Как умные часы и браслеты считают шаги?

Фитнес-браслеты и умные часы стали неотъемлемой частью жизни людей, следящих за своим здоровьем и физической активностью. Одной из важнейших функций этих устройств является подсчёт шагов. В этой статье мы подробно разберём, какие элементы отвечают за измерение количества шагов, как данные регистрируются, передаются и обрабатываются, а также каким образом они выводятся на дисплей и в мобильное приложение.

Принцип работы шагомера в фитнес-браслете и смарт-часах

Основные сенсоры: акселерометр и гироскоп

В большинстве современных фитнес-браслетов и умных часах за отслеживание движения отвечают микроэлектромеханические системы (МЭМС*), а именно трёхосевые акселерометры. Акселерометр – это прибор, фиксирующий ускорение объекта, к которому он прикреплён. Трёхосевой акселерометр измеряет ускорение по трём осям координат (X, Y, Z), что позволяет анализировать движение в пространстве.

Некоторые модели дополнительно оснащены гироскопами, которые фиксируют угловую скорость и помогают отслеживать ориентацию устройства в пространстве. В сочетании эти два сенсора обеспечивают более точный подсчёт шагов и могут различать разные типы активности (ходьба, бег, жестикуляция руками).

*МЭМС (микроэлектромеханические системы) – это миниатюрные устройства, объединяющие механические и электронные компоненты на одном чипе. Они включают в себя крошечные подвижные структуры, такие как балки и мембраны, которые реагируют на внешние воздействия (например, ускорение или вращение). Именно на основе МЭМС-технологий создаются современные акселерометры и гироскопы, обеспечивая их компактность, низкое энергопотребление и высокую точность работы.

Как микросхемы носимых устройств обрабатывают шаги

Структура и функции основных элементов

Подсчёт шагов проходит через несколько ключевых этапов:

1. Регистрация движения – акселерометр фиксирует изменение ускорения, а гироскоп помогает отличить движения руки от реального перемещения тела.
2. Передача данных в микропроцессор – полученные сенсорами сигналы отправляются в центральный микропроцессор устройства.
3. Алгоритмическая обработка данных – процессор анализирует входящие сигналы и определяет, какие из них соответствуют шагам.
4. Фильтрация ложных движений – для устранения случайных движений руки (например, при еде или вождении) используются специальные алгоритмы.
5. Отображение данных – после анализа и подсчёта шаги выводятся на дисплей устройства и передаются в мобильное приложение.

Работа акселерометра: регистрация шагов

Акселерометр работает по следующему принципу:

• Внутри него расположены миниатюрные массы, чувствительные к изменению ускорения.
• Когда человек двигает рукой во время ходьбы, эти массы смещаются, изменяя ёмкость или сопротивление в микросхеме.
• Эти изменения преобразуются в цифровые сигналы, передаваемые в микропроцессор для обработки.

Алгоритмы обработки данных

Процессор анализирует сигналы акселерометра и гироскопа, применяя сложные алгоритмы машинного обучения для:

• Определения паттернов шагов (например, ритмичных движений рук при ходьбе).
• Исключения ложных срабатываний (жестикуляции, поднятия руки, встряхивания).
• Расчёта расстояния на основе длины шага (которая может калиброваться пользователем в приложении).

Передача данных в мобильное приложение

После обработки данные о шагах передаются в приложение на смартфоне через Bluetooth. Процесс включает:

1. Формирование пакетов данных – устройство подготавливает информацию для отправки.
2. Отправку по Bluetooth – данные передаются в зашифрованном виде.
3. Обработку в приложении – ПО смартфона визуализирует информацию и может анализировать тренды активности пользователя.

Сравнение акселерометра и гироскопа

Сегодня всё чаще в мобильных устройствах и гаджета, в том числе умных часах и браслетах применяют комбинированные чипы, которые совмещают в себе функции акселерометра и гироскопа. 

Почему смарт-часы и фитнес браслеты не считают шаги?

Фитнес-браслеты и умные часы могут иногда не считать шаги или делать это с ошибками по нескольким основным причинам:

1. Недостаточная амплитуда движения руки

Если рука двигается слишком плавно или недостаточно активно, акселерометр может не зафиксировать колебания, похожие на шаги. Например, если вы идёте с рукой в кармане или несёте что-то в одной руке, устройство может пропустить шаги.

2. Программные ошибки и задержки

В некоторых моделях шаги фиксируются с задержкой, и результат может обновляться только после нескольких движений. Также могут быть ошибки в алгоритмах обработки данных, из-за которых система некорректно интерпретирует сигналы акселерометра.

3. Использование рук для других действий

Движения, не связанные с ходьбой (например, печатание на клавиатуре, готовка или жестикуляция), могут ошибочно засчитываться как шаги или, наоборот, приводить к их пропуску.

4. Отсутствие гироскопа в некоторых моделях

Гироскоп помогает отличать шаги от других движений руки. Если устройство оснащено только акселерометром, возможны ошибки в подсчёте.

5. Разряженная батарея или отключенные датчики

При низком заряде аккумулятора в некоторых браслетах отключаются дополнительные функции, включая шагомер. Также в настройках может быть отключён подсчёт шагов, либо устройство не синхронизируется с приложением, а вы пытаетесь посмотреть данные на смартфоне.

6. Нахождение в транспорте

Движение в автобусе, автомобиле или поезде может вызывать ложные срабатывания или, наоборот, сбивать алгоритмы подсчёта шагов.

7. Нестандартная походка

Люди, передвигающиеся с тростью, на костылях или имеющие особенности походки, могут столкнуться с некорректным подсчётом шагов, так как алгоритмы заточены под среднестатистические движения.

Если ваш фитнес-браслет или часы не считают шаги, стоит проверить настройки, уровень заряда, а также понаблюдать за тем, как именно вы двигаетесь с гаджетом на руке.

Вывод

Фитнес-браслеты и умные часы используют сложные технологии для точного подсчёта шагов. Акселерометр фиксирует ускорение, а гироскоп помогает отделить реальные шаги от случайных движений руки. Данные передаются в микропроцессор, обрабатываются по алгоритмам машинного обучения и отправляются в мобильное приложение. Это обеспечивает высокую точность измерений и удобство для пользователей, следящих за своей активностью. Иногда устройства не считают шаги или делают это с ошибками.

Ключевые моменты:

• Основной датчик – акселерометр, фиксирующий ускорение по трём осям.
• Гироскоп дополняет данные, фиксируя угловые изменения положения.
• Алгоритмы фильтруют лишние движения, чтобы избежать ошибок.
• Данные передаются на дисплей устройства и в приложение смартфона по Bluetooth.

Понимание работы этих технологий поможет вам лучше разобраться в возможностях вашего устройства и максимально эффективно использовать его функции.

А если вы ещё не купили носимое устройство, то советуем пройти опрос и мы подберём модель, которая подходит именно вам.

Автор статьи: Сухоруков Иван Юрьевич

Эксперт и основатель компании HEALTHBAND