CN110349057A - 一种学习状态数据采集装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种学习状态数据采集装置，可固定安装于桌面且接近近桌沿位置，包括无线通信模块、人体感应模块、状态数据采集模块；无线通信模块用于接收定时开关时间信息或唤醒休眠命令信息以及上传采集的状态数据，根据定时开关时间信息主动唤醒和休眠或根据唤醒休眠命令信息被动唤醒和休眠；唤醒期间当人体感应模块检测到装置后方有人员存在时，启动状态数据采集模块采集用于检测装置与人员前胸的距离和用于检测人员头部是否前倾以及前倾程度的状态数据。本发明有益效果在于可通过学习状态数据采集装置采集学生在上课时的学习状态数据，学习状态数据可用于判断关于学生的学习状态水平和表现。

Description

一种学习状态数据采集装置和系统

技术领域

本发明涉及学习辅助领域，具体涉及一种学习状态数据采集装置和系统，以及基于状态数据的学习状态水平判断方法。

背景技术

对于中小学学生来说，每日学习的学习状态是一个不容忽视的问题，好的学习状态可以集中注意力、提高学习效率。学习状态好坏的一个明显指标就是个人的坐姿规范程度，规范的坐姿让他人一见就觉得此人正处于专心致志的状态。而不规范的坐姿，不仅可能导致注意力不够集中影响学习效率，更严重的还会影响身体健康。有研究表明，学生学习时头部前倾、看书写字距离书本过近，会影响视力且很可能导致近视的情况发生。学生坐姿不端、保持弯腰驼背的习惯，不仅影响个人的形象和气质，而且影响学生的正常发育，诱发多种疾病比如脊柱侧弯、颈椎病、腰椎病等。

目前，对于如何使学生保持正确坐姿还未有好的方法，对于自律的学生，并不担忧其坐姿问题；然而对于不自律的学生，只能靠老师或家长平时的督促，但是这种方式的效果不见得理想，因为有些学生的坐姿不端，往往多是无意识的，久而久之就自然形成了习惯，进而影响到了学习状态。对于老师来说，在讲台上讲课的同时，还要关注台下全班几十号人的学习状态或坐姿是否存在问题，这几乎是不可能做到的事。而对于家长来说，也只能偶尔看看子女学习的情况，不可能时刻盯着子女的坐姿是否标准。

发明内容

为避免背景技术的不足之处，本发明提供一种可应用于中小学学生的学习状态数据采集装置和系统，可采集学生在上课时的学习状态数据；同时还提供了一种学习状态水平判断方法，可根据采集的学习状态数据判断关于学生的学习状态水平和表现，使老师可根据具体情况针对性的改善学生的坐姿和学习状态。

本发明提出的一种学习状态数据采集装置，可固定安装于桌面且接近近桌沿位置，包括壳体以及设置在壳体内的电路板和可充电池，电路板包括微控制器模块以及分别与微控制器模块连接的无线通信模块、人体感应模块、状态数据采集模块；无线通信模块用于接收定时开关时间信息或唤醒休眠命令信息以及上传采集的状态数据，微控制器模块根据定时开关时间信息主动唤醒和休眠或根据唤醒休眠命令信息被动唤醒和休眠；人体感应模块的感应探头朝向后方，用于检测是否有人员存在；唤醒期间当人体感应模块检测到装置后方有人员存在时，微控制器模块启动状态数据采集模块采集状态数据；状态数据采集模块包括第一测距传感器模块和第二测距传感器模块；第一测距传感器模块的探头朝向正后方，用于检测装置与人员前胸的距离；第二测距传感器模块的探头朝向正上方向后倾斜0-15度的斜上方，也即朝向正常标准坐姿时人员头部前方的区域方向，用于检测人员头部是否前倾以及前倾程度。

进一步的，状态数据采集模块还包括第三测距传感器模块，第三测距传感器模块的数量为两个，呈左右对称分布设置，且探头分别朝向左斜上方和右斜上方，也即朝向正常标准坐姿时人员左肩上方、头部左侧的区域方向和右肩上方、头部右侧的区域方向，用于检测人员头部是否向两侧倾斜。

进一步的，第二测距传感器模块的数量为两个，且呈左右对称分布设置。

优选的，坐姿状态数据采集模块为超声波测距传感器模块或红外测距传感器模块或激光测距传感器模块。

进一步的，人体感应模块为热释电红外传感器模块，热释电红外传感器模块的感应探头朝向斜上方，也即正常标准坐姿时人员头部所在的区域方向。

进一步的，电路板还包括与微控制器模块连接的按键模块，当按键模块被按住后，微控制器模块通过无线通信模块发送对应的按键信息。

本发明还提出的一种学习状态数据采集系统，包括若干设置在桌面预设位置的状态数据采集装置、设置在教室内的信号收发网关以及服务器；服务器可获取与信号收发网关绑定的状态数据采集装置的装置ID库、与信号收发网关对应的定时开关时间信息，并通过移动网络发送装置ID库和定时开关时间信息至对应的信号收发网关使其保存；定时开关时间信息根据作息时间以及信号收发网关所在班级的课程表综合确定。信号收发网关根据装置ID库发送定时开关时间信息至与其绑定的各状态数据采集装置，或根据装置ID库和定时开关时间信息在预设开关时刻发送唤醒休眠命令信息至与其绑定的各状态数据采集装置；状态数据采集装置根据定时开关时间信息主动唤醒和休眠，或根据唤醒休眠命令信息被动唤醒和休眠，在唤醒期间采集学生的状态数据并定时上传采集的状态数据至与其绑定的信号收发网关，该信号收发网关转发状态数据至服务器；服务器根据单个状态数据采集装置的状态数据判断该状态数据采集装置对应的学生的个人学习状态水平，根据与单个信号收发网关绑定的所有状态数据采集装置的状态数据判断该信号收发网关对应的班级的整体学习状态水平。

进一步的，状态数据采集装置包括人体感应模块、状态数据采集模块；唤醒期间当人体感应模块感应座位有人员存在时，状态数据采集模块启动并采集状态数据；状态数据采集模块包括第一测距传感器模块和第二测距传感器模块；第一测距传感器模块的探头朝向人员前胸，用于检测装置与人员前胸的距离；第二测距传感器模块的探头朝向正常标准坐姿时人员头部前方的区域方向，用于检测人员头部是否前倾以及前倾程度。

进一步的，状态数据采集模块还包括第三测距传感器模块，第三测距传感器模块的数量为两个，呈左右对称分布设置，且探头分别朝向正常标准坐姿时人员左肩上方、头部左侧的区域方向和右肩上方、头部右侧的区域方向，用于检测人员头部是否向两侧倾斜。

本发明还提出的一种学生学习状态水平判断方法，包括：

获取预设时段内代表人员前胸与桌沿距离的第一距离数据、代表人员头部前倾程度的第二距离数据、代表人员头部侧倾的第三距离数据；

根据第一距离数据以及预设标准距离范围确定桌距超范总时长、短时剧变频次；根据第二距离数据以及前倾程度权重表确定人员的头部前倾总时长、头部前倾总权重时长、前倾短时剧变频次；根据第三距离数据确定人员的头部侧倾总时长、头部侧倾频次；

根据短时剧变频次、前倾短时剧变频次、头部侧倾频次综合确定人员的身体活动程度；根据桌距超范总时长、头部前倾总时长、头部侧倾总时长综合确定人员的坐姿规范程度；根据头部前倾总权重时长综合确定人员的前倾严重程度；

根据身体活动程度、坐姿规范程度、前倾严重程度确定该人员的本次学习状态水平。

进一步的，还包括：

获取人员的历史学习状态水平数据；

将人员的本次学习状态水平数据与历史学习状态水平数据进行比较分析，确定该人员以自身为基准的本次学习状态表现。

进一步的，还包括：

获取以班级为单位的本次学习状态水平数据；

将人员的本次学习状态水平数据与班级的本次学习状态水平数据进行比较分析，确定该人员以班级平均水平为基准的本次学习状态表现。

进一步的，还包括：

获取以班级为单位的本次学习状态水平数据和历史学习状态水平数据；

将班级的本次学习状态水平数据与班级的本次学习状态水平数据进行比较分析，确定该班级的本次学习状态表现。

本发明有益效果在于可通过学习状态数据采集装置和系统采集学生在上课时的学习状态数据，通过学习状态水平判断方法对采集的学习状态数据判断关于学生的学习状态水平和表现，使老师可根据具体情况针对性的改善学生的坐姿和学习状态。

附图说明

图1是本发明实施例1学习状态数据采集装置的模块组成示意图。

图2是本发明实施例1学习状态数据采集装置的安装示意图。

图3是本发明实施例1学习状态数据采集装置的侧视示意图。

图4是本发明实施例2学习状态数据采集系统的组成示意图。

图5是本发明实施例3学习状态水平判断方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，参照附图1-3，一种学习状态数据采集装置，可固定安装于桌面且接近近桌沿位置，包括壳体以及设置在壳体内的电路板和可充电池；电路板包括微控制器模块101以及分别与微控制器模块101连接的无线通信模块102、热释电红外传感器模块103、状态数据采集模块；无线通信模块102用于接收外界设备比如信号收发网关发送的定时开关时间信息或唤醒休眠命令信息以及上传采集的状态数据至该外界设备，微控制器模块101根据定时开关时间信息主动唤醒和休眠或根据唤醒休眠命令信息被动唤醒和休眠；热释电红外传感器模块103的感应探头朝向后方，优选朝向后上方也即人员的头部区域方向；唤醒期间当所述人体感应模块检测到装置后方有人员存在时，所述微控制器模块101启动所述状态数据采集模块采集状态数据；状态数据采集模块包括第一红外测距传感器模块104、第二红外测距传感器模块105以及第三红外测距传感器模块106；第一红外测距传感器模块104的数量为两个，呈左右对称分布设置，探头朝向正后方，用于检测装置与人员前胸的距离；第二红外测距传感器模块105的探头朝向正上方向后倾斜0-15度的斜上方，也即朝向正常标准坐姿时人员头部前方的区域方向，用于检测人员头部是否前倾以及前倾程度；第三红外测距传感器模块106的数量为两个，呈左右对称分布设置，且探头分别朝向左斜上方和右斜上方，也即朝向正常标准坐姿时人员左肩上方、头部左侧的区域方向和右肩上方、头部右侧的区域方向，用于检测人员头部是否向两侧倾斜。

本实施例学习状态数据采集装置主要用于校园学生，可用3M胶等粘接固定安装于桌面上且接近近桌沿位置，近桌沿指的是偏向身体侧这边的桌沿，装置的边缘与近桌沿留有一定间隙，该间隙可根据实际调节，装置的本身有一定厚度，固定安装后，可天然的挡住书本不让书本与身体过于接近，可间接防止书本与眼睛距离过近。装置采用可充电池供电避免接线，整体设计方案采用低功耗模式，通过无线通信模块102接收外界的定时开关时间信息或唤醒休眠命令信息，使装置可以在上课时主动或被动唤醒启动，而其余时间则处于休眠状态；采取这种方案的理由有两点：第一，由于学生学习的时间具有规律性，在课间或其他非上课时间学生需要放松活动，不可能继续保持标准坐姿，此时采集的各种数据不仅毫无意义，还会对正常结果造成干扰；第二，节省用电、延长单次使用时间。无线通信模块102优选无线射频收发模块。

本实施例装置中的四个主要传感器，其中:

一、热释电红外传感器模块103感应后上方也即头部所在区域方向的人体红外来判断装置后方是否有人员存在，之所以只检测头部区域主要原因有两点，一是因为热释电模块一般适用于感应运动中的人体，对于静止不动的人体很可能无法感应（本实施例不排除可检测静止人体的传感器），当学生处于认真学习状态时，身躯的变化幅度往往很小，反而头部的变化相对于身躯更加丰富多变；第二是因为热释电模块的感应距离较远，如果因某种原因学生未入座，为了避免装置接收到后排学生的红外，将热释电模块的朝向设置为后上方向，这样就不会感应到后排学生从而导致误触发了。

二、第一红外测距传感器模块104的探头朝向正后方，用于检测装置与人员前胸的距离；通过两个第一红外测距传感器模块104的数据可判断人员是正对桌子而坐还是斜对着桌子而坐，通过两个数据的变化可判断人员是否摇动身体。

三、第二红外测距传感器模块105的探头朝向正上方向后倾斜0-15度的斜上方，用于检测人员头部是否前倾以及前倾程度，预设角度可选0度、5度、10度、15度；通常当人员正常坐姿时，第二红外测距传感器模块105发出的红外不会被人员头部遮挡，检测到的距离值不正常，要么很大（天花板的距离值）或无数据（量程不够）；当检测的距离在正常范围内时，则认为人员头部向前倾斜挡住了红外线，随着头部前倾程度增加，该距离会越来越小。

四、第三红外测距传感器模块106的探头分别朝向左斜上方和右斜上方，用于检测人员头部是否向两侧倾斜；与第二红外测距传感器模块105类似的，当第三红外测距传感器模块106检测到的值不正常时，认为人员坐姿正常；当检测的距离在正常范围内时，则认为头部向两侧倾斜挡住了红外线，当然也有可能是手抬起来挡住红外线或身体整体向两侧偏了坐。

在上述的基础上本实施例装置还可以添加一些按键模块107，具体的，可以增加正确按键、错误按键、抢答按键、放弃按键等，使学生可以在课堂上对老师的一些问题进行互动，按键摁下后，无线通信模块102发送对应的按键信息，信号最终会集中汇集到老师用的终端处。

红外测距传感器模块还可以根据需求替换成其他测距模块比如超声波测距传感器模块或激光测距传感器模块。

本实施例装置可采集学生在上课时的学习状态数据,包括人员前胸与桌沿的距离、人员头部前倾情况、人员头部侧倾情况，通过这些学习状态数据可进一步判断学生的学习状态水平。

实施例2，参考附图4，一种学习状态数据采集系统，包括若干如实施例1所述的且设置在桌面预设位置的状态数据采集装置201、设置在状态数据采集装置201所在教室内的信号收发网关202以及服务器203；服务器203可获取与信号收发网关202绑定的状态数据采集装置201的装置ID库、与信号收发网关202对应的定时开关时间信息，并通过移动网络发送装置ID库和定时开关时间信息至对应的信号收发网关202使其保存；定时开关时间信息由班主任老师根据本学期作息时间以及所在班级的课程表综合指定；信号收发网关202根据装置ID库发送定时开关时间信息至与其绑定的各状态数据采集装置201，或根据装置ID库和定时开关时间信息在预设开关时刻发送唤醒休眠命令信息至与其绑定的各状态数据采集装置201；状态数据采集装置201根据定时开关时间信息主动唤醒和休眠，或根据唤醒休眠命令信息被动唤醒和休眠，在唤醒期间采集人员的状态数据并定时上传采集的状态数据至与其绑定的信号收发网关202，该信号收发网关202转发状态数据至服务器203；服务器203根据单个状态数据采集装置201的状态数据判断该状态数据采集装置201对应的学生的个人学习状态水平，根据与单个信号收发网关202绑定的所有状态数据采集装置201的状态数据判断该信号收发网关202对应的班级的整体学习状态水平；服务器203最终将判断结果发送至老师和其他相关管理人员。

本实施例系统的安装步骤：首先，需要安装人员将若干状态数据采集装置201各自固定安装在课桌上的预定位置以及将信号收发网关202固定安装在教室的预定位置；然后，通过手机分别扫描所有状态数据采集装置201上的二维码以及信号收发网关202上的二维码，获取包括装置ID号和网关ID号在内的信息后上传至服务器203；最后，服务器203会将所有状态数据采集装置201的ID号形成装置ID库并与信号收发网关202的网关ID号绑定，然后将装置ID库发送至对应的信号收发网关202，信号收发网关202根据该装置ID库与每个状态数据采集装置201收发信号测试。系统安装完毕后正式使用前，需要老师通过手机扫描本教室的信号收发网关202上的二维码获取网关设备信息并连接服务器203，然后上传定时开关时间信息至服务器203，服务器203随后将定时开关时间信息发送至对应的信号收发网关202；定时开关时间信息需要老师根据本学期的实际课程表、上课时间、下课时间、课间时间综合制定，每个班级的课程不一样，一些课程需要在户外或特定场所上课，比如体育课、音乐课、计算机课等，在上这些课程时，主教室将不会有学生在，故而定时开关时间信息需要根据实际情况制定。

本实施例系统具有多重效果，第一，系统中的状态数据采集装置201可以检测人员是否存在，汇总发送至服务器203即相当于考勤功能，进一步的通过该系统学校可以自动统计每个班级的出勤率；第二，根据定时开关时间信息状态数据采集装置201可以仅在上课阶段启动检测，其余时间可以休眠节省耗电同时避免课间的检测干扰整体检测结果；第三，状态数据采集装置201可以根据采集的状态数据，通过检测状态数据的变化频率进一步判断学生在上课时的活动程度，间接判断学生学习时注意力的集中程度；第四，状态数据采集装置201可以根据采集的学习状态数据判断人员坐姿是否标准，反馈学生使其以正确坐姿学习，提高学习效率，减少近视几率；第五，根据采集的状态数据，服务器203可综合判断学生个人或班级整体的学习状态水平，以及以历史学习状态水平为基础判断学习状态表现。

实施例3，参考附图5，一种学生学习状态水平判断方法，包括：

S301获取预设时段内代表人员前胸与桌沿距离的第一距离数据、代表人员头部前倾程度的第二距离数据、代表人员头部侧倾的第三距离数据；本步骤中，预设时段通常为一节课的时间，单次学习状态水平即默认以一节课时间为基准。

S302根据第一距离数据以及预设标准距离范围确定桌距超范总时长、短时剧变频次；根据第二距离数据以及前倾程度权重表确定人员的头部前倾总时长、头部前倾总权重时长、前倾短时剧变频次；根据第三距离数据确定人员的头部侧倾总时长、头部侧倾频次；本步骤主要是将采集各原始距离数据加工成各种状态指标。

S303根据短时剧变频次、前倾短时剧变频次、头部侧倾频次综合确定人员的身体活动程度；根据桌距超范总时长、头部前倾总时长、头部侧倾总时长综合确定人员的坐姿规范程度；根据头部前倾总权重时长综合确定人员的前倾严重程度。

S304根据身体活动程度、坐姿规范程度、前倾严重程度确定该人员的本次学习状态水平。

本实施例方法是将实施例1采集的原始状态数据进行二次加工计算，根据一系列算法最终得出学生的学习状态水平。整体算法中包含一些中间状态指标，下面一一介绍，其中，第一距离数据延伸出了桌距超范总时长、短时剧变频次两个状态指标。桌距超范总时长：为坐姿规范程度的主要指标之一，学生学习时，通常认定标准坐姿的要求是胸口距离桌子一拳距离，故以一拳距离为核心，可设定出一个普适性的预设标准距离范围，小于或大于该预设标准距离范围则认为该人员的桌距超出范围，即坐姿有问题，通过计算人员桌距超出范围总时间即可确定桌距超范总时长。短时剧变频次：为身体活动程度的主要指标之一，通常学生处于注意力集中状态时，自然而然的身体趋向于静止状态，即出现这种情况时第一距离数据的变化很小，或者说仅存在微小波动；身体的变化会带动头部的变化，当第一距离数据短时间内发生大的变化时，往往意味着注意力的中断，故定义一节课时间出现第一距离数据短时间内发生大的变化的次数为短时剧变频次；正常情况下，学生认真学习时，因为身体需要活动调节，短时剧变频次总会有但比较小，但是短时剧变频次很高时，则认为该学生学习时有多余的动作、注意力不集中。

第二距离数据延伸出了头部前倾总时长、头部前倾总权重时长、前倾短时剧变频次三个状态指标。头部前倾总时长：为坐姿规范程度的主要指标之一，正常坐姿情况下，人员头部是不会挡住红外线，第二距离数据固定为天花板的距离值或无数据（量程不够），而当人员头部前倾时，则可以检测到处于正常值范围内的第二距离数据，计算正常值范围内的第二距离数据的总时间即可确定头部前倾总时长。头部前倾总权重时长：为前倾严重程度的唯一指标，前倾程度权重表是预先将在第二距离数据的正常范围根据经验总结的前倾严重级别拆分为多个档位，每个档位具有对应的权重，距离越小则权重越大；单纯统计头部前倾总时长无法判断人员的前倾严重程度，但是可以通过统计前倾严重级别每个档位的时长后，再将每个档位的时长乘上该档位对应的权重得到权重时长，最终将每个档位的权重时长相加得到可以衡量前倾严重程度的头部前倾总权重时长。前倾短时剧变频次：为身体活动程度的主要指标之一，与短时剧变频次类似的，定义一节课时间出现第二距离数据短时间内发生大的变化的次数为前倾短时剧变频次（正常值范围内），前倾短时剧变频次很高时，则认为该学生不仅有头部前倾情况，且学习时有多余的动作、注意力不集中；

第三距离数据延伸出了头部侧倾总时长、头部侧倾频次两个状态指标。头部侧倾总时长：为坐姿规范程度的主要指标之一，与头部前倾总时长类似，计算正常值范围内的第三距离数据的总时间即可确定头部侧倾总时长，正常坐姿下头部很少会向两侧倾斜或者向两侧边坐使头部挡住红外线，比较大的可能是手臂支撑在桌面上然后头部斜靠在手上，这种情况第一距离数据可能无法体现出来，但是第三距离数据可直观体现出来。头部侧倾频次：为身体活动程度的主要指标之一，与短时剧变频次和前倾短时剧变频次类似，头部侧倾频次很高时，则认为学生学习时有多余的动作，影响注意力。

学生的学习状态水平影响因素很多，包括学生本身的身体状况和心理状况、学生课程兴趣程度、教师教学讲课水平、课程本身枯燥程度等，故而得出的人员的单次学习状态水平仅仅是一个大致估算，象征意义大于实际意义，对于个人来说，需要结合人员的历史学习状态水平、班级学习状态水平才能更好的评估人员的实际学习状态表现。学习状态水平和学习状态表现两个词的词义比较接近，本发明中，为了更好的区分，将两者的概念更清楚的描述下：学习状态水平是根据状态数据然后通过算法得出的，最终得到的结果是通过数值体现的；而学习状态表现是根据历史数据的比较得出的，最终得到的结果是通过优秀、良好等程度词体现的。

本实施例中，在学生学习状态水平判断方法的基础上，还可以评价个人的学习状态表现，具体的，包括：

获取人员的历史学习状态水平数据，获取以班级为单位的本次学习状态水平数据；

将人员的本次学习状态水平数据与历史学习状态水平数据进行比较分析，确定该人员以自身为基准的本次学习状态表现；将人员的本次学习状态水平数据与班级的本次学习状态水平数据进行比较分析，确定该人员以班级平均水平为基准的本次学习状态表现。

通过以自身为基准的本次学习状态表现和以班级平均水平为基准的本次学习状态表现两个维度，可大致判断出学生相对于过往的学习状态表现如何，以及在班级中的学习状态表现。如何对于老师来说，即使有学生在班级中的学习状态表现较差，但是相对自身学习状态表现有进步，那也是值得肯定的，毕竟个体与个体之间总会存在差别。

本实施例中，在学生学习状态水平判断方法的基础上，还可评价班级的学习状态表现，具体的，包括：

获取以班级为单位的本次学习状态水平数据和历史学习状态水平数据；

将班级的本次学习状态水平数据与班级的本次学习状态水平数据进行比较分析，确定该班级的本次学习状态表现。

由于班级的本次学习状态表现是包括所有学生的，班级表现如果存在较明显的变动，往往可能意味着老师的教学讲课水平，需要反思如何提高讲课水平使学生认真听讲。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。

Claims (9)

1.一种学习状态数据采集装置，其特征在于：可固定安装于桌面且接近近桌沿位置，包括壳体以及设置在壳体内的电路板和可充电池，所述电路板包括微控制器模块以及分别与微控制器模块连接的无线通信模块、人体感应模块、状态数据采集模块；

所述无线通信模块用于接收定时开关时间信息或唤醒休眠命令信息以及上传采集的状态数据，所述微控制器模块根据定时开关时间信息主动唤醒和休眠或根据唤醒休眠命令信息被动唤醒和休眠；

所述人体感应模块的感应探头朝向后方，用于检测是否有人员存在；唤醒期间当所述人体感应模块检测到装置后方有人员存在时，所述微控制器模块启动所述状态数据采集模块采集状态数据；

所述状态数据采集模块包括第一测距传感器模块和第二测距传感器模块；所述第一测距传感器模块的探头朝向正后方，用于检测装置与人员前胸的距离；所述第二测距传感器模块的探头朝向正上方向后倾斜0-15度的斜上方，也即朝向正常标准坐姿时人员头部前方的区域方向，用于检测人员头部是否前倾以及前倾程度。

2.根据权利要求1所述的一种学习状态数据采集装置，其特征在于：所述状态数据采集模块还包括第三测距传感器模块，所述第三测距传感器模块的数量为两个，呈左右对称分布设置，且探头分别朝向左斜上方和右斜上方，也即朝向正常标准坐姿时人员左肩上方、头部左侧的区域方向和右肩上方、头部右侧的区域方向，用于检测人员头部是否向两侧倾斜。

3.根据权利要求1所述的一种学习状态数据采集装置，其特征在于：所述第二测距传感器模块的数量为两个，且呈左右对称分布设置。

4.根据权利要求1所述的一种学习状态数据采集装置，其特征在于：所述坐姿状态数据采集模块为超声波测距传感器模块或红外测距传感器模块或激光测距传感器模块。

5.根据权利要求1所述的一种学习状态数据采集装置，其特征在于：所述人体感应模块为热释电红外传感器模块，所述热释电红外传感器模块的感应探头朝向斜上方，也即正常标准坐姿时人员头部所在的区域方向。

6.根据权利要求1所述的一种学习状态数据采集装置，其特征在于：所述电路板还包括与微控制器模块连接的按键模块，当按键模块被按住后，所述微控制器模块通过无线通信模块发送对应的按键信息。

7.一种学习状态数据采集系统，其特征在于：包括若干设置在桌面预设位置的状态数据采集装置、设置在教室内的信号收发网关以及服务器；

所述服务器可获取与信号收发网关绑定的状态数据采集装置的装置ID库、与信号收发网关对应的定时开关时间信息，并通过移动网络发送装置ID库和定时开关时间信息至对应的信号收发网关使其保存；所述定时开关时间信息根据作息时间以及信号收发网关所在班级的课程表综合确定；

所述信号收发网关根据装置ID库发送定时开关时间信息至与其绑定的各状态数据采集装置，或根据装置ID库和定时开关时间信息在预设开关时刻发送唤醒休眠命令信息至与其绑定的各状态数据采集装置；

所述状态数据采集装置根据定时开关时间信息主动唤醒和休眠，或根据唤醒休眠命令信息被动唤醒和休眠，在唤醒期间采集学生的状态数据并定时上传采集的状态数据至与其绑定的信号收发网关，该信号收发网关转发状态数据至服务器；

所述服务器根据单个状态数据采集装置的状态数据判断该状态数据采集装置对应的学生的个人学习状态水平，根据与单个信号收发网关绑定的所有状态数据采集装置的状态数据判断该信号收发网关对应的班级的整体学习状态水平。

8.根据权利要求7所述的一种学习状态数据采集系统，其特征在于：所述状态数据采集装置包括人体感应模块、状态数据采集模块；

唤醒期间当所述人体感应模块感应座位有人员存在时，所述状态数据采集模块启动并采集状态数据；

所述状态数据采集模块包括第一测距传感器模块和第二测距传感器模块；所述第一测距传感器模块的探头朝向人员前胸，用于检测装置与人员前胸的距离；所述第二测距传感器模块的探头朝向正常标准坐姿时人员头部前方的区域方向，用于检测人员头部是否前倾以及前倾程度。

9.根据权利要求8所述的一种学习状态数据采集系统，其特征在于：所述状态数据采集模块还包括第三测距传感器模块，所述第三测距传感器模块的数量为两个，呈左右对称分布设置，且探头分别朝向正常标准坐姿时人员左肩上方、头部左侧的区域方向和右肩上方、头部右侧的区域方向，用于检测人员头部是否向两侧倾斜。