CN114052347A - 基于智慧校园环境下具有预防学生近视、学校、教师绩效考核功能的智能手环 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于智慧校园环境下具有预防近视和学校、教师绩效考核功能的智能手环，该手环包括主控MCU、存储器、六轴陀螺仪、心率传感器、GPS、BDS、蓝牙、NB‑IOT、显示屏、光线感应器、距离感应器等，所述六轴陀螺仪检测佩戴者的运动状态、心率传感器检测佩戴者心率、光线传感器检测佩戴者是否处于正常日照范围、GPS与BDS芯片定位佩戴者的位置。最终感应器收集的数据是否达到预防近视所需每天室外运动的时长。距离传感器检测佩戴者的坐姿是否正确，从而达到预防近视的目的。所有采集数据通过NB‑LoT模块与智慧校园服务器相连接，并进行数据处理，这些数据可以作为学生综合素质评价、教师绩效考核、学校考核的一部分，以评价预防近视的目的。

Description

基于智慧校园环境下具有预防学生近视、学校、教师绩效考核 功能的智能手环

技术领域

本发明涉及教育信息化领域。具体用在大中小学在校学生的预防近视、以及教师、学校的绩效考核的数据收集促进学生预防近视。

背景技术

2020年6月6日是全国爱眼日，国民尤其是青少年的近视问题再次引起社会关注。中国国家卫健委于6月5日发布首份《中国眼健康白皮书》，白皮书显示，我国儿童青少年近视率为53.6%，大学生近视率更是超过90%。澳大利亚团队的一项研究则显示，到2050年，全世界将近一半的人都将是近视眼。

2018年8月30日教育部等八部门联合印发《综合防控儿童青少年近视实施方案》到2023年，力争实现全国儿童青少年总体近视率在2018年的基础上每年降低0.5个百分点以上，近视高发省份每年降低1个百分点以上。到2030年，实现全国儿童青少年新发近视率明显下降，儿童青少年视力健康整体水平显著提升，6岁儿童近视率控制在3%左右，小学生近视率下降到38％以下，初中生近视率下降到60％以下，高中阶段学生近视率下降到70％以下，国家学生体质健康标准达标优秀率达25％以上。

2019年9月3教育部、国家卫生健康委与各省区市人民政府和新疆生产建设兵团签订《全面加强儿童青少年近视综合防控工作责任书》。责任书明确提出，省级人民政府从2019年起到2023年，在本省份2018年儿童青少年总体近视率的基础上，力争儿童青少年总体近视率每年下降0.5%以上。

2020年6月6日《环球科学》总结青少年近视成因，1. 长时间呆在室内，缺少日光照射。2. 连续的使用电子产品的时间。3. 课外学习负担重。我在以自己的教育教学的经验，在加上4.整个教育评价体系不完善，过分追求学业的分值，忽视青少年的视力保护。

发明内容

本发明意在提供针对中小学生近视发生的原因上进行研发的国内外第一款具全方位的有预防近视功能的智能手环。同时还具有学校绩效考核、教师绩效考核、学生综合素质评价的作用。

为解决上述技术问题，提供的解决方案是基于智慧校园、智能化校园的系统包括获取模块，获取学生的常规的生理特征（心率、血氧饱和度、体温、血压等）；传感器模块，包括地理位置变化的（GPS和BDS）、运动数据的（重力感应器和加速度感应器、六轴陀螺仪）；无线通讯模块（本手环传输模式有两种：蓝牙、NB-IOT（窄带物联网技术）），可触控面板模块（显示日期、时间、运动数据、身体信息、电池电量等），光线感应模块，距离感应模块，动力模块（充电接口、电池）。以上都模块都与中央处理器模块（主控MCU、存储器）相连接。

所述获取模块包括心率传感器、血压传感器、血氧传感器和体温检传感器，用于手环佩戴者的心率、血压、血氧饱和度和体温的数据，这些数据监测学生的身体常规状况。

所述传感器模块包括重力感应器、加速度感应器、GPS、BDS芯片。通过这些感应器获取学生智能手环佩戴者的具体位置、详细运动状态。通过这些状态的数据收集了解学生的每天在室外的参加体育运动时间，达到国家《综合防控儿童青少年近视实施方案》中要求的“积极引导孩子进行户外活动或体育锻炼，使其在家时每天接触户外自然光的时间达60分钟以上。已患近视的孩子应进一步增加户外活动时间，延缓近视发展。鼓励支持孩子参加各种形式的体育活动，督促孩子认真完成寒暑假体育作业，使其掌握1―2项体育运动技能，引导孩子养成终身锻炼习惯”。同时这些数据与获取模块的数据、同个班级的数据、以及实时天气数据互为印证，确保这些数据的准确有效。

优选的，光线传感器的功能是检测使用者周围的自然光线强度，配合GPS和BDS、以及获取模块，最终获得使用者每天在户外的运动时间。

优选的，光线传感器的功能获取使用者周围的非自然光线强度，以及使用者的运动状态，通过振动马达的震动发出久坐提醒、光线强弱提醒。

优选的，传感器模块中的定位功能是通过GPS定位芯片和BDS北斗导航芯片实现的，所述定位模块根据不同信号强度切换GPS定位芯片和北斗导航芯片工作，用于提供位置信息；

优选的，距离传感器的功能是使用者以标准姿势（手环佩戴在左手）进行学习时，进行距离检测，使用者的人与书籍之间的距离在35厘米左右（约一尺），超过一定范围则发出提醒。

优选的，所述无线通讯模块包括蓝牙模块、NB-LoT模块。蓝牙模块用于近场通讯（与手机等进行数据交流），NB-LoT模块（窄带物联网）用于广域场通讯与定位。同时NB-LoT还具有覆盖广（室内室外都可覆盖，）、海量连接（适合校园场景应用）、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点，也是未来物联网的一部分。该模块还应用于学生电子签到、门禁、上课答题等智能化校园的各种场景。

所述电源模块包括电池、数据总线模块，电池模块为整个手环运行提供动力。数据模块可以通过USB接口充电同时还可以进行数据传输。

所述可触控显示模块、用于常规的时间、日期、运动数据、生理数据、电池电量的显示。

所述中央处理器模块包括主控MCU芯片和存储器，主控MCU芯片分别于获取模块、传感器模块、无线通讯模块、电池模块、显示模块进行数据交换预处理，并协调各个模块之间的工作。存储器用于临时存储各种使用者的生理和运动数据，在适合的情况下通过无线通讯模块将数据上传到智慧校园的服务器中。

优选的,中央处理器模块还包含振动马达,用于向佩戴智能手环的学生发出振动信号,用于提醒佩戴者长时间学习、不运动的久坐状态,以及身体的其他异常情况,同时详情在可触控显示模块上反应出来。

优选的，所述电源模块的接口是一端Type-C另一端为USB国家标准的数据线，对电池进行充电功能。手环上的Type-C接口将安装防渗橡胶塞，用于防水。所述中央处理器模块用于检测电源模块的电量以及充电以及电量情况，同时控制手环的数据输入与输出。

优选的，上述电源模块使用的是可充电锂电池。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.由于本发明的防近视智能手环包括传感器模块、无线通讯模块与中央处理器模块相连接。使用者在通过光线传感器获取的数值确定是否是自然光线环境，配合GPS定位芯片和BDS北斗导航芯片的定位功能确定使用者所处的环境，同时配合取获取模块的心率传感器、血压传感器、血氧传感器和体温检传感器，确定使用者的运动状态。使用者处于自然光线环境下而且运动的状态进行统计计时。在适合的情况下通过蓝牙连接手机后在传入服务器中，或者在智慧校园环境中通过NB-IoT传入服务器中，再进一步以智慧校园评价模型对学生的行为进行记录上传到区块链中，作为学生的日常素质评价的重要依据，作为教师绩效考核、学校绩效考核、政府绩效考核的重要依据。

2.由于本发明智能手环有距离感应器，在使用者坐姿正确（面部距离书籍35cm左右）则不会发出任何警示，如果小于30cm则会通过振动马达发出坐姿提醒。

3. 由于本发明智能手环有六轴陀螺仪、重力感应器、加速度感应器等元器件，如果使用者长时间低频运动则通过振动马达发出久坐提醒。

4.由于本发明重力感应器、六轴陀螺仪等通过使用者的重力点变化、位移状态变化判断睡眠时长与睡眠质量。如果小学生每天睡眠低于10个小时、初中生低于9个小时、高中阶段学生小于8个小时。则通过振动马达和显示屏幕发出睡眠提醒。

5.由于本发明有GPS和BDS芯片，时间可以同步校准，当使用者在夜晚超过（小学时晚9点，初中晚10点，高中晚11点）则发出熬夜提醒，如果熬夜时间过长（超过凌晨零点）则再次发出熬夜提醒，同时向家长发出近视提醒。所有的学生行为记录到综合素质评价体系中。并记录到区块链。最终作为学生评优，评先进以及综合评价的重要参考依据。

6.由于本发明有GPS和BDS芯片，通过芯片可以适时知道使用者的位置，如果使用者有规律的出现在家庭住址以外的地方，且与数据库中课外培训机构位置一致，同时多次出现在不同的教育机构中，则可以认为家长盲目参加课外培训、跟风报班，则需要对家长进行说明近视和疲劳学习的危害。

7.由于本发明有蓝牙模块，可以与电子产品相连接。通过配套软件可以控制相应的电子产品使用权限。针对学龄前儿童使用电子产品，非学习目的的电子产品使用单次不宜超过15分钟，每天累计不宜超过1小时，则自动进入待机状态。如果是小学、中学学生则可以适当延长使用时间，但每次使用时长不能超过30―40分钟。否则进入待机状态，在休息10分钟后才可以再次进入使用状态。

8.由于本发明智能手环包括获取模块、无线通讯模块与中央处理器模块相连接。使用者在日常中的户外体育锻炼数据、位置数据、光照数据等个体要与集体相一致，否则可以认为存在数据造假的可能。这从根本上杜绝了主观的数据作假的可能，最终获得的数据也是真实可信的。这些数据和学生的升学，评优相结合。从而从数据上倒逼整个教育体系重视学生视力的预防。

9.由于本发明的智能手环包括传感器模块、获取模块、无线通讯模块与中央处理器模块相连接。在使用者进行各种创造活动（创客、机器人、发明、技能比赛等），小组活动等。这些活动中都需要有我们智能手环参与，而且有的过程性的辅助数据，才可以参与评奖，那么这些创造活动将是学生自身真实能力的体现，这些将是学生兴趣爱好的进一步发展的推动器，这些更有利于学生的个性的成长与发展、国家的人才的培养。

10. 由于本发明的智能手环包括传感器模块、获取模块、无线通讯模块、可触控显示模块与中央处理器模块相连接。可以通过传感器模块获取学生在课堂上的学习状态、可以与智慧校园的适时图像处理、AI系统相连，教师实时了解学生的学习情况，及时调整教学方法与策略。

11. 由于本发明的智能手环包括传感器模块、获取模块、无线通讯模块、可触控显示模块与中央处理器模块相连接。如果发现通过无线通讯模块所获得的数据没有变化或者变化幅度不大，则联系其监护人，了解其具体状况。如果应该使用而没有使用的情况，则属于学生平时行为这一块不得分，学生也无法获得相应的奖励。

12.由于本发明使用对象为学生，主要作用是预防学生的近视，这是一个长期而漫长的过程。同时本发明属于智能穿戴，所以需要长期坚持佩戴才可以有预防近视的效果。同时学生的生活范围主要集中在家庭与学校，所以本发明能够实现预防近视效果，则需要家庭与学校共同努力。

13.由于本发明使用对象为学生，主要作用是预防学生的近视。本发明注重的是近视产生的原因，并利用智能手环时刻注意规避这些问题。这个智能手环一直伴随着使用者的整个成长过程，所有的数据产生都是伴随着生成的，不需要特别的学习过程，所有的数据在不知不觉中采集到服务器中。但是这个采集过程涉及到隐私以及伦理过程，这个需要签订协议以及在智能化校园系统里执行最为严格的安全要求。

14. 由于本发明使用主要对象为学生，主要作用是预防近视的产生。本发明的数据主要用于学生的日常的行为情况，教师、学校执行国家预防近视的情况，并依靠这些数据对学生、教师、学校作出一定的奖励性评价，最终能够在一定程度上减少青少年的近视产生率。

15 由于本发明的智能手环只是一个基于智慧校园的硬件终端，功能是全面收集学生日常数据从中判断使用者是否按照预防近视标准来进行学习生活。我们的数据可以作为学生综合素质评价的一部分，但还需要校园网络、大型数据库、以及AI的支持。具体以什么样的形式加入综合素质评价模型还需要后续研究。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明综合素质评价的智能手环所公开内容的启发下想出各种解决方案，这些解决方案而进行的变化、修改、替换、变形也都属于本发明的保护范围之内。本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

附图说明

图1表示本发明与手机的近距离的通讯模式。

图2表示本发明与智慧校园的远距离的通讯模式。

图3表示本发明功能模块与结构方式的原理示意图。

图4表示本发明功能模块与智慧校园后台连接以及工作的原理示意图。

图5表示本发明功能模块测定坐姿防近视的原理示意图。

图6表示本发明功能模块测定日照时长预防近视的原理示意图。

图7表示本发明功能模块通过蓝牙解锁电子产品并控制使用时长预防近视的原理示意图。

图8表示本发明整个应用原理及示意图。

Claims (14)

1.一种基于智慧校园环境下具有预防学生近视、学校、教师绩效考核功能的智能手环其特征;包括:1。

2.本发明的产品的形态是一种智能穿戴设备——智能手环，主要佩戴在手腕处。

3.本发明主要应用场景是大中小学生的日常学习生活。

4.本发明的主要目的是预防学生近视的产生，次要目的以预防近视过程中教师、学校的工作过程数字化，并以数字值作为教师与学校的绩效考核依据。

5.根据权利要求1所述一种基于智慧校园环境下具有预防学生近视、学校、教师绩效考核功能的智能手环其要求项2。

6.以GPS和BDS实现位置信息。

7.以光线传感器和计时芯片实现使用者环境判断与计时。

8.以六轴陀螺仪实现使用者的运动状态判定。

9.以心率传感器、血压传感器、血氧传感器和体温检传感器，实现学生生理信息的收集。

10.以可触控显示屏幕实现时间、日期、运动数据、生理数据、电池电量的显示。

11.以蓝牙模块、NB-LoT模块实现近处通讯和广域通讯。

12.以主控MCU芯片和存储器实现数据的预处理和数据暂时存储。

13.以智慧校园的服务器实现所有数据的处理，以AI模型实现数据真实性判断，以区块链进行最终数据存储。

14.以可充电电池实现手环常规工作支撑。

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