CN109782918A

CN109782918A - 一种计算机辅助教学装置

Info

Publication number: CN109782918A
Application number: CN201910070409.3A
Authority: CN
Inventors: 杨新锋; 张阿红; 刘文杰; 白娟; 冯范
Original assignee: Nanyang Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Technical Institute of Electronics and Information
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: CN109782918B

Abstract

本发明公开了一种计算机辅助教学装置，包括电子白板和输入装置，电子白板的上部设置有摄像头；输入装置包括一双手套，每只手套的手背部均设置传感器和控制袋；控制袋内设置第一控制器，第一控制器连接模数转换单元和蓝牙传输模块，蓝牙传输模块包括蓝牙发送单元和蓝牙接收单元，每个传感器均连接有放大电路，每个所述放大电路均连接至模数转换单元，模数转换单元与第一控制器的输入端连接，第一控制器的输出端连接蓝牙发送单元；控制盒内设置有第二控制器和蓝牙接收单元，第二控制器与蓝牙接收单元连接；摄像头和第二控制器均连接至PC。本发明实现了对电子白板的远程操控，教师在完成对电子白板操控的同时能够近距离与学员互动。

Description

一种计算机辅助教学装置

技术领域

本发明涉及计算机教学技术领域，尤其涉及一种计算机辅助教学装置。

背景技术

随着计算机技术的迅猛发展，智能化的设备已经深入各个领域，以教育行业为例，目前教学多媒体设备已经由投射投影仪，数字投影仪到数字显示屏的转变，甚至有些先进的院校安装了电子白板；作为教学多媒体设备不仅仅在功能上更加先进，在使用上亦有新的变化，现在的电子白板不仅仅可以播放ppt、图片、视频，甚至可以做模拟实验或其他的作用，并且实现了全面触摸屏输入删除随心所欲。

但目前的电子白板仍旧存在不足，比如屏幕大但是触摸效果差，播放ppt、图片和视频时要求教师在电子白板附近操作，因为电子白板和学生在教师的对侧，操作时会遮挡一部分学员的视线，造成内容缺失；由于电子设备操作要求教师在电子白板，无法在教室内与学员更近距离的互动，降低了授课效果，学员对电子设备的好奇可能出现注意力不集中的情况。

公开号为CN 207249936的中国专利公开了一种计算机辅助教学装置，通过主机、大屏显示器和音响实现课堂的教学，教学过程中，只需按下所坐的课桌上终端控制器的请求发言按键，则主机键盘上的主控制器对应终端控制器编号的请求指示灯闪烁，按下同意发言的请求指示灯，请求指示灯和终端对应指示灯板上对应编号的指示灯同时常亮，附属麦克风也打开，学生看到自己编号的灯亮后，即可作答；该装置，只是在语音控制上实现了即时调整；无法对屏幕显示或者是控制器实现远程控制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种计算机辅助教学装置，实现电子白板的远程操控，教师在完成对电子白板操控的同时能够近距离与学员互动。

为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种计算机辅助教学装置，包括电子白板和输入装置，所述电子白板两端设置有扬声器，电子白板的上部设置有摄像头；

所述输入装置包括一双手套，每只手套的手背部均设置有传感器和控制袋，每根手指上设置有2个传感器，每个传感器设置在手指的关节处，每根手指上的2个传感器均通过传感器通道与控制袋连接；

所述控制袋横向设置在靠近手腕的手背部，所述控制袋内设置有第一控制器，所述第一控制器连接有模数转换单元和蓝牙传输模块，所述蓝牙传输模块包括蓝牙发送单元和蓝牙接收单元，每个传感器均连接有放大电路，每个所述放大电路均连接至模数转换单元，所述模数转换单元与第一控制器的输入端连接，第一控制器的输出端连接蓝牙发送单元；

所述电子白板的侧端下部设置有控制盒，所述控制盒内设置有第二控制器和蓝牙接收单元，第二控制器与蓝牙接收单元连接；蓝牙发送单元与蓝牙接收单元信号连接；

所述摄像头和第二控制器均通过数据线连接至PC，所述PC，用于为电子白板投射屏幕画面。

进一步地，所述手套为半指手套，每只手套的手心部均设置有红外线反射陶瓷，所述红外线反射陶瓷均匀粘接在手套的表面，红外线反射陶瓷的外表面涂覆有透明反射膜。

进一步地，所述第一控制器和第二控制器均采用51系列单片机。

进一步地，所述传感器为弯曲传感器，每个弯曲传感器均连接放大电路，所述放大电路包括放大器，放大器的输出端连接模数转换单元的输入端；所述放大电路将弯曲传感器的电压信号放大输出，并通过模数转换单元传送至第一控制器。

进一步地，所述模数转换单元包括2个模数转换芯片，所述模数转换芯片为ADC0808。

进一步地，所述控制袋和控制盒内分别还设置有电源和电源管理单元，所述电源为输出直流12V的锂电池或蓄电池，所述电源管理单元，用于将电源转换为第一控制器、第二控制器或传感器所需的5V电压。

进一步地，所述电源管理单元包括稳压器，所述稳压器采用AMS1117芯片，稳压器的输入端通过二极管D9连接12V直流输出电源，同时连接有接地电容C10；稳压器的输出端连接有接地电容C11，同时输出5V直流电压。

进一步地，所述摄像头，用于采集和捕捉佩戴手套操作的手势图像，并将手势图像信息发送至PC；所述第一控制器接收由弯曲传感器的电压信号转换的数字信号，并将数字信号通过蓝牙发送单元传输到蓝牙接收单元，所述蓝牙接收单元将数字信号传送至第二控制器，由第二控制器通过数据线将数字信号传送至PC；PC通过对摄像头捕捉到的手势图像信息和弯曲传感器的数字信号结合，得出手势对应的指令从而对电子白板进行指令操作。

本发明的有益效果是：

本发明一种计算机辅助教学装置，采用摄像头采集手套的运动手势，将运动手势图像传输至PC进行处理，得出手套的运动轨迹；同时手套上设置的弯曲传感器检测每根手指的动作，通过与弯曲传感器连接的放大电路将内部电阻阻值的变化转化成检测输出电压的大小，由第一控制器与第二控制器结合将弯曲传感器检测的每根手指的动作信息传输给PC，PC将手势图像与弯曲传感器的信息结合，最终得出通过手套对电子白板的指令；电子白板的指令可以预先输入，通过将不同的动作作为各指令的输入标准动作，能够设置多套手势方案，灵活性更强，满足不同使用者的操作风格；手套的手心部设置有红外线反射陶瓷，使得手套更清晰的被摄像头捕捉，提高了图像采集的清晰度。

本发明使教师避免了在讲台上的长时间站立，不遮挡学员视线，能够在课堂上走动与各学院更近距离的互动，提高授课效果，同时完成电子白板的操控，确保教学进度。

附图说明

图1是本发明一种计算机辅助教学装置的结构示意图。

图2是本发明一种计算机辅助教学装置的电子白板的结构示意图。

图3是本发明一种计算机辅助教学装置的手套的手背部结构示意图。

图4是本发明一种计算机辅助教学装置的手套的手心部结构示意图。

图5是本发明一种计算机辅助教学装置的输入装置的电路图。

图6是本发明一种计算机辅助教学装置的放大电路及模数转换单元的电路图。

图7是本发明一种计算机辅助教学装置的电源管理单元的电路图。

附图中标号为：100为手套，101为传感器，102为放大电路，103为模数转换单元，104为蓝牙发送单元，105为电源管理单元，106为第一控制器，200为蓝牙接收单元，300为第二控制器，400为电子白板，401为扬声器，402为控制盒，500为PC，600为摄像头，112为传感器通道，113为控制袋，114为红外线反射陶瓷。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1~4所示，一种计算机辅助教学装置，包括电子白板400和输入装置，所述电子白板400两端设置有扬声器401，电子白板400的上部设置有摄像头600；

所述输入装置包括一双手套100，每只手套100的手背部均设置有传感器101和控制袋113，每根手指上设置有2个传感器101，每个传感器101设置在手指的关节处，每根手指上的2个传感器101均通过传感器通道112与控制袋113连接；

所述控制袋113横向设置在靠近手腕的手背部，所述控制袋113内设置有第一控制器106，所述第一控制器106连接有模数转换单元103和蓝牙传输模块，所述蓝牙传输模块包括蓝牙发送单元104和蓝牙接收单元200，每个传感器101均连接有放大电路102，每个所述放大电路102均连接至模数转换单元103，所述模数转换单元103与第一控制器106的输入端连接，第一控制器106的输出端连接蓝牙发送单元104；

所述电子白板400的侧端下部设置有控制盒402，所述控制盒402内设置有第二控制器300和蓝牙接收单元200，第二控制器300与蓝牙接收单元200连接；蓝牙发送单元104与蓝牙接收单元200信号连接；

所述摄像头600和第二控制器300均通过数据线连接至PC500，所述PC500，用于为电子白板400投射屏幕画面。

为进一步优化产品结构，所述手套100为半指手套，每只手套100的手心部均设置有红外线反射陶瓷114，所述红外线反射陶瓷114均匀粘接在手套100的表面，红外线反射陶瓷114的外表面涂覆有透明反射膜；红外线反射陶瓷114为颗粒状，采用红外线反射陶瓷114使得手套100作出的手势更容易更清晰地被摄像头600捕捉。

作为一种可实施方式，所述第一控制器106和第二控制器300均采用51系列单片机；如图5所示，本实施例中的第一控制器106采用的是AT89S51单片机，第二控制器300也可采用AT89S51单片机；AT89S51单片机连接有晶振电路和复位电路，晶振电路采用8MHz的晶振。

优选地，所述传感器101为弯曲传感器，每个弯曲传感器均连接放大电路102，所述放大电路102包括放大器，弯曲传感器连接放大器的输入端，放大器的输出端连接模数转换单元103的输入端；所述放大电路102将弯曲传感器的电压信号放大输出，并通过模数转换单元103传送至第一控制器106。

所述模数转换单元103包括2个模数转换芯片，所述模数转换芯片为ADC0808，每个弯曲传感器连接的放大电路102均连接至模数转换芯片的输入端，模数转换芯片的输出端分别连接第一控制器106的输入端。

具体的，如图5~6所示，所述放大电路102中的放大器采用的是AD620芯片，每个弯曲传感器的内部实际是一个可变电阻，当手指发生弯曲的时候，弯曲传感器的阻值会发生变化，阻值改变其两端的电压也会发生改变，因此将弯曲传感器的检测参数最终转化成检测弯曲传感器两端电压的大小；图5中只给出其中一个弯曲传感器的电路连接，以其中任意一个弯曲传感器为例，其他的弯曲传感器的连接示意图没有给出，原理相同；弯曲传感器用可变电阻R11表示，电阻R11连接至AD620芯片的输入端+IN，AD620芯片的输入端-IN连接有接地电阻R4，AD620芯片的1和8端子之间连接有电阻R9；AD620芯片的输出端6连接模数转换芯片ADC0808的输入端，每个模数转换芯片ADC0808均有8路输入和8路输出，1个模数转换芯片ADC0808可同时连接8个弯曲传感器，每只手套100上的10个弯曲传感器采用2个模数转换芯片ADC0808即可；2个模数转换芯片ADC0808的8个输出端口对应连接AT89S51单片机的P0.0~P0.7端口和P2.0~P2.7端口；模数转换芯片ADC0808的BOC端口、START端口和CLOCK端口分别连接单片机的P3.0、P3.2和P3.3端口，模数转换芯片ADC0808的OE端口连接至单片机的P3.1端口。

优选地，所述控制袋113和控制盒402内分别还设置有电源和电源管理单元105，所述电源为输出直流12V的锂电池或蓄电池，所述电源管理单元105，用于将电源转换为第一控制器106、第二控制器300或传感器101所需的5V电压。

如图7所示，所述电源管理单元105包括稳压器，所述稳压器采用AMS1117芯片，稳压器的输入端通过二极管D9连接12V直流输出电源，同时连接有接地电容C10；稳压器的输出端连接有接地电容C11，同时输出5V直流电压。具体的，所述AMS1117芯片的输入端3端口连接二极管D9的阴极，二极管D9的阳极连接12V直流输出电源，接地电容C10和接地电容C11的容量分别为100μF和330μF。

所述摄像头600，用于采集和捕捉佩戴手套100操作的手势图像，并将图像信息发送至PC500；所述第一控制器106接收由弯曲传感器的电压信号转换的数字信号，并将数字信号通过蓝牙发送单元104传输到蓝牙接收单元200，所述蓝牙接收单元200将数字信号传送至第二控制器300，由第二控制器300通过数据线将数字信号传送至PC500；PC500通过对摄像头600捕捉到的手势图像信息和弯曲传感器的数字信号结合，得出手势对应的指令从而对电子白板400进行指令操作。

作为一种可实施方式，所述弯曲传感器采用flex2.2型号的传感器，弯曲传感器可实现90°弯曲，弯曲电阻为0~14000Ω；所述摄像头600采用雅视威品牌的红外摄像头；所述蓝牙传输模块采用的是HC05型号芯片。

计算机辅助教学装置的工作原理为：

接通电源，打开PC 500，PC 500将桌面投放到电子白板400上，由操作人员双手戴上手套100，可站至离电子白板400 10m之内；由操作人员进行手势和动作的操作；电子白板400的指令可以预先输入，通过不同的动作作为各指令的输入标准动作，在PC 500内输入不同操作对应的电子指令，比如：双手平掌向两侧拉开，为局部放大指令；左手握拳，右手平掌为选中文字或段落指令，右手仅食指伸出为文字输入指令等。

电子白板400上部的摄像头600采集佩戴手套100的运动手势，将运动手势图像传输至PC 500进行处理，该处理一般为图像处理，对图像的单帧提取、平滑降噪、HSV转换、二值化转换和肤色分割；其中平滑降噪使用的方法为频域法，通过对图像处理后最终得出手套100的运动轨迹；同时手套100上设置的弯曲传感器检测每根手指的动作，手指动作时，弯曲传感器的阻值和对应的电压会发生改变，将手指定义为伸开和弯曲90°两种状态；根据阻值的变化判断手指的每个关节是伸开还是弯曲，通过与弯曲传感器连接的放大电路102将内部电阻阻值的变化转化成检测输出电压的大小，然后将输出电压的大小通过模数转换芯片ADC0808转换为数字信号后传输至单片机，每个手套100上的单片机将每个传感器的数字信号通过蓝牙发送单元104，即HC05型号的发送芯片传输至电子白板400上的控制盒402中的蓝牙接收单元200，即HC05型号的接收芯片，蓝牙接收单元200将接收到的信号传输给第二控制器300，第二控制器300对其接受处理后通过USB或串口数据线传送至PC 500；PC 500将处理后的手势图像生成的运动轨迹与弯曲传感器的信息结合，得出手套100的精确动作，最终得出通过手套100对电子白板400的指令；通过指令实现对电子白板400的远程操作。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims

1.一种计算机辅助教学装置，其特征在于，包括电子白板（400）和输入装置，所述电子白板（400）两端设置有扬声器（401），电子白板（400）的上部设置有摄像头（600）；

所述输入装置包括一双手套（100），每只手套（100）的手背部均设置有传感器（101）和控制袋（113），每根手指上设置有2个传感器（101），每个传感器（101）设置在手指的关节处，每根手指上的2个传感器（101）均通过传感器通道（112）与控制袋（113）连接；

所述控制袋（113）横向设置在靠近手腕的手背部，所述控制袋（113）内设置有第一控制器（106），所述第一控制器（106）连接有模数转换单元（103）和蓝牙传输模块，所述蓝牙传输模块包括蓝牙发送单元（104）和蓝牙接收单元（200），每个传感器（101）均连接有放大电路（102），每个所述放大电路（102）均连接至模数转换单元（103），所述模数转换单元（103）与第一控制器（106）的输入端连接，第一控制器（106）的输出端连接蓝牙发送单元（104）；

所述电子白板（400）的侧端下部设置有控制盒（402），所述控制盒（402）内设置有第二控制器（300）和蓝牙接收单元（200），第二控制器（300）与蓝牙接收单元（200）连接；蓝牙发送单元（104）与蓝牙接收单元（200）信号连接；

所述摄像头（600）和第二控制器（300）均通过数据线连接至PC（500），所述PC（500），用于为电子白板（400）投射屏幕画面。

2.根据权利要求1所述的一种计算机辅助教学装置，其特征在于，所述手套（100）为半指手套，每只手套（100）的手心部均设置有红外线反射陶瓷（114），所述红外线反射陶瓷（114）均匀粘接在手套（100）的表面，红外线反射陶瓷（114）的外表面涂覆有透明反射膜。

3.根据权利要求1所述的一种计算机辅助教学装置，其特征在于，所述第一控制器（106）和第二控制器（300）均采用51系列单片机。

4.根据权利要求1所述的一种计算机辅助教学装置，其特征在于，所述传感器（101）为弯曲传感器，所述放大电路（102）包括放大器，弯曲传感器连接放大器的输入端，放大器的输出端连接模数转换单元（103）的输入端；所述放大电路（102）将弯曲传感器的电压信号放大输出，并通过模数转换单元（103）传送至第一控制器（106）。

5.根据权利要求4所述的一种计算机辅助教学装置，其特征在于，所述模数转换单元（103）包括2个模数转换芯片，所述模数转换芯片为ADC0808。

6.根据权利要求1所述的一种计算机辅助教学装置，其特征在于，所述控制袋（113）和控制盒（402）内分别还设置有电源和电源管理单元（105），所述电源为输出直流12V的锂电池或蓄电池，所述电源管理单元（105），用于将电源转换为第一控制器（106）、第二控制器（300）或传感器（101）所需的5V电压。

7.根据权利要求6所述的一种计算机辅助教学装置，其特征在于，所述电源管理单元（105）包括稳压器，所述稳压器采用AMS1117芯片，稳压器的输入端通过二极管D9连接12V直流输出电源，同时连接有接地电容C10；稳压器的输出端连接有接地电容C11，同时输出5V直流电压。

8.根据权利要求4所述的一种计算机辅助教学装置，其特征在于，所述摄像头（600），用于采集和捕捉佩戴手套（100）操作的手势图像，并将手势图像信息发送至PC（500）；所述第一控制器（106）接收由弯曲传感器的电压信号转换的数字信号，并将数字信号通过蓝牙发送单元（104）传输到蓝牙接收单元（200），所述蓝牙接收单元（200）将数字信号传送至第二控制器（300），由第二控制器（300）通过数据线将数字信号传送至PC（500）；PC（500）通过对摄像头（600）捕捉到的手势图像信息和弯曲传感器的数字信号结合，得出手势对应的指令从而对电子白板（400）进行指令操作。