Как измеряются шаги в браслете
Как работает шагомер в телефоне и фитнес-браслете
Как телефон узнает, сколько шагов вы сделали за день? Разбираемся, как работает приложение шагомер в смартфоне и других умных гаджетах.
Что такое шагомер и как он считает шаги
Для начала давайте разберемся, что это вообще такое — шагомер в смартфоне или часах. Всем известно, что он служит для подсчета шагов, чтобы пользователь мог следить за своей активностью в течении дня. Но откуда он берет все данные?
Главное условие, при котором смартфон будет работать как шагомер — наличие акселерометра. Это датчик положения, который определяет ускорение объекта в пространстве. Самый простой способ узнать о наличии акселерометра — проверить, есть ли у смартфона функция поворота дисплея. Если гаджет может определить, что вы повернули его, значит, у него есть акселерометр. Еще проще будет заглянуть в характеристики конкретного устройства и проверить, какими сенсорами оно оснащено.
Но откуда берутся шаги? Если объяснять простыми словами, то акселерометр постоянно «следит», неподвижен смартфон или нет. Во время ходьбы он улавливает изменение ускорения и передает данные об этом на процессор, который, в свою очередь, помогает отобразить информацию о шагах в понятном человеку виде.
Многие современные устройства оснащены не только акселерометром, но и гироскопом. И если акселерометр определяет, двигается устройство или нет, то гироскоп отслеживает положение объекта в пространстве — то есть угол, на который изменилось направление движения вашего смартфона или фитнес-браслета. Гироскоп помогает процессору лучше «понять» смысл вашего перемещения — был ли это шаг или вы просто положили телефон в карман.
Как работает шагомер в телефоне на Андроид и в айфонах
Принцип работы шагомера на андроиде не отличается от той же технологии на iOS-гаджетах. Как мы уже разобрались, для подсчета шагов устройство должно быть оснащено как минимум акселерометром и как максимум — гироскопом. Они есть во всех современных смартфонах, да и во многих старых моделях.
Для работы шагомера также требуется отдельное приложение — на многих смартфонах эта функция включена в программу для мониторинга показателей организма, которая установлена по умолчанию. Например, у HUAWEI и Apple оно называется «Здоровье», а у Samsung — Samsung Health. Можно скачать и отдельное приложение для подсчета шагов — Pedometer или Google Fit. Если в настройках такой программы указать свой рост и вес, то можно узнать не только количество пройденных шагов, но и примерный объем сожженных калорий.
Как работает шагомер в фитнес браслете и часах
В отличие от смартфона, который во время ходьбы обычно находится в кармане или сумке, фитнес-браслет или умные часы расположены на запястье, которое перемещается в пространстве во время движения пользователя. Чтобы устройство могло отличить обычные взмахи руками от бега, носимым гаджетам важно наличие гироскопа. С ним они не только смогут определить, что вы начали двигаться, но и будут понимать — каким образом.
Как фитнес-браслет считает шаги, и почему он ошибается
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.
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.
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.
Шагомер: что это, как работает, зачем нужен
Шагомер – самый простой из приборов для отслеживания активности. Наверняка в вашем смартфоне он уже есть, а для фитнес-трекера функция подсчёта шагов – одна из главных. Разберёмся же, как работает встроенный электронный шагомер, всегда ли стоит ему верить, и как использовать его себе во благо.
Для чего нужен подсчёт шагов
Если вы помните, в восьмидесятые существовал вполне ощутимый страх, что с распространением компьютеров люди перейдут на малоподвижный образ жизни и прирастут к креслам. Отголоски этого страха можно увидеть, например, в трилогии «Матрица». Однако жизнь повернула в противоположную сторону.
Сегодня мы носим устройства, позволяющие нам брать офис с собой, куда бы мы ни шли. Более того, мы стали уделять внимание красоте и здоровью, как никогда ранее! Спортзалы и стадионы стали любимым местом миллионов, чтобы попозировать на фото для Instagram. Однако повседневная активность, как оказалось, тоже способна помочь нам быть в форме. Если мы достаточно много ходим и ограничиваем себя в еде, это позволяет как минимум сбросить лишний вес и прокачать сердечно-сосудистую систему.
Мало кто в наши дни обходится без смартфона. Логичным оказалось использовать смартфон для отслеживания активности: теперь по его показаниям можно увидеть, сколько шагов вы сделали и сколько километров прошли за день. Многие ещё и носят наручные устройства – умные часы или фитнес-трекеры, основанные на том же принципе.
Встроенный шагомер (или педометр) позволит вам видеть вашу активность. Программы для работы с ним показывают данные не только в реальном времени. Они также хранят статистику за прошлые периоды и обрабатывают её, показывая успехи и давая рекомендации.
Какие виды шагомеров существуют
Шагомер как класс техники значительно старше, чем современная носимая электроника. Первые такие устройства были созданы швейцарскими часовщиками в конце XVIII века; идею же предлагал ещё Леонардо да Винчи. Механические педометры стали особенно популярны после появления японской модели «Манпо-кеи» в 1960-х.
В настоящее время механические шагомеры представляют скорее историческую или коллекционную ценность. Им на смену пришли электронные аналоги от таких фирм, как Omron, TFA, Maniquick, и некоторых других. Как правило, это высокоточные устройства для профессионального применения в медицине или спорте.
В быту же гораздо более популярны недорогие и стильные браслеты или умные часы. Более того, электронный модуль из гироскопа и акселерометра есть практически в каждом смартфоне, выпущенном после 2012 года. Именно их мы и будем рассматривать далее.
Сколько шагов желательно делать в день
Скажем сразу: общей нормы не существует. Всё зависит от ваших целей. Для общего поддержания тонуса достаточно некой минимальной активности – допустим, от 3-4 тысяч шагов. Для чего-то большего, разумеется, придётся двигаться активнее.
Автор этих строк знает человека, который исключительно с помощью активной ходьбы и ограничений в питании сумел похудеть со 180 до 114 килограммов. На это ушёл год с небольшим. В первые недели этот человек проходил пешком от шести тысяч шагов, что было весьма трудно; затем он постепенно поднимал минимальную планку, и уже через три месяца она составляла тринадцать-четырнадцать тысяч шагов. От посещения спортзала он осознанно воздерживался до тех пор, пока не перестал задыхаться при выполнении упражнений.
Однако этот случай особенный. Большинству достаточно будет восьми, от силы десяти тысяч шагов в день. Эта норма известна человечеству давно, и она остаётся актуальной сегодня.
Важно, впрочем, не только количество. Многие приложения или устройства напоминают пользователю, что хорошо бы разминаться каждый час в течение как минимум минуты.
Как работает шагомер в смартфоне (и как им пользоваться)
Современные смартфоны, начиная с конца 2000-х, всегда оснащаются датчиками ускорения и поворота. Сегодня в телефоне шагомер работает на комбинированном датчике, в котором сочетаются акселерометр и гироскоп. Поэтому вы можете употреблять любой из этих терминов: хотя это и совсем разные датчики, в мобильной и носимой электронике они используются в паре.
Когда положение гироскопа в пространстве изменяется, он посылает сообщение об этом, показывая направление и угол поворота. Акселерометр определяет скорость и направление появляющегося ускорения. Вместе эти два модуля дают достаточно точную информацию о движении прибора – а значит, и его хозяина.
Принцип работы шагомера предполагает, что при каждом шаге создаётся некое ускорение, а положение устройства в пространстве чуть меняется. Он учитывает и скорость каждого движения, и его направленность, и смену угла при шаге правой или левой ногой, и скорость перемещения. Показания датчика обрабатываются специальными программами.
При этом абсолютно неважно, используете ли вы Айфон или Андроид. Хотя Apple первой стала применять комбинированные датчики движения современного типа, производители Android-устройств быстро её догнали.
Отметим, что программа, показывающая результат, опирается не только на акселерометр и гироскоп. Для отслеживания маршрута, например, используются также данные GPS, что позволяет при необходимости более точно вычислять пройденное расстояние.
Вычисление расхода калорий также требует дополнительных данных. Для этого программам надо знать ваш пол, возраст, рост, вес и некоторые другие сведения. Ведь очевидно, что для перемещения 100-килограммового тела нужно больше усилий (и больше энергии), чем для 50-килограммового.
Как работает шагомер в фитнес-браслете и умных часах
Принцип действия шагомера в вашем любимом Mi Band, Samsung Galaxy Watch или Apple Watch не отличается от действия смартфона. В них устанавливается такой же (а часто – тот же самый) комбинированный модуль из гироскопа и акселерометра. А вот обработка данных, за исключением самой элементарной, проводится на смартфоне, к которому фитнес-браслет подключен.
Анализируя показания, программы могут отличить, к примеру, ходьбу, бег, плавание или прыжки. Это полезно, если вы целенаправленно занимаетесь спортом. В этом случае брать с собой телефон неудобно, а браслет на запястье помехой не станет. Современные модели обычно имеют хорошую защиту от воды, так что плавать или неглубоко нырять в них вполне можно.
Хотя считается, что фитнес-трекеры или смарт-часы обеспечивают более точный подсчёт шагов, чем смартфон, это не всегда так. Дело в том, что вы можете не всегда носить телефон. Разумеется, работает шагомер, лишь пока вы ходите с ним. А вот если у вас есть ещё и смарт-часы, то они учтут даже те движения, во время которых ваш смартфон лежал спокойно на столе. Чаще всего показания часов синхронизируются с телефоном через специальное приложение, но не всегда. Отсюда и возникает впечатление большей точности часов или трекеров.
Если же в вашем фитнес-браслете или умных часах есть модуль GPS/ГЛОНАСС, то это сделает его работу ещё более точной. Но помните, что навигация в реальном времени очень сильно расходует заряд.
Как пользоваться шагомером
Точную инструкцию на этот счёт написать сложно: способ зависит от вашей цели. Однако важно знать следующее:
Чтобы точнее обрабатывать движения, программа предлагает вам настроить место ношения датчика. Носить его можно как браслет или как кулон – на левом запястье, на правом, на щиколотке, или вообще на шее. Так сигналы датчика будут обрабатываться точнее.
Почему шагомер ошибается (и как его обмануть)
Обмануть шагомер достаточно просто. Когда шагомер считает шаги, фактически он распознаёт движения с некоторой амплитудой и скоростью. Шагам могут соответствовать, например, аплодисменты или тряска в салоне автобуса. Поэтому, чтобы накрутить нужное количество шагов, вы можете несколько минут похлопать в ладоши или проехать остановку-другую в автобусе.
Казалось бы, зачем вам это нужно? Ведь от того, что вы симулируете пройденную дистанцию, калории в вашем организме не сгорят. Понимать причины обмана стоит скорее для того, чтобы понять, откуда на шагомере взялись лишние тысячи. После концерта или поездки по ухабистой дороге вы можете увидеть прибавление в одну-две тысячи; сделайте поправку, чтобы понять правду.
Как правило, приложения на смартфоне не только подсчитывают количество шагов, но и показывают, в какое именно время дня эти «шаги» были сделаны. Если вы видите активность в то время, когда вы заведомо сидели в автобусном кресле или в концертном зале, то сможете легко вычесть это количество шагов из общей дневной статистики.
Бывает и наоборот: если вы гуляете с коляской или тележкой, то ваши руки при этом остаются относительно неподвижными, а ускорение при постоянной скорости практически нулевое. В этом случае пасуют и акселерометр, и гироскоп, и тогда сделанные шаги вам «не засчитаются». Чтобы избежать этого, можно носить фитнес-трекер на ноге или на шее. Разумеется, нужно выбрать соответствующую настройку в приложении.
А если у вас инженерный склад ума, то можно снять устройство с руки и надеть его на какой-то подвижный прибор, чтобы он «наматывал» вам шаги. К чему это может привести, показано в пятой серии девятого сезона «Теории большого взрыва». Не видели – посмотрите.
Стоит ли доверять шагомеру в смартфоне, в часах, в браслете
Автор статьи проводил замеры с профессиональным шагомером Omron, Apple Watch 3 (и iPhone, разумеется), смартфоном LG V20 и трекером Mi Band 3, подключённым к нему. На расстоянии 12 километров (порядка 14400 шагов) различие было пренебрежимо малым. Как ни странно, наибольшее отклонение показал смартфон LG: он «зачёл» примерно на 250 шагов больше, чем лежавший в одном кармане с ним шагомер Omron.
Часы и фитнес-трекер показали примерно одинаковые результаты; различие в 107 шагов в пользу часов можно объяснить движениями, попадавшими как раз на границу чувствительности. Получается, что некоторые движения были неуловимыми для устройства Xiaomi, но вполне ощутимыми – для Apple Watch. На некоторых видео на YouTube можно увидеть куда более поразительное различие. Но там тестер, как правило, носит устройства на разных руках. Я же для чистоты эксперимента надел оба на одну. Результат оказался удивительно близким.
Из опыта можно сделать вывод: да, современным шагомерам в большинстве случаев можно доверять. И да, от них есть польза. При доступной цене и лёгкой настройке фитнес-трекер может оказаться самым простым способом заботиться о здоровье.