Как фитнес браслет считает шаги

Современные производители мобильных устройств делают буквально всё, чтобы мы носили гаджеты, не снимая. Масса полезных функций и возможностей делают фитнес браслеты просто незаменимыми. Совсем небольшие часики сегодня знают о своем хозяине столько, сколько он не знает о себе сам. Пока вы спешите на работу, гуляете в парке или опаздываете на свидание, они неукоснительно считают каждый ваш шаг. Как же им это удается?

Особенности конструкции

Все фитнес-трекеры оснащены трехосевым акселерометром, а некоторые – гироскопом (для повышения качества ориентации и измерения вращения).

Полученная информация оперативно обрабатывается и предоставляется в виде количества пройденных шагов. Также конструкция отображает уровень ежедневной активности человека. Все эти данные в совокупности позволяют подсчитать примерный объем потраченных калорий и определить качество сна.

Некоторые прогрессивные модели дополнены высотомером, который замеряет набор и потерю высоты во время тренировки. Такие дополнительные функции увеличивают точность полученных данных. Для исключения ложных показаний специальные датчики собирают всю необходимую информацию, чтобы в конце дня вы имели точную картину своей активности.

Как ведется подсчет шагов

Хоть браслет и кажется не слишком сложным устройством, всё же в маленьком корпусе помещен целый арсенал средств для выполнения «умных обязанностей». Так, трехкомпонентный акселерометр отслеживает перемещения трем осям координат, тем самым осуществляя подсчет шагов и устанавливая уровень активности пользователя. Пока вы занимаетесь своими повседневными делами, акселерометр в беспрерывном режиме ведет замеры ускорения и отправляет все считанные сведения в микропроцессор, который и занимается обработкой информации и определением, как выявленное движение связано с перемещением в пространстве. Так как при ходьбе руки двигаются, устройству необходимо выявить, что это был не просто жест или взмах. При наличии гироскопа эти параметры определяются намного точнее.

В бюджетных браслетах чаще всего стоит лишь акселерометр, но при качественном хорошо настроенном программном обеспечении, даже такая небольшая комплектация дает возможность максимально точно считать количество шагов.

Шагомер не имеет никаких противопоказаний и полностью безопасен для здоровья и жизни человека. Он может пригодиться людям с лишним весом, которые хотят его сбросить, спортсменам, научным сотрудникам для проведения экспериментов, пациентам с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Всегда ли измерения точны?

Погрешность, конечно, есть, но она незначительна. Шагомер может выдавать неправильные значения по следующим причинам:

  • неисправность механизма;
  • небольшой заряд батареи, или она полностью разряжена;
  • неправильное расположение гаджета на руке;
  • некорректная реакция на непредсказуемые движения;
  • особенности алгоритма подсчета шагов;

Чтобы механизм работал исправно, не стоит носить браслет в кармане. Он должен быть на руке, и подсчет шагов будет точнее. Также необходимо придерживаться простых правил обращения с мобильными устройствами – регулярно проверяйте уровень заряда аккумулятора и своевременно его заряжайте. А если возникнут какие-то недочеты в работе, или вам просто станет интересно, как работает браслет, всё же не разбирайте его острыми предметами, так вы можете повредить внутреннюю начинку. И, конечно, необходимо беречь гаджет от загрязнений, пыли, прямых солнечных лучей, воды. Соблюдая несложные правила, вы всегда будете ориентироваться в том, сколько шагов прошли!

Дополнительная информация по теме

Расскажем о том, как правильно использовать фитнес браслет со всеми его функциями Узнать тут

В этой статье мы разбираемся в том, как фитнес-браслет считает шаги, почему он часто считает их неправильно, и как этого избежать.

Фитнес-браслет – удивительное изобретение. Почему? Потому что он знает о вас больше, чем вы сами. Можно сказать, он посвящён в самые личные ваши тайны. Даже простой дешёвый браслет в курсе того, как много вы двигаетесь, как спите и сколько сжигаете калорий. Устройство, которое присутствует с вами 24 часа в сутки, не покидая вас даже во сне – это очень интимно.

И тем более обидно, когда это столь близкое устройство начинает глючить.

Что умеет фитнес-браслет?

В этой статье я использую понятие «фитнес-браслет», хотя устройство для подсчёта шагов не обязательно надевается на руку. Это может быть, например, кулон, который надевается на шею или крепится на пояс. Но в целом под фитнес-браслетами я имею в виду устройства, считывающие наши биологические показатели.

По умолчанию фитнес-трекер считает ваши шаги, на основании чего вы можете сделать вывод, насколько активно проводите своё время. Общепринятое мнение – для поддержания здоровья день вы должны проходить минимум 10 000 шагов (подробнее об этом читайте в моём эксперименте 10 000 шагов для городского жителя).

Ещё две часто встречающихся функции фитнес-трекеров– контроль за фазами сна и подсчёт калорий. В зависимости от модели браслет может быть также оборудован пульсометром, термометром, альтиметром (датчиком высоты), GPS, секундомером и другими фишками, которые могут пригодиться и на соревнованиях, и в туристическом походе, и просто для развлечения и удовлетворения любопытства.

И всё же для меня основное предназначение фитнес-браслета – это подсчёт шагов.

Краткая история шагомеров

Прототипом шагомеров является одометр – устройство, считающее количество оборотов колеса. Первый одометр был изобретён в начале нашей эры греческим механиком и математиком Героном Александрийским. Долгое время одометры использовались в картографии и военном деле для уточнения расстояний, а сейчас вы можете увидеть их в любом автомобиле.

Читайте также:  Камень из клея для плитки

Создателем шагомера считается великий Леонардо да Винчи. С учётом развития технологий в годы его жизни (середина XV – начало XVI века) о компактности и удобстве речи не шло – согласно чертежам, шагомер представлял из себя маятниковый механизм, прикрепляемый к поясу (на рисунке – третий чертёж). Нам неизвестно, был ли реализован такой шагомер на практике, или же остался, как и многие другие задумки гения, на бумаге, но, тем не менее, это устройство вполне могло бы считать шаги.

В последующие века шагомеры развивались в том же направлении, что и близкие к ним по конструкции механические часы, но, в отличие от часов, оставались лишь высокотехнологичной игрушкой. Шагомер первой половины XX века снаружи был неотличим от карманных часов, да и внутри имел похожий механизм – колебания подвешенного груза приводили в движение систему шестерней, которые, в свою очередь, двигали стрелки, показывающие количество шагов. Позже часовщики стали использовать принцип работы шагомера для автоматического подзавода часов от движения руки.

В народ шагомеры ушли в 1960-х годах с руки японского предпринимателя Есиро Хитано, который стал продавать их под брендом Manpo-Kei, продвигая идею о 10000 шагов в день. Его шагомеры всё ещё были механическими, но со временем механику вытеснила электроника. В электронных шагомерах вместо давления груза на пружину, прикреплённую к шестерням, стали использовать изменение ёмкости конденсаторов или потенциала (пьезоэлектрический эффект) при механическом воздействии. Сам механизм, регистрирующий движение внутри шагомера, называется акселерометром.

Как фитнес-браслет считает шаги?

Теперь о том, как фитнес-браслет считает шаги. В большинстве современных фитнес-браслетов за отслеживание движения отвечают трёхкомпонентные акселерометры. Акселерометр – это прибор, определяющий ускорение объекта, к которому он прикреплён. Трёхкомпонентный – значит, ускорение отслеживается по трём осям координат. В некоторых моделях в дополнение к акселерометру ставят гироскопы, отслеживающие ориентацию в пространстве.

Не путайте акселерометр с гироскопом – это совершенно разные устройства. Акселерометр – это прибор, определяющий ускорение. Гироскоп же определяет угол, на который меняется ориентация предмета в пространстве.

Встроенный в надеваемый на руку фитнес-браслет акселерометр позволяет понять, неподвижна ли ваша рука или же двигается с определённым ускорением. Акселерометр постоянно замеряет ускорение движения и передаёт его в микропроцессор, который обрабатывает полученные данные и с помощью специального алгоритма пытается понять, связано ли это движение с вашим перемещением в пространстве (при ходьбе ваши руки двигаются), или же это просто жест рукой. Некоторые трекеры могут даже отличать бег от ходьбы.

Когда в фитнес-браслете присутствует гироскоп, то микропроцессор получает более полную – трёхмерную – картину перемещения вашей руки. Благодаря этому он сможет точнее отделить движения руки, возникающие при шаге, от движений, когда вы находитесь на одном месте.

Если отвлечься от фитнеса, то связка «акселерометр плюс гироскоп» нам больше знакома по смартфонам – сейчас эти два прибора устанавливаются по умолчанию в большинство устройств. Это позволяет, например, встряхиванием или повотором смартфона отвечать на звонки, листать страницы в электронной книге, переключать песни в плеере или управлять героем в видеоигре. И, разумеется, смартфоны также могут работать в роли шагомеров (мне нравится приложение Noom – оно определяет шаги по лёгким покачиваниям смартфона при ходьбе).

Тем не менее, в недорогих фитнес-браслетах часто присутствует только акселерометр. С хорошо отлаженным ПО трекер и без гироскопа может довольно точно считать шаги.

Как работают ёмкостные и пьезоэлектрические акселерометры?

Электрические акселерометры по принципу работы недалеко ушли от механических. Я постараюсь принципы работы акселерометров в максимально упрощённом виде, так что не забывайте, что в настоящих устройствах всё устроено несколько сложнее, хоть и работает благодаря тем же законам.

Акселерометры бывают разные, но наиболее распространёнными являются два вида: ёмкостные и пьезоэлектрические. Чтобы принципы работы были более понятны, я нарисовал простую схему:

В ёмкостных акселерометрах чувствительным элементом являются пластины конденсаторов. Ёмкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Когда груз, перемещающийся при движении, давит на одну из пластин, расстояние уменьшается, и, соответственно, увеличивается ёмкость. Микроконтроллер регистрирует изменение ёмкости на выходах акселерометра и понимает, что произошло движение.

В пьезоэлектрических акселерометрах вместо пластин используются кристаллы пьезоэлектрических веществ. Распространённым пьезоэлектриком является кристаллический кварц, но я не уверен, что именно кварц устанавливается в акселерометрах браслетов. Скорее всего, там нечто жуткое вроде цирконата-титаната свинца или чего-то подобного.

Пьезоэлектрический эффект заключается в поляризации (возникновения разности потенциалов) материала при деформации. Также, как и в ёмкостном акселерометре, груз при движении давит на кристалл пьезоэлектрика, тот сжимается и генерирует разность потенциалов, которая регистрируется потенциометром микроконтроллера.

Почему фитнес-браслеты неправильно считают шаги?

Сейчас в мире нет ни одного трекера, который покажет вам абсолютно точное количество шагов.

Куда бы вы не прикрепили фитнес-трекер, в течение дня вы будете совершать непредсказуемые движения, часть которых трекер будет ошибочно определять как шаги. Вождение автомобиля, приём пищи, работа с компьютерной мышью, например. К тому же, каждый из нас ходит по-своему, и сейчас не существует алгоритма, учитывающего особенности любой походки и точно отличающего шаги от не-шагов. К примеру, вот здесь человек протестировал несколько шагомеров и выложил результаты. Погрешность подсчёта разными устройствами составила от -30% до +10%. Забавно, что наиболее точный результат показал не фитнес-браслет, а iPhone 5s.

Читайте также:  Как регулируются алюминиевые двери

По идее, ничего страшного в небольшой погрешности в 5-10% нет, потому что сама суть трекера – не в точных цифрах, а в отображении объёма проделанной вами работы.

Сегодня вы сделали 8000 шагов, а завтра – 5000, значит, день прошёл неактивно, надо поднажать. На другой день вы прошагали свою рекомендуемую норму в 11000 и можете отдыхать с чувством выполненного долга. Не вижу смысла в том, чтобы в повседневной жизни отслеживать свои движения с точностью до шага, точно так же, как и нет смысла при похудении считать каждый грамм.

Мой печальный опыт работы с MGCOOL Band 2

Но всему есть предел. Если ваш фитнес-браслет серьёзно накручивает показатели, то это сводит всё удовольствие от его использования на нет. Для меня показательным примером стал случай с браслетом MGCOOL Band 2, который безумно понравился и по цене, и по дизайну, и по заявленным характеристикам. До этого у меня уже был опыт использования трекеров, и я ожидал некоторой погрешности в подсчёте шагов, но не думал, что всё будет настолько плохо.

Я проснулся с утра, минут десять повалялся в кровати и посмотрел на трекер – 25 шагов. Хм. Встал, одел носки – уже 48 шагов. Сделал несколько отжиманий – 120 шагов.

Показания трекера для меня стали шоком, и я решил его ещё потестировать в малоподвижном режиме и уселся работать за ноутбук. За полдня вялой ходьбы по маршруту зал – кухня — туалет трекер выдал мне рекордные

3500 шагов. Оставшуюся часть дня я провёл чуть более активно – погулял с дочерью, сходил в магазин, поделал домашние дела. Итог дня:

Я мог бы порадоваться, но прикреплённый к поясу Fitbit Orb выдал результат в два раза меньше.

Говорят, что большая погрешность – это бич всех дешёвых браслетов. Подобные проблемы были у похожего на MGCOOL Band 2 популярного трекера Xiaomi Mi Band, но они решились после нескольких обновлений прошивки браслета. Я почитал форумы – владельцы первых версий трекера выкручивались как только можно – вешали их на шею, одевали на ногу, пытались вычислить «волшебные движения» или просто успокаивали себя тем, что так и должно быть.

Не должно. На мой взгляд, подобные проблемы у MGCOOL Band 2 именно из-за сырой прошивки. Производителю браслета, компании Elephone явно нужно допиливать алгоритм, отличающий шаги от не-шагов, потому что, собственно, количество шагов в движении трекер определяет более-менее правильно. У второй версии Xiaomi Mi Band 2 такой проблемы не было изначально, он считал шаги более-менее точно.

Заключение. Как с этим жить?

Жалею ли я, что импульсивно, на распродаже купил MGCOOL Band 2? Скорее, да. Буду надеяться на то, что выйдет нормальная прошивка.

Но как же выбрать фитнес-браслет, который вас не подведёт с подсчётом шагов?

У меня сложилось впечатление, что недорогой фитнес-браслет – это кот в мешке, так что гуглите и читайте отзывы. Для примера, после получаса поисков в интернете и чтения статей, отзывов и споров на форумах о Xiaomi Mi Band я получил представление об этом фитнес-браслете и том, какие подводные камни меня ожидают при его покупке. А вот про MGCOOL Band 2 на сегодняшний день никакой внятной информации на русском языке нет (да и на английском я нашёл только описания). В итоге устройство, которое классно выглядело и обладало множеством полезных функций, не выполняло свою базовую задачу и разочаровало меня.

Когда-нибудь у нас будут трекеры с искусственным интеллектом, которые будут понимать, что вы сделали шаг, а пока нам остаётся надеяться на точность алгоритмов. Не покупайте фитнес-браслеты спонтанно, ищите любую доступную информацию, проверяйте и сравнивайте. А в случае с недорогими моделями нелишним будет ещё и элементарное везение.

Как работает Ваш трекер? От датчиков к алгоритмам. Мы расскажем все.

Фитнес-трекер, будь то браслет или умные часы уже более двух лет как стали нам незаменимыми помощниками, которые незаметно висят на нашем запястье, подсчитывая шаги, отслеживая сон, определяя различные типы физических нагрузок от различных видов бега до высокоинтенсивных тренировок. Но как именно трекеры собирают и обрабатывают все собираемые данные, что оказываются в смартфоне?

Пытаемся разобраться далее.

Начнем с датчиков

Проще говоря, большинство современных гаджетов на сегодняшний день оснащаются 3-х осевым акселерометром, способным отслеживать передвижения устройства в различных направлениях. Некоторые, оснащены еще и гироскопом, для измерения вращения и лучшей ориентации.

Получаемая информация переводится в количество пройденных шагов и уровень ежедневной активности, и уже на основе этих данных производится подсчет количества потраченных калорий и качества сна. Хотя есть у нас подозрение, что не все так просто.

Некоторые модели оборудованы высотомером, который измеряет набранную высоту во время определенного периода (например, тренировки), а также уровень потери высоты. Вся полученная информация аккумулируется и обрабатывается, чтобы выдать в приложении готовые данные. Нужно отметить, что чем большим количеством датчиков обладает Ваш трекер, тем точнее будут собранные данные.

Датчики измеряют ускорение, частоту, длительность, интенсивность и Ваш характер активности – собранные вместе, это отличный массив данных, который, к тому же, позволяет исключить ложные срабатывания, например, отличить простой взмах рукой (показать что-то ) от маха при шаге.

Читайте также:  Классификация изделий из стекла

Так что имеет смысл перед покупкой изучить характеристики трекера, чтобы понять, каким набором датчиков он обладает, и какую информацию о Вас трекер будет собирать.

Одним из самых оснащенных трекеров на сегодняшний день до сих пор является трекер Jawbone UP3. В небольшом корпусе умещаются датчики температуры, биоимпендансный сенсор вместе с уже знакомым нам акселерометром. Биоимпедансный анализ — метод диагностики состава тела человека посредством измерения импеданса – электрического сопротивления тела. На внутренней части трекера отлично видны 4 электрода этого датчика.

Иные модели трекеров (например, Xiaomi Mi Bans 1S pulse) используют оптические датчики для измерения пульса. Сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника. Подобные оптические датчики менее эффективны и точны чем биоимпендансный датчик в части отслеживания общего состояния организма, но в тоже время могут быть более эффективны для отслеживания частоты сердечных сокращений во время, скажем, тренировок.

Схожая история и с отслеживанием сна. Используя процесс актиграфии, трекер отслеживает движения руки во сне и трансформирует данные с учетом предполагаемого периода сон-бодрствование в графики в приложении. Однако нужно заметить, что данный алгоритм проигрывает по точности измерений полисомнографии. Именно полисомнография используется специалистами в лабораториях для остлеживания сна, и контролирует активность мозга, а не движения рук. Нужно ли это в домашних условиях, большой вопрос.

Переходим к алгоритмам.

Как Вы уже, возможно, заметили, очень трудно добиться от двух разных трекеров одинаковых показаний активности или одинаковых показателей частоты сердцебиения. Связано это прежде всего с разными алгоритмами обработки исходных данных и отражения их в виде готовой статистики.

К примеру, Ваш трекер может не защитать небольшое движение рукой за шаг и не включить его в ежедневную статистику. Но каков порог "незначительности"? Различные гаджеты имеют разные пороги подсчета движений, отсюда и берутся различия в показаниях. Различные ситуации – от езды на авто по плохой дороге до небольших движений, лежа на коврике в гостиной может быть защитано разными моделями. Зависит от конкрентых настроек, заложенных производителем.

Когда дело доходит до подсчета калорий, простым акселерометром не обойтись. Именно поэтому, приложения просят корректно ввести различную инфомрацию – пол, возраст, рост, вес. Производители не ракрывают алгоритмы расчетов, заложенные в трекеры, предпочитая держать это в тайне. Но одно ясно – чем больше собираемых данных, чем полнее заполнены личные данные в приложении – тем точнее будет подсчет.

Для того, чтобы подсчитать количество потраченных калорий, трекеру нужно обработать данные о частоте сердцебиения, количестве сделанных шагов, темпе, общей активности за промежуток времени и т.д.

Одна из самых распространенных платформ на сегодняшний день – MotionX, которую можно встретить в приложениях Nike Running, в некотороых моделях швейцарских умных часов и многих других гаджетах.

Филипп Кан (Philippe Kahn), сооснователь и СЕО компании, рассказал, каким образом происходит обработка собранных данных внутри трекера: "Представьте себе, что вы находитесь на концерте, и пытаетесь записать выступление профессиональным оборудованием, но находясь далеко от сцены. В результате, помимо непосредственно выступления, в запись попадает различный шум вокруг Вас: топот, различные голоса рядом и т.д. Чтобы запись получилась хорошей, Вам необходимо отсечь как можно больше посторонних звуков".

Так вот Кан утверждает, что качество подобной очистки варьируется от гаджета к гаджету. Применяемые методики разнообразны. Платформа MotionX – одна из самых эффективных на сегодняшний день. Более 100 узко-специализированных инженеров занимаются постоянной настройкой точности и эффективности программного обеспечения. Также компания инвестировала более $50 млн. в разработку алгоритмов следующего поколения.

Итоговым звеном во всем процессе являются мобильные приложения, которые и предоставляют готовые и обработанные данные пользователю в удобном нам формате. Вы уже заметили, что большинство приложений позволяют вводить данные о тренировках и иной активности в ручном режиме – ведь пока не создан тот датчик, который сможет полностью исключить необходимость ручного ввода и распознает абсолютно любую активность.

Благодаря таким мощным платформам как Apple Health и Google Fit, а также большому набору датчиков в смартфонах, разработка мобильного приложения стала весьма несложной задачей. Нужно отдать должное и новым чипам М7 и М8 компании Apple. Ведь теперь вести подсчет количества шагов очень просто даже с помощью телефона.

Однако относительная точность достигнута лишь для измерений количества шагов и для бега. С остальными видами активности гораздо сложнее. Тут много зависит от конкретного производителя. Есть признанные лидеры в определенных областях активности, например Misfit Ray или Misfit Shine2 в плавании, Moov Now – велоспорт, различные модели Garmin, заточенные под определенные виды спорта.

Итак, заканчивая наш рассказ об особенностях подсчета и обработки данных, собираемых различными трекерами активности, хочется пожелать при выборе обязательно обращать внимание на оснащенность датчиками самого трекера, а также на мобильное приложение, разработанное для данной модели.

Вы всегда можете задать интересующие Вас вопросы по гаджетам нам. Спрашивайте все, что Вас интересует в области носимой электроники и гаджетов! Мы будем рады Вам помочь.

Комментарии запрещены.

Присоединяйся