博碩士論文 93532004 詳細資訊


姓名 施建仲(Chien-Chung Shih)  查詢紙本館藏   畢業系所 資訊工程學系在職專班
論文名稱 使用線性加速感測晶片的計步器
(The Implementation of a G-Sensdor-based Pedometer)
檔案 [Endnote RIS 格式]    [Bibtex 格式]    [檢視]  [下載]
  1. 本電子論文使用權限為同意立即開放。
  2. 已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
  3. 請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。

摘要(中) 隨著固態微機電(MEMS)製程的發展與普及,許多原本尺寸大的零件,都隨著MEMS製程的演進而越來越精細,尺寸越來越小,並且製作成本也隨著技術與時間的進展,隨之不斷的降低,到足以大量生產零件,並且以可接受的價格提供給市場,提供商業化的元件。
而線性加速度計又稱重力感測器(G-sensor),主要是提供加速度變化的資訊,有二維與三維方向的產品,也在 MEMS 製程的大幅進展的趨勢裡面,成了消費性電子的零件之一。
但是這也面臨了些問題:這些對消費性電子是新進成員的元件,到底能做什麼呢? G-Sensor 到底能做什麼樣的應用呢? 有什麼樣的應用是G-Sensor 所擅長的呢? 怎樣的商業應用才可以有足夠的經濟規模讓 G-Sensor 的研發與生產可以持續下去呢?
有的應用是在遊戲上面,利用加速度的變化來控制遊戲的進行;有的應用在使用者操作介面,藉由敲動機器來換頁或是驅動某些程式;或是墜落偵測,讓筆記型電腦裡的硬碟能夠及時歸位並保護;或是應用在計步器上。
計步器是一種記錄步數的小型儀器。作用原理是靠步行過程中產生的軀幹上下震動,改變了計步器的水平位置,並傳導到計步器內部上下擺振裝置,進而啟動計數器的計數功能。於是,把移動過程轉換為步數並累計,最終結果就呈現在計步器的螢幕上。
在計步器上應用,坊間並沒有比較完整與徹底的探討,因此本論文使用 G-Sensor 來實作計步器的功能,並探討在實作過程中,G-Sensor 與機械式計步器之間的差異性,探討怎樣的方式才可以讓 G-Sensor應用在計步器上是較機械式計步器來得精準,甚至可以提供更多的資訊來給使用者參考,更精準、更多的選項可以來讓計步器是針對不同人的特性,來調適最好的參數做計算與計步,而不是粗略的估計。
摘要(英) As the development of the MEMS technology comes to more normalization, many components become much tiny. And the manufacturing cost is becoming lower. Those products using MEMS become commercialized, and provide accepted prices to market.
The Linear accelerometer is also called G-Sensor. It supplies the information of accelerating change when some motion happens. The current G-Sensor products in the market are not only support 2-dimension but also support 3-dimension information. The G-Sensor becomes the one of consumer components in this trend of MEMS technology development.
But, this trend also causes discussion for those new members of consumer electronic market. What can they do? What kind of applications can be implemented? How can they cause a large scale of economy to sustain their development and production? Those same discussions also happen on the G-Sensor’s future.
The applications using G-Sensor components are working in the current market. For examples, to be a way to control the game working, to control user interface, to drive some application programs or change slides by knocking the side of a device, to detect the falling event and let HD inside the notebook has enough time to shutdown. And, G-Sensor can be implemented inside a pedometer.
Pedometer is a kind of instrument to calculate and record the number of steps which user walks. It uses the rock of body to change the position of pedometer continually when user is walking. The information of sway would be passed to the processor inside the pedometer. The processor receives the continued information and calculates the steps to be accumulated. Then, show the number on the screen of pedometer.
This paper will discuss how to implement a pedometer using G-Sensor’s function. And, discuss those differences between mechanical pedometer and G-Sensor pedometer. This paper will discuss and examine the algorithms to refine the value to close to the actual steps which user walks. Even more, the device could provide more parameters and information to user for reference. Normalize the device for different users, different bodies and different motions to get the exact number of steps, not a rough one.
關鍵字(中) ★ 計步器
★ 線性加速感測
關鍵字(英) ★ accelerator
★ g-sensor
★ pedometer
論文目次 中文摘要 i
ABSTRACT iii
誌謝 v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xi
一、序論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻探討 2
1-2-1 應用於導航 2
1-2-2 應用於人體動作辨識 2
1-3 計步器 5
1-3-1 機械式計步器 5
1-3-2 3D計步器 6
1-4 論文架構 8
二、相關技術介紹 9
2-1 微機電系統(MEMS) 9
2-1-1 微機電(MEMS)製程 9
2-1-2 微機電(MEMS) 應用領域 10
2-2 線性加速器 11
2-2-1 運作原理 11
2-2-2 牛頓第二運動定律 13
2-3 結合GPS/重力感測器/陀螺儀,輔助導航裝置之不足 14
2-3-1 慣性導航系統 14
2-3-2 累積誤差 15
2-4 其他應用 16
三、 演算法介紹 18
3-1 檢測步數 18
3-2 找尋曲線的局部最高/低點 19
3-2-1 演算法 19
3-2-2 問題發生:並沒有所有的轉折點都找到 20
3-2-3 問題發生:連續找到兩個轉折點 21
3-2-4 問題發生:轉折點的有效性 22
3-2-5 問題發生:閥值的設定 24
3-3 初始值的賦予 26
3-3-1 第一點當初始值 26
3-3-2 固定數量的資料作平均值當初始值 27
3-3-3 固定時間間隔的資料作平均值當初始值 28
3-4 閥值的計算 30
3-4-1 固定閥值 30
3-4-2 動態閥值 32
四、實驗結果與討論 35
4-1 實驗的軟體與環境 35
4-1-1 硬體環境 35
4-1-2 軟體環境 36
4-1-3 軟體架構圖 37
4-1-4 實驗軟體限制 37
4-1-5 G值計算 38
4-1-6 實驗對象 38
4-2 實驗的數據與比較 39
4-2-1 初始值的賦予 – 時間區間的長短 40
4-2-2 初始值的計算 – 校正閥值的設定 42
4-2-3 閥值的計算 – 固定閥值(上閥值) 44
4-2-4 閥值的計算 – 固定閥值(下閥值) 46
4-2-5 閥值的計算 – 動態閥值(上閥值) 48
4-2-6 閥值的計算 – 動態閥值(下閥值) 50
4-2-7 閥值的計算 – 平均值的個數(動態閥值) 52
4-3 與其他計步器的比較 54
4-3-1 步行的比較 54
4-3-1 跑步的比較 55
五、結論與展望 56
5-1 結論 56
5-2 展望 56
參考文獻 59
參考文獻 [1]趙益生,「基於二維微機電慣性元件定位系統之初步研究」,國立成功大學,碩士論文,2004年6月。
[2]黃良吉,「GPS 與感測器整合於三維地面車輛定位之應用」,國立台灣科技大學,碩士論文,2006年6月28日。
[3]黃俊凱,「微機電感測器於地面車輛定位系統之應用」,國立台灣科技大學,碩士論文,2005年7月9日。
[4] 鄭穎懋,「基於三維加速度資訊實現應用於手機環境上之情緒手勢輸入法」,大同大學,碩士論文,2009年7月。
[5] A. W. Jamie, P. Lukowicz, G. Troster, and T. E. Starner, “Activity Recognition of Assembly Tasks Using Body-Worn Microphones and Accelerometers,” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 28, No.10, pp. 1553-1567, 2006.
[6] M. J. Mathie, J. Basilakis, and B. G. Celler, “A system for monitoring posture and physical activity using accelerometers,” IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 4, pp. 3654-3657, 2001.
[7] D. Karantonis, M. Narayanan, M. Mathie, N. Lovell, and B. Celler, “Implementation of a real-time human move-ment classifier using a triaxial accelerometer for ambula-tory monitoring,” IEEE Transactions on Information Tech-nology in Biomedicine, Vol. 10, pp. 156-167, 2006.
[8] M. J. Mathie, N. H. Lovell, A. C. F. Coster, and B. G. Celler, “Determining activity using a triaxial accelerometer,” Proc. 2nd Joint EMBS-BMES Conf, Vol. 3, pp. 2481-2482, 2002.
[9] P. H. Veltink, E. G. O. Engberink, B. J. Van Hilten, R. Dunnewold, and C. Jacobi, "Detection of static and dynamic activities using uniaxial accelerometers," IEEE Trans Rehab Eng, Vol. 4, pp. 375-385, 1995.
[10] J. Ben-Arie, Z. Wang, P. Pandit, and S. Rajaram, “Human activity recognition using multidimensional indexing,” IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 24 , No. 8, pp. 1091–1104, 2002.
[11] J. Mantyjarvi, J. Himberg, and T. Seppanen, “Recognizing human motion with multiple acceleration sensors,” Proceedings of IEEE Int. Conf. Systems, Man, and Cybernetics, Vol. 2, pp. 747-752, 2001.
[12] A.th.M. Willemsen, C. Frigo, and H.B.K. Boom, "Lower Extremity Angle Measurement with Accelerome ters, Error and Sensitivity Analysis," IEEE Trans. on Biomedical Engineering, Vol. 38, No. 12, pp. 1186-1193, 1991.
[13] 謝進順,「可攜式長時間顫抖記錄與分析系統」,國立成功大學,碩士論文,2004年6月
[14] J. Chen, K. Kwong, D. Chang, J. Luk, and R. Bajcsy, “Wearable Sensors for Reliable Fall Detection”, Proceedings of the 2005 IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference Shanghai, China, September 1-4, 2005.
[15]網路資料on line resources:三兄弟生活家電城:OMRON 歐姆龍計步器 HJ-113。2009年11月26日,取自http://sh2.obuy.tw/yh/item.asp?item_id=1235290。
[16]網路資料on line resources:大集體:歐姆龍电子計步器HJ-302原理。2009年11月26日,取自http://www.dajiti.com/my/p/187322。
[17]網路資料on line resources:个字:計步器原理。2008年6月11日,取自http://ks.cn.yahoo.com/question/1590 003750369.html 。
[18]網路資料on line resources:acermouse:動作感應器(計步器)工作原理。2007年2月27日,取自http://zhid ao.baidu.com/question/20946226.html。
[19]網路資料on line resources:林博文、張譽懷、王逸龍、林裕城:生活中的小助手—微感測器。科學發展,424期,2008年4月。取自http://web1.nsc.gov.tw/public/Data/849142239 29.pdf。
[20]網路資料on line resources:DRETEC CO.LTD:DRETEC 3D感應步數器H-225BL。2009年11月26日,取自http://www.dretec.co.jp/products/pedometer/H-225.html。
[21]網路資料on line resources:電子工程專輯:什麼是MEMS?。2009年11月26日,取自http://www.eettai wan.com/SEARCH/ART/MEMS.HTM。
[22]網路資料on line resources:Roger H. Grace:專家觀點:回顧漫長的MEMS商用化之路…。2008年10月29日,取自http://www.eettaiwan.com/ART_8800550087_480102_NT_ddbf57f1.HTM。
[23]網路資料on line resources:賴盈霖: GPS技術再升級,重力感測器實現航位推算。新通訊,2007 年 9 月號 79 期,取自http://www.2cm.com.tw/technologyshow_content.asp?sn=0708220012。
[24]網路資料on line resources:George Leopold:成本下降,MEMS大舉進攻日常生活。2008年11月17日,取自http://www.eettaiwan.com/login.do?fromWhere=/ART_8800552736_48 0502_NT _990054b9.HTM。
[25]網路資料on line resources:R. Colin Johnson:利用MEMS技術,可與手機整合的超小投影機問世。2008年10月15日,取自http://www.eettaiwan.com/ART_8800497622_48 0702_NT_860e7db9. HTM。
[26]網路資料on line resources:Fabio Pasolini:將MEMS感測器用於創新的消費性產品設計。2008年02月28日,取自http://www.eettaiwan.com/ART_8800507008_480502_TA_f14a1a16.HTM。
[27]網路資料on line resources:龐晶、牟為華:基于ADXL202的計步器。2004年第02期,取自http://www.cqvip.com/onlineread/onlineread.asp?ID=9063159&SUID=EGBNBFDHD NCBCOPIBOLGEMCBCDOIPNFP。
[28] Bosch,Bosch Sensortec Pioneering Spirit Meets the Power of Innovation,2008年2月。
[29] Bosch,SMB380 Triaxial acceleration sensor Data Sheet,v1.4,2008年1月9日。
[30]網路資料on line resources:羅吉娜:瞄準主流應用,製造商持續創新MEMS感測技術。2008年06月02日,取自http://www.eettaiwan.com/ART_8800526980_480502_NP_2eee45c0.HTM。
[31]網路資料on line resources:Microvision corp.:Pico Projector Displays: Embedded,2009年11月26日,取自http://www.microvision.com/pico_projector_displays/embedded.html。
[32]網路資料on line resources:AndroLib.com:SCREENSHOT OF HI-HIKER PRO,2009年12月27日,取自http://www.androlib.com/android.screenshot.app.xt-pij.aspx。
指導教授 蘇木春(Mu-Chun Su) 審核日期 2010-1-2
推文 facebook   plurk   twitter   funp   google   live   udn   HD   myshare   reddit   netvibes   friend   youpush   delicious   baidu   

若有論文相關問題,請聯絡國立中央大學圖書館推廣服務組 TEL:(03)422-7151轉57407,或E-mail聯絡