CN204331993U - 一种小学生安全与学习综合辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小学生安全与学习综合辅助系统，包括学生手持安全学习终端、手表式隐形报警触发器、头戴式学习状态监测提醒器和家长手持终端。本实用新型能够针对小学生的人身安全和学习习惯的培养问题提供实时监控，保证小学生人身安全，同时引导小学生养成良好的学习习惯。

Description

一种小学生安全与学习综合辅助系统

技术领域

本实用新型涉及一种小学生生活辅助用具，尤其涉及一种小学生安全与学习综合辅助系统。

背景技术

目前，小学生的生活受到家长、教师和社会的普遍关注，特别是小学生的人身安全和学习习惯的培养问题。在小学生人身安全问题上，由于我国快速发展所衍生的社会问题，例如复杂的社会人员中潜在的不法分子给孩子造成的威胁、快节奏的生活造成家长对小学生监管的空缺，都使得小学生的安全问题成为家长与教师最为牵挂的首要事情。另一方面，由于小学阶段是一个人养成良好学习习惯培养的关键时期，如学习时应集中注意力、规律的作息、正确的读书写字姿势等良好学习习惯的培养，也是家长和教师关心的主要问题。而目前尚未出现针对小学生人身安全和学习习惯培养进行监控与辅助提醒的设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种小学生安全与学习综合辅助系统，能够针对小学生的人身安全和学习习惯的培养问题提供实时监控，保证小学生人身安全，同时引导小学生养成良好的学习习惯。

本实用新型采用下述技术方案：

一种小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：包括学生手持安全学习终端、手表式隐形报警触发器、头戴式学习状态监测提醒器和家长手持终端；

所述的学生手持安全学习终端包括长方体的第一壳体，第一壳体内设置有第一微控制器、第一电源模块、GPRS通讯模块、GPS卫星定位模块、语音模块、实时时钟模块、第一短距离无线通讯模块，所述的第一壳体上表面设置有液晶显示屏、第一按键输入模块和红外测距模块，GPRS通讯模块、GPS卫星定位模块、语音模块、实时时钟模块、第一短距离无线通讯模块、液晶显示屏、第一按键输入模块和红外测距模块分别连接第一微控制器；

所述的手表式隐形报警触发器佩戴于学生手腕部，手表式隐形报警触发器包括第二壳体，第二壳体上下两侧设置有表带，第二壳体内设置有第二微控制器、第二电源模块和第二短距离无线通讯模块；第二壳体上表面设置有数字液晶时间显示模块和第二按键输入模块，第二短距离无线通讯模块、数字液晶时间显示模块和第二按键输入模块分别连接第二微控制器；

所述的头戴式学习状态监测提醒器包括设置有调节锁紧装置的弧形弹性紧箍，弹性紧箍的一端固定有圆柱形塑料材质的第三壳体，第三壳体内设置有第三微控制器、数据存储模块、第三短距离无线通讯模块、微振动电机提醒模块和第三电源模块，弹性紧箍上设置有LED警示灯及TGAM脑波采集处理模块，所述的TGAM脑波采集处理模块包括脑波传感单元、与使用者左眼或右眼上方前额接触的干电极EEG和与使用者左耳垂或右耳垂接触的参考电极REF，干电极EEG和参考电极REF的输出端分别连接脑波传感单元的信号输入端，脑波传感单元的信号输出端连接第三微控制器的信号输入端，数据存储模块、第三短距离无线通讯模块、微振动电机提醒模块和LED警示灯分别连接第三微控制器；

所述的家长手持终端采用具有GPRS通讯模块和蓝牙模块的智能手机或平板电脑；

学生手持安全学习终端和手表式隐形报警触发器分别利用第一短距离无线通讯模块和第二短距离无线通讯模块相互通信，学生手持安全学习终端利用GPRS通讯模块与家长手持终端相互通信；头戴式学习状态监测提醒器和家长手持终端分别利用第三短距离无线通讯模块和蓝牙模块相互通信。

所述的干电极EEG通过弧形弹性连接杆固定在弹性紧箍上；所述的弹性紧箍的另一端固定连接万向软管的一端，万向软管的另一端设置有耳垂夹，参考电极REF设置在耳垂夹的内表面。

所述的手表式隐形报警触发器的第二壳体靠近手掌方向侧面下部设置有紧急求救按钮。

所述的头戴式学习状态监测提醒器的第三壳体上设置有第三短距离无线通讯模块开关。

所述的学生手持安全学习终端中，第一壳体上设置有LED提示灯，第一微控制器的信号输出端连接LED提示灯的信号输入端；第一微控制器采用STM32F103VB型芯片；第一短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；GPRS通讯模块包括华为GTM900-C无线通信单元、MIC和扬声器单元、手机SIM卡单元及天线；GPS卫星定位模块采用主芯片为U-BLOX NEO-6M的GPS卫星定位模块；语音模块采用语音芯片ISD1730；实时时钟模块包括涓流充电实时时钟芯片DS1302及CR2032纽扣电池；第一电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元。

所述的手表式隐形报警触发器中，第二微控制器采用低功耗ATmega8单片机；第二电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元；第二短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；数字液晶时间显示模块采用带LCD驱动模块的段式液晶屏。

所述的头戴式学习状态监测提醒器中，第三微控制器采用低功耗ATmega8单片机；第三短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；微振动电机提醒模块包括微振动电机及驱动单元；第三电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元。

本实用新型在使用过程中，在校外活动或上下学时，小学生佩戴手表式隐形报警触发器，并将学生手持安全学习终端放置于学生书包或衣服口袋中，当遇到紧急情况时能够通过隐蔽地按压紧急求救按钮进行报警，动作隐蔽，不易被不法分子发现，能够避免学生在报警时带来的不必要的伤害。当学生手持安全学习终端接收到报警信号后，还可利用语音模块进行语音报警，能够威慑犯罪分子并向路人求助。当小学生进入教室处于学习过程中，可将学生手持安全学习终端正面朝上放置在作业或书本前侧5-10CM的有效监测范围内，利用红外测距模块检测学生在书写时头部与课桌的距离，当学生的头部离课桌距离小于设定的标准距离时向第一微控制器发送报警信号，再由第一微控制器控制LED提示灯进行发光提示及语音模块进行语音提示，能够监督学生的读书写字姿势是否规范。头戴式学习状态监测提醒器能够实时采集分析使用者的脑波频率谱等数据，当学生注意力集中时，LED警示灯不作任何显示，当学生注意力分散或下降时，第三微控制器控制微振动电机进行短时间小振幅模式振动提醒，同时控制LED警示灯显示为稳定红色，当学生处于昏睡状态时，第三微控制器控制微振动电机进行长时间大振幅模式提醒，同时控制LED警示灯闪烁显示，教师可方便的观察LED灯的显示方式判断学生对教学的反馈情况和学习状态。家长使用家长手持终端能够实时查询小学生位置，本实用新型中使用基于GPS卫星定位和GPRS通信基站定位技术的精确双定位，实现了小学生的位置定位无盲区，使得家长能够随时随地准确查询小学生所处的有效位置信息；家长还可使用家长手持终端采集头戴式学习状态监测提醒器中存储的脑波频率谱等数据，便于家长进行进一步分析以掌握小学生每天的学习状态，帮助小学生养成良好的学习习惯。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型中学生手持安全学习终端的原理框图；

图3为本实用新型中手表式隐形报警触发器的原理框图；

图4为本实用新型中头戴式学习状态监测提醒器的原理框图；

图5为本实用新型中头戴式学习状态监测提醒器的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型包括学生手持安全学习终端、手表式隐形报警触发器、头戴式学习状态监测提醒器和家长手持终端。

所述的学生手持安全学习终端放置于学生书包或衣服口袋中，包括呈长方体的第一壳体，第一壳体内设置有第一微控制器、第一电源模块、GPRS通讯模块、GPS卫星定位模块、语音模块、实时时钟模块、第一短距离无线通讯模块，所述的第一壳体上表面设置有LED提示灯、液晶显示屏、第一按键输入模块和红外测距模块，GPRS通讯模块、GPS卫星定位模块、语音模块、实时时钟模块、第一短距离无线通讯模块、LED提示灯、液晶显示屏、第一按键输入模块和红外测距模块分别连接第一微控制器。

学生手持安全学习终端中，第一微控制器采用STM32F103VB型芯片，用于控制协调终端内各个模块的工作；GPRS通讯模块包括华为GTM900-C无线通信单元、MIC和扬声器单元、手机SIM卡单元及天线；SIM卡开通STK位置服务功能，能够在GPS卫星定位盲区实现GPRS基站定位功能，GPRS通信模块还能够在第一微控制器的控制下实现短消息收发、拨打预设定电话等功能；GPS卫星定位模块采用主芯片为U-BLOX NEO-6M的GPS卫星定位模块，用于实现精准的GPS卫星定位；GPS卫星定位模块和GPRS通讯模块的配合使用能够实现基于GPS导航和GPRS基站的学生位置精确双定位。语音模块采用语音芯片ISD1730及其外部语音录制和播放单元，用于在第一微控制器的控制下，与第一按键输入模块配合完成语音的录制，与实时时钟模块配合完成各种语音的定时播放；液晶显示屏采用3.2寸的TFT彩色液晶触摸屏，与第一微控制器的I/O口连接，用于显示相关界面；第一短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；第一按键输入模块可采用单独的按键，也可利用液晶触摸屏完成输入功能；LED提示灯可采用红色LED提示灯，能够在第一微控制器的控制下发光提醒；第一电源模块为学生手持安全学习终端中的各个模块进行供电，包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元，USB充电保护单元通过带USB接口的5V充电设备对锂电池进行充电，并对锂电池进行必要的保护，电压调节单元将锂电池的电压调整并稳压为5V和3.3V供各个模块使用，第一微控制器定时采样欠电压检测单元并判断锂电池是否接近欠电压；第一微控制器在判断学生手持终端和手表式隐形触发器中任何一个出现欠电压时，给家长发送短消息提醒给锂电池充电，欠电压检测单元和电压调节单元属于本领域成熟的现有技术，在此不再赘述。红外测距模块用于检测学生在书写时头部与课桌的距离，当学生的头部离课桌距离小于设定的标准距离时向第一微控制器发送报警信号，能够监督学生的读书写字姿势是否规范。学生手持安全学习终端利用GPRS通讯模块与家长手持终端相互通信。

所述的手表式隐形报警触发器佩戴于学生手腕部，手表式隐形报警触发器包括第二壳体，第二壳体上下两侧设置有表带，第二壳体内设置有第二微控制器、第二电源模块和第二短距离无线通讯模块；第二壳体上表面设置有数字液晶时间显示模块和第二按键输入模块，第二短距离无线通讯模块、数字液晶时间显示模块和第二按键输入模块分别连接第二微控制器。第二微控制器采用低功耗ATmega8单片机，通过内部集成的定时器实现电子表显示的时间数据，同时控制手表式隐形报警触发器中各个模块的工作；第二短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；数字液晶时间显示模块采用带LCD驱动模块的段式液晶屏，用于显示当前的小时和分钟；第二按键输入模块用于向第二微控制器输入不同的指令信号；第二电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元；USB充电保护单元通过带USB接口的充电器对锂电池进行充电，并对锂电池进行必要的保护，电压调节单元将锂电池的电压调整并稳压为3.3V供手表式隐形报警触发器中各个模块使用，第二微控制器定时采样欠电压检测单元并判断锂电池是否接近欠电压，在接近欠压时给学生手持终端发送数据指令。

所述的手表式隐形报警触发器的第二壳体靠近手掌方向侧面下部设置有紧急求救按钮，在发生紧急危险情况时，学生可以通过向外侧翻动手腕，利用手腕压下紧急求救按钮一定时间，此时第二微控制器接收到紧急求救按钮发送的信号后立即向学生手持安全学习终端发送信号，再由学生手持安全学习终端向家长手持终端和指定的其他手机终端发送包括位置信息的报警信号。由于紧急求救按钮设置于第二壳体靠近手掌方向侧面下部，位置隐蔽，不易被不法分子发现；同时，紧急求救按钮设置于此位置，仅需向外侧翻动手腕即可实现报警，动作隐蔽，不易被不法分子发现，能够避免学生在报警时带来的不必要的伤害。当学生手持安全学习终端接收到报警信号后，还可利用语音模块进行语音报警，能够威慑犯罪分子并向路人求助。学生手持安全学习终端和手表式隐形报警触发器分别利用第一短距离无线通讯模块和第二短距离无线通讯模块相互通信。

所述的头戴式学习状态监测提醒器包括设置有调节锁紧装置1的弧形弹性紧箍2，使用者可根据自己的头形通过调节锁紧装置1佩戴头戴式学习状态监测提醒器，弹性紧箍2的一端固定有圆柱形塑料材质的第三壳体3，第三壳体3内设置有第三微控制器、数据存储模块、第三短距离无线通讯模块、微振动电机提醒模块和第三电源模块，弹性紧箍2上设置有LED警示灯4及TGAM脑波采集处理模块，所述的TGAM脑波采集处理模块包括脑波传感单元、与使用者左眼或右眼上方前额接触的干电极EEG5和与使用者左耳垂或右耳垂接触的参考电极REF6，干电极EEG5和参考电极REF6的输出端分别连接脑波传感单元的信号输入端。在固定干电极EEG5时，可将弹性紧箍2上部前侧与弧形弹性连接杆7的一端固定，弧形弹性连接杆7的另一端固定干电极EEG5；由于弧形弹性连接杆7具有一定弹性，能够产生向使用者面部方向的下压力，使得干电极EEG5贴合使用者左眼或右眼上方前额；在固定参考电极REF6时，可将弹性紧箍2未固定第三壳体3的一端与万向软管8的一端固定，万向软管8的另一端设置有耳垂夹9，参考电极REF6设置在耳垂夹9的内表面。万向软管8能够根据使用者需要调整成不同方向、不同弧度，且能够保持其形状。脑波传感单元的信号输出端连接第三微控制器的信号输入端，数据存储模块、第三短距离无线通讯模块、微振动电机提醒模块和LED警示灯4分别连接第三微控制器。

头戴式学习状态监测提醒器中，第三微控制器采用低功耗ATmega8单片机，用于对TGAM脑波采集处理模块采集到的脑电波进行处理并存储在数据存储模块中，同时控制头戴式学习状态监测提醒器中各个模块的工作；TGAM脑波采集处理模块包括脑波传感单元、干电极EEG5和参考电极REF6，脑波传感单元用于对采样的脑电波进行放大和处理，干电极用来采集脑电波，参考电极为采样信号提供参考电压；第三短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；微振动电机提醒模块包括微振动电机及驱动单元；第三电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元。USB充电保护单元通过带USB接口的充电器对锂电池进行充电，并对锂电池进行必要的保护，电压调节单元将锂电池的电压调整并稳压为3.3V供头戴式学习状态监测提醒器中各个模块使用，第三微控制器定时采样欠电压检测单元并判断锂电池是否接近欠电压，在锂电池接近欠压时给家长手持终端发送提醒信息。

为了避免学生佩戴时第三短距离无线通讯模块的工作对大脑造成电磁辐射，头戴式学习状态监测提醒器的第三壳体3上设置有第三短距离无线通讯模块开关10，利用第三短距离无线通讯模块开关10控制第三短距离无线通讯模块的工作状态，默认状态为关闭。使用者取下头戴式学习状态监测提醒器，在打开开关后，第三微控制器能够自动将数据存储模块中的脑电波数据发送给家长手持终端。

根据大脑输出的三种典型学习状态的脑波特点：α波（8～14HZ）是人们学习与思考的最佳脑波状态，即注意力集中，θ波（4～8HZ）则表示大脑处於似睡非睡的状态，即注意力分散或下降，δ波（0.4～4HZ）是人处于昏睡状态。TGAM脑波采集处理模块能够实时采集使用者的脑波频率谱等数据，并将数据处理后传输给微控制器。传输的脑波数据频率为每秒一次，包括α波、β波、δ波、γ波、θ波等8组独立的脑波数据。第三微控制器将相关脑波数据存储在数据存储模块中，数据存储模块采用EEPROM电可擦除型只读存储器。第三微控制器能够对脑波数据进行分析处理，当为α波时，LED警示灯4不作任何显示，当为θ波时，第三微控制器控制微振动电机进行短时间小振幅模式振动提醒，同时控制LED警示灯4显示为稳定红色，当为δ波时，第三微控制器控制微振动电机进行长时间大振幅模式提醒，同时控制LED警示灯4闪烁显示，教师可方便的观察LED灯的显示方式判断学生对教学的反馈情况和学习状态。本实用新型将TGAM脑波采集处理模块与弧形弹性紧箍2相结合，并通过进行结构上的改进使其能够准确实现使用者脑波的采集，而上述脑波的处理分析方法属于成熟的现有技术，在此不再赘述。

所述的家长手持终端采用具有GPRS通讯模块和蓝牙模块的智能手机或平板电脑；可通过GPRS通讯模块和蓝牙模块分别与学生手持安全学习终端和头戴式学习状态监测提醒器进行通信。

本实用新型在使用过程中，在校外活动或上下学时，小学生佩戴手表式隐形报警触发器，并将学生手持安全学习终端放置于学生书包或衣服口袋中，当遇到紧急情况时能够通过隐蔽地按压紧急求救按钮进行报警，动作隐蔽，不易被不法分子发现，能够避免学生在报警时带来的不必要的伤害。当学生手持安全学习终端接收到报警信号后，还可利用语音模块进行语音报警，能够威慑犯罪分子并向路人求助。当小学生进入教室处于学习过程中，可将学生手持安全学习终端正面朝上放置在作业或书本前侧5-10CM的有效监测范围内，利用红外测距模块检测学生在书写时头部与课桌的距离，当学生的头部里离课桌距离小于设定的标准距离时向第一微控制器发送报警信号，再由第一微控制器控制LED提示灯进行发光提示及语音模块进行语音提示，能够监督学生的读书写字姿势是否规范。头戴式学习状态监测提醒器能够实时采集分析使用者的脑波频率谱等数据，当学生注意力集中时，LED警示灯4不作任何显示，当学生注意力分散或下降时，第三微控制器控制微振动电机进行短时间小振幅模式振动提醒，同时控制LED警示灯4显示为稳定红色，当学生处于昏睡状态时，第三微控制器控制微振动电机进行长时间大振幅模式提醒，同时控制LED警示灯4闪烁显示，教师可方便的观察LED灯的显示方式判断学生对教学的反馈情况和学习状态。家长使用家长手持终端能够实时查询小学生位置，本实用新型中使用基于GPS卫星定位和GPRS通信基站定位技术的精确双定位，实现了小学生的位置定位无盲区，使得家长能够随时随地准确查询小学生所处的有效位置信息；家长还可使用家长手持终端采集头戴式学习状态监测提醒器中存储的脑波频率谱等数据，便于家长进行进一步分析以掌握小学生每天的学习状态，帮助小学生养成良好的学习习惯。

Claims (7)

1.一种小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：包括学生手持安全学习终端、手表式隐形报警触发器、头戴式学习状态监测提醒器和家长手持终端；

所述的学生手持安全学习终端包括长方体的第一壳体，第一壳体内设置有第一微控制器、第一电源模块、GPRS通讯模块、GPS卫星定位模块、语音模块、实时时钟模块、第一短距离无线通讯模块，所述的第一壳体上表面设置有液晶显示屏、第一按键输入模块和红外测距模块，GPRS通讯模块、GPS卫星定位模块、语音模块、实时时钟模块、第一短距离无线通讯模块、液晶显示屏、第一按键输入模块和红外测距模块分别连接第一微控制器；

所述的手表式隐形报警触发器佩戴于学生手腕部，手表式隐形报警触发器包括第二壳体，第二壳体上下两侧设置有表带，第二壳体内设置有第二微控制器、第二电源模块和第二短距离无线通讯模块；第二壳体上表面设置有数字液晶时间显示模块和第二按键输入模块，第二短距离无线通讯模块、数字液晶时间显示模块和第二按键输入模块分别连接第二微控制器；

所述的头戴式学习状态监测提醒器包括设置有调节锁紧装置的弧形弹性紧箍，弹性紧箍的一端固定有圆柱形塑料材质的第三壳体，第三壳体内设置有第三微控制器、数据存储模块、第三短距离无线通讯模块、微振动电机提醒模块和第三电源模块，弹性紧箍上设置有LED警示灯及TGAM脑波采集处理模块，所述的TGAM脑波采集处理模块包括脑波传感单元、与使用者左眼或右眼上方前额接触的干电极EEG和与使用者左耳垂或右耳垂接触的参考电极REF，干电极EEG和参考电极REF的输出端分别连接脑波传感单元的信号输入端，脑波传感单元的信号输出端连接第三微控制器的信号输入端，数据存储模块、第三短距离无线通讯模块、微振动电机提醒模块和LED警示灯分别连接第三微控制器；

所述的家长手持终端采用具有GPRS通讯模块和蓝牙模块的智能手机或平板电脑；

学生手持安全学习终端和手表式隐形报警触发器分别利用第一短距离无线通讯模块和第二短距离无线通讯模块相互通信，学生手持安全学习终端利用GPRS通讯模块与家长手持终端相互通信；头戴式学习状态监测提醒器和家长手持终端分别利用第三短距离无线通讯模块和蓝牙模块相互通信。

2.根据权利要求1所述的小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：所述的干电极EEG通过弧形弹性连接杆固定在弹性紧箍上；所述的弹性紧箍的另一端固定连接万向软管的一端，万向软管的另一端设置有耳垂夹，参考电极REF设置在耳垂夹的内表面。

3.根据权利要求2所述的小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：所述的手表式隐形报警触发器的第二壳体靠近手掌方向侧面下部设置有紧急求救按钮。

4.根据权利要求3所述的小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：所述的头戴式学习状态监测提醒器的第三壳体上设置有第三短距离无线通讯模块开关。

5.根据权利要求4所述的小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：所述的学生手持安全学习终端中，第一壳体上设置有LED提示灯，第一微控制器的信号输出端连接LED提示灯的信号输入端；第一微控制器采用STM32F103VB型芯片；第一短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；GPRS通讯模块包括华为GTM900-C无线通信单元、MIC和扬声器单元、手机SIM卡单元及天线；GPS卫星定位模块采用主芯片为U-BLOX NEO-6M的GPS卫星定位模块；语音模块采用语音芯片ISD1730；实时时钟模块包括涓流充电实时时钟芯片DS1302及CR2032纽扣电池；第一电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元。

6.根据权利要求5所述的小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：所述的手表式隐形报警触发器中，第二微控制器采用低功耗ATmega8单片机；第二电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元；第二短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；数字液晶时间显示模块采用带LCD驱动模块的段式液晶屏。

7.根据权利要求6所述的小学生安全与学习综合辅助系统，其特征在于：所述的头戴式学习状态监测提醒器中，第三微控制器采用低功耗ATmega8单片机；第三短距离无线通讯模块采用蓝牙数据传输模块HM-06；微振动电机提醒模块包括微振动电机及驱动单元；第三电源模块包括USB充电保护单元、锂电池、欠电压检测单元和电压调节单元。