CN109637219A - 基于物联网的vr云端一体化智慧教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，包括物联网平台、多个物联网设备、以及云端服务器，云端服务器都与物联网平台相连，云端服务器中存储有多个3D实验模型；物联网设备包括设在教师办公室中的教师访问终端、设在实验室中的基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置、安装于实验室室门的电子锁、设在实验室中的教学电脑、以及设在实验室中的教学投影仪，教师访问终端、基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置、电子锁、教学电脑和教学投影仪都与物联网平台相连。本申请能够实现智慧教学，将3D实验模型以虚拟现实的方式展示给学生，更加形象生动，极大地提高了授课质量，且不受实验条件和实验设备的约束。
Description
技术领域
本发明涉及智慧教学技术领域，特别是涉及一种基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统。
背景技术
随着计算机技术的不断发展，特别是物联网技术的不断发展，智慧教学已成为热门研究课题。智慧教学与物联网相结合，为师生构建一个网络化、智能化和信息化的综合信息服务平台，实现资源和人员之间的互联和相互协作，从而提高智能教学的智慧化程度和管理体系，以提高教学质量。但是，基于物联网的智慧教学仍然不能很好地渗透到教学的每个角落，比如：在进行实验教学时，其很大程度地仍然依赖于实验条件和实验设备，使得一些学校的实验教学不能有效开展，进而不利于加深学生对理论知识的理解，同时过多地依赖实验条件和实验设备会大大增加学校实验教学的成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺陷和各种不足之处，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，其能够为学生展示仿真实验场景，解除实验条件和实验设备等对实验教学的制约。
为实现上述目的，本发明提供一种基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，包括物联网平台、多个物联网设备、以及云端服务器，所述云端服务器都与物联网平台相连，所述云端服务器中存储有多个3D实验模型；所述物联网设备包括设在教师办公室中的教师访问终端、多个设在实验室中的基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置、安装于实验室室门的电子锁、设在实验室中的教学电脑、以及设在实验室中的教学投影仪，所述教师访问终端、基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置、电子锁、教学电脑和教学投影仪都与物联网平台相连；所述基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置包括佩戴支架、两个左右相对设置的耳机、以及眼镜主体，所述佩戴支架包括用于佩戴在人体头顶的第一支架、以及佩戴在人体额头的第二支架，所述两个耳机分别固定在第一支架的两端，所述第二支架的两端固定在第一支架的前边缘侧、且第二支架具有与人体额头贴合的支架面板部、以及固定于支架面板部且从支架面板部的下边缘侧向下延伸的支架连接部，所述眼镜主体的外壳通过一左右延伸的转轴与支架连接部的下端铰接、能够绕转轴前后翻转；所述眼镜主体还包括都内置在壳体内的控制主板、两个左右相对设置的镜片、以及镜片安装架，所述控制主板通过网络与物联网平台相连、能够接收物联网平台推送的3D实验模型；每个镜片都通过第一调节机构安装于镜片安装架，所述第一调节机构包括固定于镜片安装架的微型电机、由微型电机驱动转动的驱动齿轮、固定在镜片外周的调节支架、开设在镜片安装架中的调节槽、以及设在调节支架下边缘且左右延伸的齿条面，所述驱动齿轮与齿条面啮合，所述调节支架安装在调节槽中、并与调节槽滑动配合，所述微型电机与控制主板相连；所述镜片安装架通过第二调节机构安装于壳体，所述第二调节机构包括上下延伸且通过轴承可转动地安装在壳体中的调节轴、固定在调节轴下端且位于壳体下端面处的调节旋钮、前后延伸且通过轴承可转动地安装在壳体中的调节丝杆、固定在镜片安装架中且与调节丝杆螺纹配合的驱动螺母、固定在调节轴上端的第一锥齿轮、以及固定于调节丝杆的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合；所述眼镜主体在壳体面向人体的后端面上还安装有与控制主板相连的摄像头，所述摄像头用于获取人体面部图像、并将人体面部图像传输给控制主板，所述控制主板根据所述人体面部图像获取人体的实际瞳距、并根据实际瞳距驱动微型电机动作。
进一步地，所述物联网设备还包括都设置在实验室中的空气净化器和空气质量检测传感器，所述空气净化器和空气质量检测传感器都与物联网平台相连。
进一步地，所述物联网设备还包括家长访问终端，所述家长访问终端与物联网平台相连。
进一步地，所述教师访问终端为电脑；所述家长访问终端为电脑或手机。
本发明涉及的基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统具有以下有益效果：
本申请涉及的基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统能够实现智慧教学、以及教学资源的合理化应用，将3D实验模型以虚拟现实的方式展示给学生，更加形象生动，极大地提高了授课质量，且不受实验条件和实验设备的约束。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图对本专利进行详细说明。
附图说明
图1为本申请中基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统的构成框图。
图2和图3为本申请中基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置在不同视角下的结构示意图。
图4为图2中镜片安装架与镜片之间的连接示意图。
图5为图2中调节旋钮与调节丝杆之间的连接示意图。
元件标号说明
100 物联网平台
200 云端服务器
300 教师访问终端
400 基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置
500 电子锁
600 教学电脑
700 教学投影仪
800 空气净化器
900 空气质量检测传感器
110 家长访问终端
1 耳机
2 眼镜主体
21 外壳
3 第一支架
31 支架主体部
32 支架伸缩部
4 第二支架
41 支架面板部
42 支架连接部
43 支架固定部
44 调节带部
5 镜片
6 镜片安装架
61 调节槽
62 导向孔
71 微型电机
72 驱动齿轮
73 调节支架
731 齿条面
732 出气孔
81 调节轴
82 调节旋钮
83 调节丝杆
84 驱动螺母
85 第一锥齿轮
86 第二锥齿轮
87 导向杆
9 电发热丝
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
如图1所示，本申请提供一种基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，包括物联网平台100、多个物联网设备、以及云端服务器200，云端服务器200都与物联网平台100相连，云端服务器200中存储有多个3D实验模型；物联网设备包括设在教师办公室中的教师访问终端300、多个设在实验室中的基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400、安装于实验室室门的电子锁500、设在实验室中的教学电脑600、以及设在实验室中的教学投影仪700，教师访问终端300、基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400、电子锁500、教学电脑600和教学投影仪700都通过网络与物联网平台100相连。上述基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统中，云端服务器200、教师访问终端300、基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400、电子锁500、教学电脑600、以及教学投影仪700都为物联网中的物联网设备。本申请涉及的基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统能够实现智慧教学、以及教学资源的合理化应用；具体说，在开始授课之前，教师在办公室中通过教师访问终端300经物联网平台100访问云端服务器200，并可向物联网平台100推送授课数据，授课数据包括云端服务器200中与授课内容对应的3D实验模型、授课开始时间、以及授课结束时间；则物联网平台100将授课数据对应地推送给物联网中的各物联网设备；根据授课开始时间，基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400、电子锁500、教学电脑600和教学投影仪700自动开启，而不需要教师提前达到教室后人工逐一开启；物联网平台100将云端服务器200中与授课内容对应的3D实验模型推送给基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400，基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400将3D实验模型以虚拟现实的方式展示给学生，更加形象生动，极大地提高了授课质量，且不受实验条件和实验设备的约束；根据授课结束时间，基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400、电子锁500、教学电脑600和教学投影仪700自动关闭，而不需要教师人工逐一关闭。
进一步地，如图1所示，物联网中的物联网设备还包括都设置在实验室中的空气净化器800和空气质量检测传感器900，空气净化器800和空气质量检测传感器900都与物联网平台100相连，物联网平台100根据空气质量检测传感器900的反馈控制空气净化器800的开启或关闭，自动调节实验室中的空气质量。物联网中的物联网设备还包括家长访问终端110，家长访问终端110与物联网平台100相连，可以查询授课数据较优地，教师访问终端300为电脑；家长访问终端110为电脑或手机。另外，云端服务器200包括用于存储3D实验模型的云存储模块，且云端服务器200还设置有备份虚拟存储器，备份虚拟存储器对云存储模块内的数据进行备份存储，提供数据存储的安全性。云端服务器200还具有云服务异常处理模块，当教师访问终端300访问云端服务器200时出现异常状态时，云服务异常处理模块对异常状态进行终止访问操作。
进一步地，如图2和图3所示，基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400包括佩戴支架、两个左右相对设置的耳机1、以及眼镜主体2，佩戴支架包括用于佩戴在人体头顶的第一支架3、以及佩戴在人体额头的第二支架4，两个耳机1分别固定在第一支架3的两端，第二支架4的两端固定在第一支架3的前边缘侧、且第二支架4具有与人体额头贴合的支架面板部41、以及固定于支架面板部41且从支架面板部41的下边缘侧向下延伸的支架连接部42，眼镜主体2的外壳21通过一左右延伸的转轴与支架连接部42的下端铰接、能够绕转轴前后翻转。采用上述结构后，通过第一支架3和第二支架4可以分散受力，提高佩戴舒适度；特别地，眼镜主体2连接于第二支架4、并可以前后翻转，眼镜主体2而不是直接佩戴于人体面部，故可快速实现眼镜主体2罩盖住人体眼睛或解除眼镜主体2对人体眼睛的罩盖，而不需要将基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400整体从人体头顶取下，大大提高操作便利度。较优地，第一支架3包括呈圆弧形的支架主体部31、以及两个与支架主体部31可伸缩连接的支架伸缩部32，两个耳机1分别固定于支架伸缩部32，能够调节第一支架3的大小，可以适用于不同大小的头围；支架主体部31和支架伸缩部32都由塑料制成。第二支架4还包括一端固定于第一支架3的支架固定部43、以及一端固定于支架面板部41的调节带部44，支架固定部43的另一端具有连接孔，调节带部44的另一端穿设在连接孔中、并通过魔术贴与调节带部44相连接，能够调节第二支架4的长度，可以适用于不同大小的头围，并通过支架面板部41增加与人体额头的受力面积，提高佩戴舒适度；支架面板部41也由塑料制成。
进一步地，如图1所示，眼镜主体2还包括都内置在壳体内的控制主板、两个左右相对设置的镜片5、以及镜片安装架6，控制主板通过网络与物联网平台100相连、能够接收物联网平台100推送的3D实验模型，以实现基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400与物联网平台100的相连。如图4和图5所示，基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400中，耳机1与控制主板相连；另外，每个镜片5都通过第一调节机构安装于镜片安装架6，第一调节机构包括固定于镜片安装架6的微型电机71、由微型电机71驱动转动的驱动齿轮72、固定在镜片5外周的调节支架73、开设在镜片安装架6中的调节槽61、以及设在调节支架73下边缘且左右延伸的齿条面731，驱动齿轮72与齿条面731啮合，调节支架73安装在调节槽61中、并与调节槽61滑动配合，微型电机71与控制主板相连；镜片安装架6通过第二调节机构安装于壳体，第二调节机构包括上下延伸且通过轴承可转动地安装在壳体中的调节轴81、固定在调节轴81下端且位于壳体下端面处的调节旋钮82、前后延伸且通过轴承可转动地安装在壳体中的调节丝杆83、固定在镜片安装架6中且与调节丝杆83螺纹配合的驱动螺母84、固定在调节轴81上端的第一锥齿轮85、固定于调节丝杆83的第二锥齿轮86、以及前后延伸的导向杆87，第一锥齿轮85与第二锥齿轮86相啮合，导向杆87的前后两端固定于壳体，镜片安装架6上开设有与导向杆87导向配合的导向孔62；眼镜主体2在壳体面向人体的后端面上还安装有与控制主板相连的摄像头，摄像头用于获取人体面部图像、并将人体面部图像传输给控制主板，控制主板根据人体面部图像获取人体的实际瞳距、并根据实际瞳距驱动微型电机71动作。
上述基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置400能够实现瞳距的自动调节，并可实现镜片5距人体眼睛的前后间距，以提高3D实验模型的观看视觉效果。具体说，摄像头将获取到的人体面部图像传输给控制主板，控制主板从人体面部图像中提取左眼瞳孔图像和右眼瞳孔图像，控制主板计算左眼瞳孔图像和右眼瞳孔图像之间的距离，该距离即为人体的实际瞳距。控制主板根据获取到人体的实际瞳距向微型电机71发送指令，微型电机71转动，带动驱动齿轮72一起转动，通过驱动齿轮72与调节支架73上齿条面731的相啮合驱动调节支架73在镜片安装架6的调节槽61中左移或右移，调节支架73带动镜片5一起左移或右移，通过两个第一调节机构的各自动作实现瞳距调节，使得两个镜片5的位置与人体的实际瞳距相匹配。另外，用户可自己手动调节镜片5的前后位置：旋转旋钮，带动调节轴81和第一锥齿轮85一起旋转，通过第一锥齿轮85与第二锥齿轮86的相啮合带动调节丝杆83转动，则驱动螺母84沿调节丝杆83前移或后移，从而带动镜片安装架6沿着导向杆87前移或后移，进而调整镜片5的前后位置。
进一步地，如图4所示，调节支架73内还安装有电发热丝9，电发热丝9和镜片5在前后方向上错位设置，但电发热丝9位于镜片5的外围；调节支架73中还开设有数个沿镜片5周向排布的出气孔732，出气孔732倾斜设置，出气孔732的一端延伸至电发热丝9处、另一端延伸至镜片5的外周并对准镜片5；眼镜主体2的壳体上安装有按钮，按钮和电发热丝9都与控制主板相连。按下按钮后，控制主板控制电发热丝9通电发热，热量通过出气孔732散发至镜片5处，可消除镜片5上的气雾，提高清晰度。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
以上对本发明实施例所提供的一种基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，其特征在于：包括物联网平台(100)、多个物联网设备、以及云端服务器(200)，所述云端服务器(200)都与物联网平台(100)相连，所述云端服务器(200)中存储有多个3D实验模型；所述物联网设备包括设在教师办公室中的教师访问终端(300)、多个设在实验室中的基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置(400)、安装于实验室室门的电子锁(500)、设在实验室中的教学电脑(600)、以及设在实验室中的教学投影仪(700)，所述教师访问终端(300)、基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置(400)、电子锁(500)、教学电脑(600)和教学投影仪(700)都与物联网平台(100)相连；所述基于物联网的VR云端一体化智慧教学装置(400)包括佩戴支架、两个左右相对设置的耳机(1)、以及眼镜主体(2)，所述佩戴支架包括用于佩戴在人体头顶的第一支架(3)、以及佩戴在人体额头的第二支架(4)，所述两个耳机(1)分别固定在第一支架(3)的两端，所述第二支架(4)的两端固定在第一支架(3)的前边缘侧、且第二支架(4)具有与人体额头贴合的支架面板部(41)、以及固定于支架面板部(41)且从支架面板部(41)的下边缘侧向下延伸的支架连接部(42)，所述眼镜主体(2)的外壳(21)通过一左右延伸的转轴与支架连接部(42)的下端铰接、能够绕转轴前后翻转；所述眼镜主体(2)还包括都内置在壳体内的控制主板、两个左右相对设置的镜片(5)、以及镜片安装架(6)，所述控制主板通过网络与物联网平台(100)相连、能够接收物联网平台(100)推送的3D实验模型；每个镜片(5)都通过第一调节机构安装于镜片安装架(6)，所述第一调节机构包括固定于镜片安装架(6)的微型电机(71)、由微型电机(71)驱动转动的驱动齿轮(72)、固定在镜片(5)外周的调节支架(73)、开设在镜片安装架(6)中的调节槽(61)、以及设在调节支架(73)下边缘且左右延伸的齿条面(731)，所述驱动齿轮(72)与齿条面(731)啮合，所述调节支架(73)安装在调节槽(61)中、并与调节槽(61)滑动配合，所述微型电机(71)与控制主板相连；所述镜片安装架(6)通过第二调节机构安装于壳体，所述第二调节机构包括上下延伸且通过轴承可转动地安装在壳体中的调节轴(81)、固定在调节轴(81)下端且位于壳体下端面处的调节旋钮(82)、前后延伸且通过轴承可转动地安装在壳体中的调节丝杆(83)、固定在镜片安装架(6)中且与调节丝杆(83)螺纹配合的驱动螺母(84)、固定在调节轴(81)上端的第一锥齿轮(85)、以及固定于调节丝杆(83)的第二锥齿轮(86)，所述第一锥齿轮(85)与第二锥齿轮(86)相啮合；所述眼镜主体(2)在壳体面向人体的后端面上还安装有与控制主板相连的摄像头，所述摄像头用于获取人体面部图像、并将人体面部图像传输给控制主板，所述控制主板根据所述人体面部图像获取人体的实际瞳距、并根据实际瞳距驱动微型电机(71)动作。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，其特征在于：所述物联网设备还包括都设置在实验室中的空气净化器(800)和空气质量检测传感器(900)，所述空气净化器(800)和空气质量检测传感器(900)都与物联网平台(100)相连。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，其特征在于：所述物联网设备还包括家长访问终端(110)，所述家长访问终端(110)与物联网平台(100)相连。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的VR云端一体化智慧教学系统，其特征在于：所述教师访问终端(300)为电脑；所述家长访问终端(110)为电脑或手机。
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