CN106952516A - 一种学生课堂书写时段的智能分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种学生课堂书写时段的智能分析系统，包括信号笔本体、收集处理装置、计算机；信号笔本体包括依次连接的压力传感器、信号转换模块、信号发出装置；收集处理装置包括接收装置、单片机、录音模块、存储介质；信号发出装置与接收装置连接，单片机分别与接收装置、录音模块、存储介质连接，存储介质与计算机连接。本发明基于物联网技术，通过内置传感器的笔、收集处理装置，同步收集学生记笔记的动作信号和老师讲课的音频信号，之后能将相关数据储存，采用分析软件进行统计和分析；其目的在于帮助教师了解学生听课情况，评价和改进教学方式。

Description

一种学生课堂书写时段的智能分析系统

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种学生课堂书写时段的智能分析系统，系统将学生上课过程中记笔记情况的信息收集，以帮助教师分析每个学生的听课情况、课堂教学效果及对课程的教学模式进行调整，是通过物联网将信息技术和课堂教学内容深入融合的的一种系统。

背景技术

课堂教学环节是学生接受系统教育最重要的一环。随着科技的发展，社会已经进入了一个高速发展的信息时代，无线通信、智能识别技术被广泛的应用于各种领域。课堂教学也已进入数字化，在课堂教学中，每个学生的听课情况，并不能很好的反馈给教师，教师不能有效掌握学生的听课状态，对自己讲课内容以及方式进行改良。

发明内容

学生课堂做笔记是反映学生课堂注意力的一个重要方面，为了了解学生课堂上记笔记的情况，本发明将无线通讯传输技术和学生常用的笔结合起来，当学生进行书写或者记笔记时，通过无线传输技术，能实时的反馈到终端，方便教师课中和课后及时分析每个学生的听课状态，及时分析教学效果，本发明系统操作方便、稳定。

本发明基于物联网技术，提供了一种学生课堂书写时段的智能分析系统，通过内置传感器的笔、收集处理装置、计算机，同步收集学生记笔记的动作信号和老师讲课的音频信号，之后能将相关数据储存，采用分析软件进行统计和分析。其目的在于帮助教师了解学生听课情况，评价和改进教学方式。

本发明采用如下技术方案实现：

一种学生课堂书写时段的智能分析系统，包括信号笔本体（140）、收集处理装置（210）、计算机；信号笔本体（140）包括依次连接的压力传感器（110）、信号转换模块（120）、信号发出装置（130）；收集处理装置（210）包括接收装置（211）、单片机（212）、录音模块（213）、存储介质；信号发出装置（130）与接收装置（211）连接，单片机（212）分别与接收装置（211）、录音模块（213）、存储介质连接，存储介质与计算机连接；压力传感器（110）和录音模块（213）分别同步收集学生记笔记的动作信号和老师讲课的音频信号，学生记笔记的动作信号依次经过信号转换模块（120）、信号发出装置（130）发送至接收装置（211），再由接收装置（211）发送给单片机（212），录音模块（213）将老师讲课的音频信号发送给单片机（212），之后单片机（212）将上述信号数据储存至存储介质，通过存储介质将数据导入至装有分析软件的计算机中进行统计和分析。

所述信号笔本体（140）包括笔壳（1）、笔芯（2）、薄膜压力传感器（3）、笔帽（4）、开关（5）、充电接口（6）、信号转换电路（7）、聚合物锂电池（8）、无线发射模块（9）；薄膜压力传感器（3）放置在笔芯（2）尾部位于笔芯（2）与笔帽（4）之间，笔帽（4）带有中空的腔体，开关（5）、充电接口（6）位于笔帽（4）外表面，信号转换电路（7）、聚合物锂电池（8）、无线发射模块（9）位于腔体内；充电接口（6）与聚合物锂电池（8）连接，开关（5）分别与聚合物锂电池（8）、信号转换电路（7）、无线发射模块（9）连接；

当学生进行书写动作时，笔尖会与纸或书本发生接触，笔头上的滚珠会旋转同时对纸或书本产生压力，纸或书本会对笔头产生反向压力，通过笔杆传输笔芯（2）尾部对薄膜压力传感器（3）施加压力；信号转换电路（7）将压力信号转化为开关信号输出给无线发射模块（9）；接收装置（211）采集该开关信号。

所述薄膜压力传感器（3）根据受到压力的变化产生相应的电阻信号，之后将得到电阻信号传输给信号转换电路（7）；信号转换电路（7）接收上述电阻信号，根据每个人书写用力大小的不同，薄膜压力传感器（3）传出电阻的大小也不相同，设置信号转换电路（7）的阀值，当薄膜压力传感器（3）上受到的力达到设定值时，传输给信号转换电路（7）的电阻信号很小，信号转换电路（7）输出开信号；当薄膜压力传感器（3）上受到的力没有达到设定值时，传输给信号转换电路（7）的电阻信号很大，信号转换电路（7）输出关信号，信号转换电路（7）实时不间断的将开关量信号传输给无线发射模块（9）。

本发明将无线通讯传输技术和学生常用的笔结合起来，当学生进行书写或者记笔记时，通过无线传输技术，能实时的反馈到收集处理装置，方便教师课中和课后及时分析每个学生的听课状态，及时分析教学效果，本发明系统操作方便、稳定。

本发明基于物联网技术，提供了一种学生课堂书写时段的智能分析系统，通过内置传感器的笔、收集处理装置、计算机，同步收集学生记笔记的动作信号和老师讲课的音频信号，之后能将相关数据储存，采用分析软件进行统计和分析。其目的在于帮助教师了解学生听课情况，评价和改进教学方式。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构框图；

图2为本发明实施例的信号笔本体结构示意图；

图3为本发明实施例的信号笔本体内部电路连接图；

图4为本发明单片机与其他模块之间连接关系示意图；

图5为本发明PC分析过程图。

其中，1、笔壳 ； 2、笔芯 ；3 、薄膜压力传感器 ；4 、笔帽 ；5 、开关 ；6、充电接口；7、信号转换电路；8、聚合物锂电池；9 、无线发射模块；110、压力传感器；120、信号转换模块；130、信号发出装置；140、信号笔本体；210、收集处理装置；211、接收装置；212、单片机；213、录音模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有技术中，教师不好分析每个学生的听课情况、课堂教学效果及对课程的教学模式进行调整，本发明提供一种学生课堂书写时段的智能分析系统。

本发明实施例提供了一种信号笔。本发明实施例提供的信号笔可以在学生进行书写的动作时产生信号并对信号进行传输。

如图1所示，本发明包括：压力传感器110、信号转换模块120、信号发出装置130和笔本体140；压力传感器110与信号转换模块120连接，当学生进行书写动作时，笔尖会与纸或书本发生接触，笔头上的滚珠会旋转同时对纸或书本产生压力，纸或书本会对笔头产生反向压力，通过笔杆传输笔芯尾部会对压力传感器110施加压力，压力传感器110会根据受到压力的变化产生相应的电阻信号，之后将得到电阻信号传输给信号转换模块120；传感器模块120与信号发出装置130连接，接收上述电阻信号，根据每个人书写用力大小的不同，压力传感器110传出电阻的大小也不相同，调节传感器模块120的灵敏度（优选的，因为每个人写字角度不同，力度不一样，所以需要调节各传感器模块120的阈值；调阈值就是传感器模块上有一个转钮，用螺丝刀左右转动就可），达到阀值后即学生用信号笔进行书写的动作时，输出开信号；没达到阀值即学生未用信号笔进行书写的动作时，输出关信号，实时不间断的将开关量信号传输给信号发出装置130；信号发出装置130与接收处理装置通过无线连接，经过对码（对码就是把信号发出装置和信号接收装置组装一个对码电路，然后拉低对码键的电压，然后再拉高，之后验证是否对应好，把对码电路拆掉即可；对码过程利用现有技术实现）后，将接收的开关量信号，以无线电波的方式传输给接收处理装置中的信号接收装置；

上述压力传感器110，信号转换模块120，信号发出装置130均安装在信号笔本体140上。

压力传感器110可能会根据每个人拿笔方式，书写力度大小、角度不同而导致笔芯尾部对压力传感器110的压力不同，本发明设置信号转换模块120的阀值，当压力传感器110上受到的力达到一定值时，传输给信号转换模块120的电阻信号很小，信号转换模块120输出开信号；当压力传感器110上受到的力没有达到特地的值时，传输给信号转换模块120的电阻信号很大，信号转换模块120输出关信号。这样，就不会因为力的大小不同，而传输不一样的信号。

压力传感器模块110为薄膜压力传感器3；上述信号转换模块120为信号转换电路7；上述信号发出装置130为无线发射模块9。

上述压力传感器110安装在信号笔140笔芯尾部，薄膜感应力的区域对应在笔芯尾部的受力区域。

在本发明实施例中，当用户使用信号笔进行书写时，笔尖会和书本接触，对书本施加压力，书本对笔尖有反作用力，笔尖通过笔管会传到笔芯尾部，笔芯尾部对压力传感器110产生压力，压力传感器110随着收到压力的变化，将电阻的变化传输给信号转换模块120，收到的压力越大，电阻越小。之后调节信号转换模块120的阀值，当收到低于阀值的电阻信号，输出开信号，表示收到信号；当收到高于阀值的电阻信号，输出关信号。

其中，上述传感器模块120将信号转换为开关量信号，实际就是分别用高、低电平表示二值逻辑的“1”和“0”，之后每个信号转换模块120的开关量信号输出接口连接到发射模块130的引脚，每个发射模块130具有10个引脚，6个引脚是发射接收信号的，2个引脚接电源正负极，另外2个引脚用于对码；可以连接6个信号转换模块120，同时接收6个开关量信号，并发射。

其中，上述发射模块130采用了SOC技术，讲接收的开关量信号以无线电波的形式发射出去，由于采用最新的SOC技术，可以满足多组同时工作时，不会互相干扰，且视距满足需要。

上述信号笔还包括聚合物锂电池8；

聚合物锂电池8分别与信号转换模块120和信号发出装置130连接，传输电能给传感器模块120和信号发出装置130。

当用户需要对信号进行传输时，才会使用本发明提供的信号笔，平常不需要信号传输时，只使用笔本身的功能，因此上述信号转换模块120，信号发出装置130不需要实时开启着，因此可以在上述信号笔上设置一个按钮开关5，以控制上述聚合物锂电池。

上述按钮开关5与聚合物锂电池连接，闭合电路或者断开电路看以给信号转换模块120和信号发出装置130供电或断电；按钮开关5安装在信号笔本体140的笔帽4外表面。

总之，由于聚合物锂电池分别于信号转换模块120和信号发出装置130有连接，因此当打开上述按钮开关后，信号转换模块120和信号发出装置130都会开启开始工作，压力传感器110不需要供电，也处于工作状态，当关闭上述按钮开关后，信号转换模块120和信号发出装置130都会关闭，停止工作。

当用户需要使用本发明实施例提供的信号笔时，可以开启上述按钮开关5，这样信号转换模块120就会接收压力传感器110传输的电阻信号，由信号转换模块120对电阻信号进行转换，得到开关量信号，并传输开关量信号给信号发出装置130，之后信号发出装置130再把开关量信号转换为无线电波进行传输。

上述信号笔还包括充电接口6；充电接口6分别与电源及聚合物锂电池连接，接收电源传输的电能，并传输电能给聚合物锂电池；充电接口设置在信号笔本体140的笔帽4外表面。

在本发明实施例中，当上述聚合物锂电池中的电量耗完后，可以通过充电线将上述充电接口与电源连接，这样，上述充电接口就可以接收电源传输的电能，并将接收到的电能传输给锂电池，由锂电池进行存储，以供信号转换模块120、信号发出装置130工作。

本发明实施例提供的信号笔，在用户进行书写的过程中，不会影响到用户的动作，且对任意书本均能实现上述目的。

本发明还包括信号收集处理装置210以及安装有分析软件的计算机；

信号收集处理装置210和信号笔本体140通过无线连接，接收信号笔210传输的无线电波信号，之后经过数模转换，转换为开关量信号，并实时储存，同时录制上课时老师发出的音频并以U盘为存储介质储存，之后通过USB接口，转移到PC上，方便老师进行课后分析。上述信号收集处理装置210可以和多个信号笔本体140连接，多个可以为任意正整数。

上述收集处理装置210包括接收装置211、单片机212及录音模块213；接收装置211分别与信号笔220及单片机212连接，接收信号笔220无线传输的无线电波信号，经过转换后传输给单片机212；

其中，接收装置211有6个端口，可以同时接收6个信号笔220传输的无线电波信号。接收装置具有10个引脚，2个引脚接正负极，2个引脚用于对码用，6个引脚用于；单片机212实时动态采集上述开关量信号，并将该信号存储在单片机212内，需要提取时，通过仿真器USB接口导入U盘中即可；

其中，单片机有8个并行口，最多可以同时接收64路开关量信号传输，即可以连接11个接收装置211（11个接收装置中其中的10个，用了6个接收端口，另外一个接收装置用了4个接收端口。）；本实施例中的接收装置211为无线接收模块。

例如，一个班级有60个学生，需要60个无线发射模块，10个无线接收模块，一个单片机，一个录音模块，和一个U盘即可。

例如，一个班级有120个学生，需要120个无线发射模块，20个无线接收模块，两个单片机，一个录音模块，和一个U盘即可。

如图4所示，录音模块213与单片机212-C8051F020相连，按钮开关设置在单片机212上，按下按钮开关时，录音模块213即开始录音，在单片机与U盘之间接入USB的转换芯片CH372，这样就可以直接将音频文件存入U盘中。

图4中，P0.0 -P7.6 最多可以有63个引脚用来接收无线接收模块传来的高低电平信号，P7.7对应录音模块；

复位电路作用是让单片机初始化。当单片机执行程序时出现走飞及卡机现象时，就需要重新执行程序；

CH372是纯USB接口转换芯片，单片机对CH372写入程序的操作，采集到的数据和音频均会存储在U盘中；按照U盘的文件格式，实现PC对U盘中数据读取的操作最终以TXT文本格式将采集的数据显示出来，以MP4音频格式将采集的录音显示出来。

分析软件包括单片机控制主程序、模块初始化及读取数据子程序、单片机写入U盘子程序，在Keil编程环境里，采用C51与汇编语言混合编写。

U盘内存中数据的存储形式是二进制形式，要最终以TXT文件格式到PC上，就需要将二进制形式的数据转换成对应的ASCII码。通过U盘倒入，在PC上可以得到TXT形式的数据文件和MP4形式的音频。单片机每秒接收一次数据，1表示有信号，0表示没有信号，从单片机和信号笔开启时开始接收。

如图5所示，软件分析过程如下内容：

对单片机每个引脚得到的数据（即0、1这样的数据）结果进行处理，取60个数字为一周期，即1分钟，得到每分钟中数据为1的次数，即该分钟的书写次数，以横坐标为时间，纵坐标为该分钟的书写次数，得到对应每个学生的分析图。

对单片机所有引脚得到的数据结果进行处理，取所有数据的每个周期中数据为1的次数的平均值，即所有学生的每分钟平均书写次数，以横坐标为时间，纵坐标为该分钟的平均书写次数，得到班级平均数据分析图并且该分析图和音频连接在一起，选取分析图上每个点时，会从对应时间开始播放音频。

对单片机所有引脚得到的数据结果进行处理，将一周期内数据中的1定义为有效次数，取整个班级为整体，以横坐标为时间，纵坐标为班级该分钟的有效次数得到对应班级的数据分析图，并且该分析图和音频连接在一起，选取分析图上每个点时，会从对应时间开始播放音频。

对比对应学生的分析图和班级平均数据分析图，得出对应学生的上课状态，以及讲不同内容时学生的不同反应，可以方便老师了解每个学生的学习情况，对学生的平时成绩作业等给予更好的判断。

对比班级的数据分析图，并且看在学生有效次数较多时和学生有效次数较少时讲课的音频，分析上课重点是否被学生所接受，及时根据分析结果改进上课内容调整上课方式，以便老师更好的授课；同时对老师上课效果可以做一个评估。

上述收集处理装置210还包括供电系统；接收装置211、单片机212和录音模块213分别与电源适配器连接，通过电源适配器进行供电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种学生课堂书写时段的智能分析系统，其特征在于：包括信号笔本体（140）、收集处理装置（210）、计算机；信号笔本体（140）包括依次连接的压力传感器（110）、信号转换模块（120）、信号发出装置（130）；收集处理装置（210）包括接收装置（211）、单片机（212）、录音模块（213）、存储介质；信号发出装置（130）与接收装置（211）连接，单片机（212）分别与接收装置（211）、录音模块（213）、存储介质连接，存储介质与计算机连接；压力传感器（110）和录音模块（213）分别同步收集学生记笔记的动作信号和老师讲课的音频信号，学生记笔记的动作信号依次经过信号转换模块（120）、信号发出装置（130）发送至接收装置（211），再由接收装置（211）发送给单片机（212），录音模块（213）将老师讲课的音频信号发送给单片机（212），之后单片机（212）将上述信号数据储存至存储介质，通过存储介质将数据导入至装有分析软件的计算机中进行统计和分析。

2.根据权利要求1所述的一种学生课堂书写时段的智能分析系统，其特征在于：

所述信号笔本体（140）包括笔壳（1）、笔芯（2）、薄膜压力传感器（3）、笔帽（4）、开关（5）、充电接口（6）、信号转换电路（7）、聚合物锂电池（8）、无线发射模块（9）；薄膜压力传感器（3）放置在笔芯（2）尾部位于笔芯（2）与笔帽（4）之间，笔帽（4）带有中空的腔体，开关（5）、充电接口（6）位于笔帽（4）外表面，信号转换电路（7）、聚合物锂电池（8）、无线发射模块（9）位于腔体内；充电接口（6）与聚合物锂电池（8）连接，开关（5）分别与聚合物锂电池（8）、信号转换电路（7）、无线发射模块（9）连接；

当学生进行书写动作时，笔尖会与纸或书本发生接触，笔头上的滚珠会旋转同时对纸或书本产生压力，纸或书本会对笔头产生反向压力，通过笔杆传输笔芯（2）尾部对薄膜压力传感器（3）施加压力；信号转换电路（7）将压力信号转化为开关信号输出给无线发射模块（9）；接收装置（211）采集该开关信号。

3.根据权利要求2所述的一种学生课堂书写时段的智能分析系统，其特征在于：

所述薄膜压力传感器（3）根据受到压力的变化产生相应的电阻信号，之后将得到电阻信号传输给信号转换电路（7）；信号转换电路（7）接收上述电阻信号，根据每个人书写用力大小的不同，薄膜压力传感器（3）传出电阻的大小也不相同，设置信号转换电路（7）的阀值，当薄膜压力传感器（3）上受到的力达到设定值时，传输给信号转换电路（7）的电阻信号很小，信号转换电路（7）输出开信号；当薄膜压力传感器（3）上受到的力没有达到设定值时，传输给信号转换电路（7）的电阻信号很大，信号转换电路（7）输出关信号，信号转换电路（7）实时不间断的将开关量信号传输给无线发射模块（9）。