手机五指半陀螺仪训练方法（手机是如何进行计步的）

疫情期间，专家都建议我们居家隔离，不要外出。网上就出现了一个比较流行的用于判断一个人是否外出溜达的方法，那就是看他手机上今天运动的步数。如果手机上显示这个人今天的运动步数很多，就说明他今天很可能外出溜达了，应该应当予以批评。

手机步数

那么问题来了，我们的手机是如何判断出我们是否正在走路？如何进行计步？这其中的原理是什么，带着这几个疑问，下面就来深入探讨它的原理。

介绍之前要先来了解一下陀螺仪的历史，为什么要说它？因为它在手机计步中地位至关重要。这里不要把陀螺仪理解为我们小时候玩的那种陀螺，它们两个并不是那么一回事，只不过是人们利用了陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope)

陀螺仪

1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）在研究地球自转过程中，发现转子高速转动过程，由于惯性的作用，转轴总是指向某一个固定的方向。于是莱昂·傅科用希腊字 gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪器，也就是陀螺仪的意思。虽然他不是陀螺仪的发明者，但是他是陀螺仪的命名者。

现代对于陀螺仪的定义：

陀螺仪（角速度传感器）是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。

手机步数检测原理

谈完了陀螺仪的历史，就要系统分析计步原理了。在2016年前后，手机计步普遍利用的是重力感应器。我们每走一步都会有振动产生，这个振动可以传到手机上。而这个手机已经内置了重力感应器，它内部已经事先设定好了一系列的算法，手机每有振动一次，重力感应器只要感应到，就会认为人向前或者向后走了一步，显示人体运动了一步。

网上热卖摇步

但是呢，这个方案没用多久就被开发者舍弃了。因为很多人利用这个BUG，不断的摇动自己的手机，进行步数作弊。为了解决这一问题，便出现了一个比较精确的计步方案，也是目前手机上普遍使用的方案。利用陀螺仪、加速度传感器、重力感应器三个配合工作，再加之软件精确算法的加持，它的计步还是非常的精准。

重力感应器

人体走路过程中，都会发生振动，这些振动可以传到手机表面。如果人是处于走路状态，这个振动是有一定的规律性，重力感应器可以识别到这个规律性的变化，进而向控制电路发出可能处于运动状态的信号。就像前文所述，单靠重力感应器是不靠谱的，因此系统并不会做出计步决定。

加速度传感器

如果单单看它的名字，会觉得它的工作应该非常复杂。其实并非如此，它的工作原理一样很简单。当我们正在走路时，无论你把手机是放在包包里、口袋里、还是拿在手上，手机都会有一个加速度变化，而且这个变化是有一定规律的。这一点就好比我们走路时，我们肯定走不成理想的匀加速，人体的加速度都是处于一定规律的变化之中。

而我们在日常骑车或者坐车过程中，手机的加速度差不多可以说处于一个稳定的状态，因此加速度传感器可以通过加速度的变化检测出人体处于走路还是骑车状态。如果处于骑车状态话，即使运动达到了下面两个感应器要求，也不会被计入步数。

如果加速度传感器识别到手机的加速度在处于持续而有规律的变化时，它会判定为人体可能正在处于走路状态。之所以要说可能一词，是因为仅仅靠加速度传感器还是不够的，还需要有陀螺仪的协助判定。

陀螺仪（角速度传感器）

当我们把手机放在口袋里或者拿在手上走路时，口袋里或者手上的手机的角度会随着人体的运动，或多或少的发生角度变化，一般来说这些角度的变化是有一定的规律。陀螺仪检测到这些有规律的角度变化，也会给控制电路一个信号，认为人体处于走路状态。

同时陀螺仪可以分辨出人体处于走路还是剧烈运动状态，因为人体处于不同运动状态时，它的角度变化大小是不同的。例如人在进行跑步时，它的角度变化幅度很大，而在走路时，它的幅度变化比较小。

手机主板上陀螺仪、加速度传感器

通过重力感应器、加速度传感器、陀螺仪以及一系列信号处理电路之间的配合工作，再加上事先制定好的算法程序，系统就会给出人体是否处于运动状态的结果。也就是说检测到了振动、并且加速度处于有规律的变化、陀螺仪检测到了角度的有规律变化之后，才会给予计上一定的步数。

这三个物件还能做什么

如果仅仅认为陀螺仪、加速度传感器、重力感应器仅仅是为了手机的计步使用，那就大错特错了，这仅仅是它们应用的一个方面。它们被广泛用于多种产品中，例如以下几个。

拍摄云台稳定器

平常我们在拍视频的过程中，会发现拍出来的画面会有比较大的抖动，严重影响后期的观看体验。而如果使用云台来拍摄视频话，就会发现拍出来的视频抖动几乎没了。

云台稳定器

云台稳定器内部就是由三轴陀螺仪和三轴加速度传感器滤掉绝大部分振动，这样可以维持摄像头相对于地的位置保持不变，即可以保障视频画面的稳定性，目前来说，三轴已经成了手持云台稳定器的标配。

汽车竞赛游戏

在我们打过的一些游戏中，像飞车之类的游戏，都是需要用到重力感应、陀螺仪和加速度传感器。也就是我们在游戏中，想要达到上下左右摆动手机，就可以控制车辆的转弯，就必须要用到它们。而它们要想实现这个功能，同样也需要陀螺仪、重力感应器、加速度传感器三者的配合，以及已经内置的算法加持。

重力感应

开门报警器

一些陀螺仪它已经集成了加速度传感器的功能，在门上安装陀螺仪。当启动这个报警装置后，当有人打开这个门时，会有一个角度的变化，同时也会带来加速度变化。通过内置的报警器或者GPRS模块发送短信，提示门已经被打开，过于存在危险。

陀螺仪的未来发展方向

光纤陀螺仪

光纤陀螺仪是以光导纤维线圈为基础的敏感元件，它由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播。光传播路径的变化，决定了敏感元件的角位移。与普通的机械陀螺仪相比较，它的寿命更加的长。

MEMS陀螺仪

这种陀螺仪会比光纤陀螺仪便宜很多，精度也会低一点，但它应用非常的广泛。例如航空、航天、航海、兵器、生物医学、环境监控等领域，MEMS陀螺相比传统的陀螺有明显的优势所在。

陀螺经纬仪

在未来隧道挖掘中，陀螺经纬仪是一个必备的物品，也是未来发展一个大方向。隧道坑内的中心线测量一般采用难以保证精度的长距离导线，并且立坑的短基准中心线出发必须有很高的测角精度和移站精度。而陀螺经纬仪就可以得到高精度的方位，效率非常的高。

笔者结语

重力感应器检测到振动、加速度传感器检测到有规律变化的加速度、陀螺仪检测到有规律角度变化，三者数据在各种信号处理电路结合下，就可以精确得出人体是否处于走路状态。并且现在一种更加精确防作弊的，也用到了GPS，利用手机是否发生距离移动来判定是否真的动了。

而在现实生活中，陀螺仪处处都在。手机上、云台稳定器上、一些报警器上都有它的身影。它的出现对人类影响重大，例如我们的飞机上。它能够为飞机的飞行提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，这不仅可以方便飞行员操纵飞机，也给飞行带来了更大的安全性。

它也能够让列车在单轨道上行驶而不发生脱轨，这就与日常简单的平衡车差不多，都是利用了陀螺仪以及各种加速度传感器。平衡车以及各种飞行驾驶游戏操作体验让我们生活更加惬意，它对我们的生活至关重要，产生了深刻的影响。笔者还是建议大家少在步数上作弊，好日子多出去运动，才是身体革命的本钱所在。

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