传感器起到了什么样的作用

随着科技的高速发展，智能手机的功能也越来越强大，很多手机中都有计算步数的功能，为什么手机能计算出我们行走的步数呢？

▲手机计算行走步数

计步器最早是由意大利的伦纳德·达芬奇想出来的，由于当时技术水平有限，直到150年后的1667年，计步器才真正的做出来，早期计步机比较简陋，还是机械式的。

▲早期机械式计步器

机械式计步器的原理很简单，就跟摆锤一样。人在走路的时候，计步器里的摆锤会随着摆动，人走一步摆锤就动一下，金属摆锤摆动一下会和金属电极接触通电，这样就记录了一个步数。

现在主流的计步软件（以微信运动为例），是通过手机内置的陀螺仪、重力感应器和加速器度传感器等组合完成的，根据这些设备的震动频率来储存数据，从而计算出每天走路的步数。

其中陀螺仪可以测量出手机的角度，从而检测到人体的重心偏移。当人在行走时，手机会随着运动出现角度偏移。陀螺仪检测到持续且有规律的角度偏移时，手机就会开始判断用户正在走路。

▲手机内置的陀螺仪

陀螺仪还可以判断用户是在走路还是在骑自行车。由于骑车过程相对走路时，人体姿态更加平稳，重心偏移量很小，陀螺仪收集到的角度变化也很小。

▲手机内置的陀螺仪结构

当我们携带手机走路时，每一步都经历了过山车般的加速度变化。抬腿迈出第一步的时候，加速度是最大的。我们把它放到一个坐标轴上，加速度的变化看起来就像一个cos波形。两个波峰之间，可以被认为是走了一步。

如果连续出现几个波峰，就可以基本确定用户是在走路的状态。传感器设备就把这些前面的波动以及后面的波动算成步数，记录到手机里。

在实际场景中，算法还要去掉一些“干扰项”。比如我们走路时，手机放兜里会上下抖动，产生不同方向的加速度。这时算法就要判断并过滤掉无用的干扰项，只留下最主要的运动特征。

手机里的压电陶瓷也会根据力的大小产生不同的形变，从而产生不同的电压变化，通过作用在上面的力测量出加速度，计算用户在走路时的频率大小。

其实就是手机硬件的重力感应，比如我们看电影转动手机时，屏幕会自动跟着转，就是它感应到向下重力作出的反应。

更加精确的计步软件还会辅助利用GPS来定位用户的运动路线，然后计算出平均时速。

上述的这些工作是由采集器（加速度传感器等）和处理器（Sensor Hub，协处理器）共同完成的。

其实计步功能只是加速度传感器的一部分应用。在车辆安全、桥梁健康等方面，加速度传感器也有着非常重要的作用。

当汽车在高速行驶时速度突然降下来，安全气囊就会弹出来。这里有一个加速度传感器测量车辆在前进方向的负加速度，从而判断是否应该将安全气囊弹出。