Болілий В.О., Лунгол О.М. та ін. [vasyl.bolilyj@gmail.com]
Центральноукраїнський ДПУ імені В. Винниченка, Донецький національний медичний університет, Україна
Download in PDF: http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/journals/2020-v3-25-2/2020_3-25-2_Bolilyi-Lunhol-Sukhovirska_FMO.pdf

ДОСЛІДЖЕННЯ АЛГОРИТМУ РОБОТИ КРОКОМІРА З ВИКОРИСТАННЯМ ІНЕРЦІЙНИХ ДАТЧИКІВ MEMS

Формулювання проблеми. В даній роботі розглядається поняття «мобільний спорт» – обчислення, які застосовуються для спортивної галузі. Їх основні завдання – це збір та аналіз даних, моделювання та симуляція процесів; робота з базами даних та експертними системами. Впровадження сучасних інформаційно-комунікаційних технологій в спортивну галузь – це об’єктивна потреба, що вимагає прояву мобільності, ініціативи і творчості. При розробці мобільного додатку для спортивної галузі необхідно врахувати різні технічні та медико-біологічні параметри. Інноваційний прогрес суспільства вимагає розробки та аналізу алгоритмів роботи сучасних крокомірів на основі мікроелектромеханічних систем, інерціальних датчиків і складного програмного забезпечення.
Матеріали і методи. У дослідженні використано 3-осьові акселерометри типу ADXLxxx (а саме Акселерометр ADXL345), які виготовляє фірма Analog Devices, цифровий фільтр. Лінійний регістр зсуву та динамічний поріг застосовано для визначення здійснення кроку. Для досягнення поставленої мети були використані такі методи дослідження: емпіричні (спостереження, порівняння), теоретичні (аналіз матеріалів, ідеалізація, уявний експеримент) та комп’ютерне моделювання.
Результати. Побудований алгоритм роботи крокоміра, визначено осі прискорення руху, дані з яких мають використовуватись для базових обчислень. Обґрунтовано, охарактеризовано та запропоновано формули для обчислення параметрів «крок», «відстань»; описано вибір осей прискорення, наведено приклад вимірювання прискорень руху людини, описано правила знаходження середніх значень з осей прискорення, проаналізовано параметр «відстань», лінійний регістр зсуву та динамічний поріг здійснення кроку, розглянуто будову лічильнику кроків.
Висновки. Результати проведеного дослідження показали ефективність розробленого спортивного мобільного додатку на платформі iOS мовою Swift з роботи крокоміра на базі 3-осьового акселерометру типу ADXL345, як дієвої моделі для поліпшення фітнес навичок користувачів, персоналізації навантаження та систематизації режиму тренувань і активної життєдіяльності.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: інерціальний датчик, акселерометр, крокомір, крок, рух.

INVESTIGATION OF THE PEDOMETER OPERATION ALGORITHM USING MEMS INERTIAL SENSORS
Vasyl Bolilyi
Volodymyr Vynnychenko Central Ukrainian State Pedagogical University, Ukraine
Olha Lunhol, Liudmyla Sukhovirska
Donetsk National Medical University, Ukraine

Formulation of the problem. This paper considers the concept of "mobile sport" – calculations that are used for the sports industry. Their main tasks are data collection and analysis, process modeling, and simulation; work with databases and expert systems. The introduction of modern information and communication technologies in the sports industry is an objective need that requires mobility, initiative, and creativity. When developing a mobile application for the sports industry, it is necessary to take into account various technical and medical-biological parameters. The innovative progress of society requires the development and analysis of algorithms for modern pedometers based on micro-electromechanical systems, inertial sensors sophisticated software.
Materials and methods. The study used 3-axis accelerometers type ADXLxxx (namely Accelerometer ADXL345), manufactured by Analog Devices, and a digital filter. The linear shift register and the dynamic threshold are used to determine the implementation of the step. The following research methods were used to achieve the goal of the article: empirical (observation, comparison), theoretical (analysis of materials, idealization, imaginary experiment), and computer modeling.
Results. The algorithm of pedometer operation is constructed, the axes of motion acceleration are determined, the data from which should be used for basic calculations. Formulas for calculating the parameters "step", "distance" is substantiated, characterized, and proposed; the choice of acceleration axes is described, an example of measuring human motion accelerations is given, the rules of finding average values from acceleration axes are described, the parameter "distance", linear shift register and dynamic step threshold are analyzed, the structure of step counter is considered.
Conclusions. The results of the study showed the effectiveness of the developed mobile application on the iOS platform in Swift language with the pedometer-based on a 3-axis accelerometer type ADXL345, as an effective model to improve user fitness skills, personalize workload and systematize training and active life.
Keywords: inertial sensor, accelerometer, pedometer, step, motion.

Список використаних джерел

1. Capela N.A, Lemaire E. D., Baddour N. Novel algorithm for a smartphone-based 6-minute walk test application: algorithm, application development, and evaluation. 2015.  URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4343050/ (Дата звернення 20.02. 2020).
2. Lehman  D. Low power pedometers using MSP430 MCU. 2014.  URL:http://www.ti.com/lit/an/slaa599/slaa599.pdf (Дата звернення 15.05.2020).
3. Naqvi N. Z. et al. Step Counting Using Smartphone-Based Accelerometer. International Journal on Computer Science and Engineering (IJCSE). Vol. 4 No. 05. 2012. Р. 675 – 681. URL: http://www.enggjournals.com/ijcse/doc/IJCSE12-04-05-266.pdf (Дата звернення 09.07.2020).
4. Pedometer. URL: https://www.ee.iitb.ac.in/uma/~wel/wel45/public_html/edl08a/edl08a_d09.pdf (Дата звернення 15.05.2020).
5. Pedometers. Woodford  Ch. URL: http://www.explainthatstuff.com/how-pedometers-work.html (Дата звернення 12.02.2020).
6. Schipperijn J.,  Kerr J., Duncan S., Madsen Th., Demant Klinker Ch.,  Troelsen J. Dynamic Accuracy of GPS Receivers for Use in Health Research: A Novel Method to Assess GPS Accuracy in Real-World Settings. Front Public Health. 2014. V. 2: 21. DOI: 10.3389/fpubh.2014.00021. URL:  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3948045/ (Дата звернення 10.03. 2020).
7. Tudor-Locke C., Williams J. E., Reis J. P., Pluto D. Utility of pedometers for assessing physical activity. Sports Medicine, 2004. V. 34(5), p. 281-291.
8. Using pedometers to increase physical activity and improve health: a systematic review: article / Bravata D. M. et al. Jama, 2007. V. 298(19), p. 2296-2304.