CN113082665A - 一种幼儿早教用体育教学体验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种幼儿早教用体育教学体验装置，涉及体育教学体验技术领域，包括体验运动手环、体验运动垫与控制终端，所述体验运动手环包括温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血压监测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器、数据处理模块、第一通信模块，所述体验运动垫包括体重检测模块、加热模块、音乐模块、空气温湿度检测模块、第一控制模块、第二通信模块，所述控制终端包括中央控制器、显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块与存储模块；所述显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块、存储模块分别与所述中央控制器连接，所述中央控制器与所述第一通信模块、第二通信模块连接。
Description
技术领域
本发明涉及体育教学体验技术领域，具体为一种幼儿早教用体育教学体验装置。
背景技术
幼儿，指儿童从一到三岁这一时期，介于幼儿期和学龄前时期之间。幼儿无论在神经发育上还是心理发育上，都出现了新的发展，神经纤维有显著的突触生长和髓鞘形成，认知能力突然增加。此阶段最适合儿童身体发育。与1岁以内幼儿相比，身长和体重的增长速度有所减慢。生后第一年身长共增长25厘米左右，1岁后身长增长速度逐渐减慢，1～2岁内全年身长增长约10厘米此阶段最适合儿童身体发育，在这个阶段鼓励儿童探索、尝试新的事物与环境是非常重要的，这个时期幼儿会学会说一些字或者比较简单的词语，在大人的帮助下还能够逐渐的学会走路。
很多人认为孩子教育要从胎教开始，其实幼儿在2～3岁才开始更快的吸收知识，这个阶段也是孩子真正的起跑阶段，如果孩子能够在这个阶段打下良好的基础，对孩子以后会有很大的帮助。
目前，现有技术中针对幼儿进行体育训练的工具不能够评价儿童的各阶段的体格并提供及营养早教建议，不利于教师或家长随时对幼儿身体进行评价和掌握。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种幼儿早教用体育教学体验装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种幼儿早教用体育教学体验装置，包括体验运动手环、体验运动垫与控制终端，所述体验运动手环包括温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血压监测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器、数据处理模块、第一通信模块，所述温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器分别于所述数据处理模块连接，所述数据处理模块与所述第一通信模块连接，
所述姿态检测模块用于检测幼儿是否被摔倒；所述声音采集模块用于检测幼儿是否啼哭；所述脉搏检测传感器用于检测幼儿运动时候的脉搏变化；所述血氧检测传感器用于检测幼儿体内的血氧含量；所述计时模块用于检测幼儿的运动时间、摔倒时间与啼哭时间；所述汗液检测传感器用于检测幼儿的汗液的钠离子浓度；
所述体验运动垫包括体重检测模块、加热模块、音乐模块、空气温湿度检测模块、第一控制模块、第二通信模块，所述体重检测模块、加热模块、音乐模块、空气温湿度检测模块、第二通信模块分别于所述第一控制模块连接，所述第一控制模块与所述第一通信模块连接，
所述控制终端包括中央控制器、显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块与存储模块；所述显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块、存储模块分别与所述中央控制器连接，所述中央控制器与所述第一通信模块、第二通信模块连接；
所述体验运动手环、体验运动垫、控制终端的工作方式包括以下内容：
工作人员分别设置血压监测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值、温度检测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值、脉搏检测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值；
在幼儿运动的过程中，判断脉搏检测传感器、血压监测传感器、温度检测传感器的检测数值是否在各自设定的最低正常阈值与最高正常阈值之间，若不在则中央控制器通过预警模块发出警报信息并通过显示模块显示出来，工作人员制止该幼儿继续运动
在幼儿的运动过程中，体验运动垫的空气温湿度检测模块检测空气的温度和湿度信息并传输给中央控制模块，中央控制模块根据空气的温湿度信息调节加热模块的温度：
脉搏检测传感器内还设置有波动速率阈值，工作人员若发现有幼儿的脉搏检测传感器在运动过程中波动速率小于设置的波动速率，则判断该幼儿没有进行运动，对该运动不感兴趣，教学老师将安排该幼儿进行其它运动；
具体而言，有氧运动中合理心率＝(最大心率－安静心率－年龄)×Q+安静心率。公式中的最大心率设置为210；安静心率指运动前相对安静状态下的心率；Q代表运动量，50％及以下为小运动量，大于50％小于75％为中运动量，75％及以上为大运动量。
如某幼儿2岁、安静心率100次/每分钟、家长希望改幼儿进行小运动量有氧运动，确定有氧心率＝(210－100－2)×50％+100＝154次/每分钟。
需要说明的是，此处的心率理解为等同脉搏的跳动频率。
所述姿态检测模块还包括心率传感器，所述心率传感器与所述数据处理模块连接；
在幼儿的运动过程中，中央控制器根据心率算法和心率疲劳指数算法获得人体实时心率HR和心率疲劳指数F，中央控制器通过人体实时心率HR、心理疲劳指数F、人体实时血氧饱和度SPO2、人体温度T、血压指数P通过人体综合疲劳指数算法得出人体综合疲劳指数Tr，所述人体综合疲劳指数Tr大于临界值时，中央控制器通过预警模块预警。
优选的，所述姿态检测模块包括与数据处理模块均连接的振动传感器、陀螺仪和重力加速度传感器。
优选的，还包括体脂检测模块，所述体脂检测模块与所述第一控制模块连接。
优选的，所述声音采集模块包括第一采集单元，用于采集训练用幼儿啼哭声数据；
标注单元，用于对所述训练用幼儿啼哭声数据进行分类标注；
第一提取单元，用于提取每一个分类标注的训练用幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数以生成训练用数据文件；
初始权值单元，用于根据所述训练用数据文件并采用逐层预训练的方式得到深层神经网络中每一层的初始权值；
哭声模型单元，用于根据深层神经网络中所有层的初始权值并采用BP算法获取所述深层神经网络的哭声模型；
第二采集单元，用于采集待识别的幼儿啼哭声数据，提取待识别的幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数；
哭声识别器单元，用于根据待识别的幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数和所述哭声模型进行哭声识别，
其中，所述初始权值单元得到深层神经网络中从第四层开始的每一层初始权值包括：从第一层至第N-2层中各相邻两层之间的第一权值以及从第N-2层至第N层中各相邻两层之间的随机权值，其中，N为待获取初始权值的当前层的层数，N为大于等于四的正整数。
优选的，所述标注模块，还用于在对所述训练用幼儿啼哭声数据进行分类标注之前，对所述训练用幼儿啼哭声数据进行剔除噪音和背景说话声的预处理。
优选的，所述标注模块进行的所述分类标注包括病理性幼儿啼哭声和非病理性幼儿啼哭声。
本发明的有益效果是：
1、通过体验运动手环实时采集幼儿的状态反馈给第一控制器与中央控制器，根据幼儿的状态自动或手动调节体验运动垫的温度，同时可以监测幼儿是否摔倒，摔倒的时间等情况，更加精确的掌握幼儿运动时候的状态，并且可以检测出幼儿的疲劳程度，提醒家长及时使幼儿停止运动。
2、通过采集训练用婴儿啼哭声数据；对所述训练用婴儿啼哭声数据进行分类标注；提取每一个分类标注的训练用婴儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数以生成训练用数据文件；根据所述训练用数据文件并采用逐层预训练的方式得到深层神经网络中每一层的初始权值；根据深层神经网络中所有层的初始权值并采用BP算法获取所述深层神经网络的哭声模型；采集待识别的婴儿啼哭声数据，提取待识别的婴儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数；根据待识别的婴儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数和所述哭声模型进行哭声识别，能够提高对婴儿啼哭声的识别率。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的声音采集模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种幼儿早教用体育教学体验装置，包括体验运动手环、体验运动垫与控制终端，所述体验运动手环包括温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血压监测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器、数据处理模块、第一通信模块，所述温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器分别于所述数据处理模块连接，所述数据处理模块与所述第一通信模块连接，
一种幼儿早教用体育教学体验装置，包括体验运动手环、体验运动垫与控制终端，所述体验运动手环包括温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血压监测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器、数据处理模块、第一通信模块，所述温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器分别于所述数据处理模块连接，所述数据处理模块与所述第一通信模块连接，
所述姿态检测模块用于检测幼儿是否被摔倒；所述声音采集模块用于检测幼儿是否啼哭；
所述脉搏检测传感器用于检测幼儿运动时候的脉搏变化；所述血氧检测传感器用于检测幼儿体内的血氧含量；所述计时模块用于检测幼儿的运动时间、摔倒时间与啼哭时间；所述汗液检测传感器用于检测幼儿的汗液的钠离子浓度；
所述体验运动垫包括体重检测模块、加热模块、音乐模块、空气温湿度检测模块、第一控制模块、第二通信模块，所述体重检测模块、加热模块、音乐模块、空气温湿度检测模块、第二通信模块分别于所述第一控制模块连接，所述第一控制模块与所述第一通信模块连接，
所述控制终端包括中央控制器、显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块与存储模块；所述显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块、存储模块分别与所述中央控制器连接，所述中央控制器与所述第一通信模块、第二通信模块连接；
为了防止幼儿在运动过程中身体出现异常而老师不能及时得知的情况，所述体验运动手环、体验运动垫、控制终端的工作方式包括以下内容：
工作人员分别设置血压监测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值、温度检测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值、脉搏检测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值；
在幼儿运动的过程中，判断脉搏检测传感器、血压监测传感器、温度检测传感器的检测数值是否在各自设定的最低正常阈值与最高正常阈值之间，若不在则中央控制器通过预警模块发出警报信息并通过显示模块显示出来，工作人员制止该幼儿继续运动；
体验运动垫可以是一个很大的垫子，上面有很多的幼儿同时运动，也可以是适用于个人的体验运动点，在室内的地板上铺上若干体验运动垫，每个运动垫上只有一个幼儿，考虑到刚开始运动的时候幼儿会因为温度低着凉，中央控制器控制加热模块对体验运动垫进行加热。
但是在运动一段时间以后，幼儿会出汗，如果室内存在很多幼儿，那么空气中的湿度会增加，温度会升高；因此在幼儿的运动过程中，体验运动垫的空气温湿度检测模块检测空气的温度和湿度信息并传输给中央控制模块，中央控制模块根据空气的温湿度信息调节加热模块的温度：
除此之外，还考虑到有的幼儿可能没有跟着老师运动，老师也不能及时得知，导致该幼儿在运动课程结束后并没有任何的进步，脉搏检测传感器内还设置有波动速率阈值，工作人员若发现有幼儿的脉搏检测传感器在运动过程中波动速率小于设置的波动速率，则判断该幼儿没有进行运动，对该运动不感兴趣，就会有其他教学老师安排该幼儿进行其它运动。
在上述的大环境下，考虑到一个老师带多名幼儿不能及时得知幼儿是否摔倒；所述姿态检测模块包括与数据处理模块均连接的振动传感器、陀螺仪和重力加速度传感器，通过体验运动手环实时采集幼儿的状态反馈给第一控制器与中央控制器，可以监测幼儿是否摔倒，摔倒的时间等情况，更加精确的掌握幼儿运动时候的状态。
在上述的大环境下，考虑到幼儿可能没有运动到设定的最高正常阈值就已经疲惫了，但是老师还不知道，所述姿态检测模块还包括心率传感器，所述心率传感器与所述数据处理模块连接，中央控制器根据心率算法和心率疲劳指数算法获得人体实时心率HR和心率疲劳指数F，中央控制器通过人体实时心率HR、心理疲劳指数F、人体实时血氧饱和度SPO2、人体温度T、血压指数P通过人体综合疲劳指数算法得出人体综合疲劳指数Tr，所述人体综合疲劳指数Tr大于临界值时，中央控制器通过预警模块预警。
需要说明的是，还包括体脂检测模块，所述体脂检测模块与所述第一控制模块连接。
需要说明的是，所述声音采集模块包括第一采集单元，用于采集训练用幼儿啼哭声数据；
标注单元，用于对所述训练用幼儿啼哭声数据进行分类标注；
第一提取单元，用于提取每一个分类标注的训练用幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数以生成训练用数据文件；
初始权值单元，用于根据所述训练用数据文件并采用逐层预训练的方式得到深层神经网络中每一层的初始权值；
哭声模型单元，用于根据深层神经网络中所有层的初始权值并采用BP算法获取所述深层神经网络的哭声模型；
第二采集单元，用于采集待识别的幼儿啼哭声数据，提取待识别的幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数；
哭声识别器单元，用于根据待识别的幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数和所述哭声模型进行哭声识别，
其中，所述初始权值单元得到深层神经网络中从第四层开始的每一层初始权值包括：从第一层至第N-2层中各相邻两层之间的第一权值以及从第N-2层至第N层中各相邻两层之间的随机权值，其中，N为待获取初始权值的当前层的层数，N为大于等于四的正整数。
需要说明的是，所述标注模块，还用于在对所述训练用幼儿啼哭声数据进行分类标注之前，对所述训练用幼儿啼哭声数据进行剔除噪音和背景说话声的预处理。
需要说明的是，所述标注模块进行的所述分类标注包括病理性幼儿啼哭声和非病理性幼儿啼哭声。
通过采集训练用婴儿啼哭声数据；对所述训练用婴儿啼哭声数据进行分类标注；提取每一个分类标注的训练用婴儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数以生成训练用数据文件；根据所述训练用数据文件并采用逐层预训练的方式得到深层神经网络中每一层的初始权值；根据深层神经网络中所有层的初始权值并采用BP算法获取所述深层神经网络的哭声模型；采集待识别的婴儿啼哭声数据，提取待识别的婴儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数；根据待识别的婴儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数和所述哭声模型进行哭声识别，能够提高对婴儿啼哭声的识别率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种幼儿早教用体育教学体验装置，其特征在于，包括体验运动手环、体验运动垫与控制终端，所述体验运动手环包括温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血压监测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器、数据处理模块、第一通信模块，所述温度检测传感器、姿态检测模块、声音采集模块、脉搏检测传感器、血氧检测传感器、计时模块、汗液检测传感器分别于所述数据处理模块连接，所述数据处理模块与所述第一通信模块连接，
所述姿态检测模块用于检测幼儿是否被摔倒；所述声音采集模块用于检测幼儿是否啼哭；所述脉搏检测传感器用于检测幼儿运动时候的脉搏变化；所述血氧检测传感器用于检测幼儿体内的血氧含量；所述计时模块用于检测幼儿的运动时间、摔倒时间与啼哭时间；所述汗液检测传感器用于检测幼儿的汗液的钠离子浓度；
所述体验运动垫包括体重检测模块、加热模块、音乐模块、空气温湿度检测模块、第一控制模块、第二通信模块，所述体重检测模块、加热模块、音乐模块、空气温湿度检测模块、第二通信模块分别于所述第一控制模块连接，所述第一控制模块与所述第一通信模块连接，
所述控制终端包括中央控制器、显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块与存储模块；所述显示模块、温度调节模块、音乐调节模块、预警模块、存储模块分别与所述中央控制器连接，所述中央控制器与所述第一通信模块、第二通信模块连接；
所述体验运动手环、体验运动垫、控制终端的工作方式包括以下内容：
工作人员分别设置血压监测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值、温度检测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值、脉搏检测传感器的最低正常阈值与最高正常阈值；
在幼儿运动的过程中，判断脉搏检测传感器、血压监测传感器、温度检测传感器的检测数值是否在各自设定的最低正常阈值与最高正常阈值之间，若不在则中央控制器通过预警模块发出警报信息并通过显示模块显示出来，工作人员制止该幼儿继续运动
在幼儿的运动过程中，体验运动垫的空气温湿度检测模块检测空气的温度和湿度信息并传输给中央控制模块，中央控制模块根据空气的温湿度信息调节加热模块的温度：
脉搏检测传感器内还设置有波动速率阈值，工作人员若发现有幼儿的脉搏检测传感器在运动过程中波动速率小于设置的波动速率，则判断该幼儿没有进行运动，对该运动不感兴趣，教学老师将安排该幼儿进行其它运动；
所述姿态检测模块还包括心率传感器，所述心率传感器与所述数据处理模块连接；
在幼儿的运动过程中，中央控制器根据心率算法和心率疲劳指数算法获得人体实时心率HR和心率疲劳指数F，中央控制器通过人体实时心率HR、心理疲劳指数F、人体实时血氧饱和度SPO2、人体温度T、血压指数P通过人体综合疲劳指数算法得出人体综合疲劳指数Tr，所述人体综合疲劳指数Tr大于临界值时，中央控制器通过预警模块预警。
2.根据权利要求1所述的一种幼儿早教用体育教学体验装置，其特征在于，所述姿态检测模块包括与数据处理模块均连接的振动传感器、陀螺仪和重力加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种幼儿早教用体育教学体验装置，其特征在于，还包括体脂检测模块，所述体脂检测模块与所述第一控制模块连接。
4.根据权利要求1所述的一种幼儿早教用体育教学体验装置，其特征在于，所述声音采集模块包括第一采集单元，用于采集训练用幼儿啼哭声数据；
标注单元，用于对所述训练用幼儿啼哭声数据进行分类标注；
第一提取单元，用于提取每一个分类标注的训练用幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数以生成训练用数据文件；
初始权值单元，用于根据所述训练用数据文件并采用逐层预训练的方式得到深层神经网络中每一层的初始权值；
哭声模型单元，用于根据深层神经网络中所有层的初始权值并采用BP算法获取所述深层神经网络的哭声模型；
第二采集单元，用于采集待识别的幼儿啼哭声数据，提取待识别的幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数；
哭声识别器单元，用于根据待识别的幼儿啼哭声数据中每段音频的梅尔域倒谱系数和所述哭声模型进行哭声识别，
其中，所述初始权值单元得到深层神经网络中从第四层开始的每一层初始权值包括：从第一层至第N-2层中各相邻两层之间的第一权值以及从第N-2层至第N层中各相邻两层之间的随机权值，其中，N为待获取初始权值的当前层的层数，N为大于等于四的正整数。
5.根据权利要求4所述的一种幼儿早教用体育教学体验装置，其特征在于，所述标注模块，还用于在对所述训练用幼儿啼哭声数据进行分类标注之前，对所述训练用幼儿啼哭声数据进行剔除噪音和背景说话声的预处理。
6.根据权利要求5所述的一种幼儿早教用体育教学体验装置，其特征在于，所述标注模块进行的所述分类标注包括病理性幼儿啼哭声和非病理性幼儿啼哭声。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210709 |