CN204347758U - 体感手环教学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种体感手环教学系统，包括体感无线手环和体感教学控制装置，所述体感无线手环包括依次连接的运动传感器、第一单片机、第二单片机和第一无线数据模块，所述体感教学控制装置包括第三单片机、数字音量控制模块、USB键盘接口芯片和第二无线数据模块，所述第三单片机分别与数字音量控制模块、USB键盘接口芯片和第二无线数据模块连接；所述第一无线数据模块与第二无线数据模块相连接，使体感无线手环与体感教学控制装置之间进行通讯。本实用新型的体感手环教学系统结构简单、使用方便，通过对讲课人员特定手势动作的识别，可以在教学时对计算机和无线话筒音量进行控制，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种教学系统，尤其是一种体感手环教学系统，属于计算机外围设备领域。
背景技术
微软公司设计的演示文稿软件PowerPoint制作的演示文稿PPT文件，广泛应用于多媒体教学中，特别是在学校课堂教学中，普遍使用PPT课件，通过计算机键盘或鼠标可以对PPT幻灯片进行放映，对上一幻灯片或下一幻灯片进行翻页控制等。但在实际应用中，为了达到更好的教学互动效果，教师往往并不是一直对着计算机进行操作，而是需要遥控PPT幻灯片的翻页等，于是用于教学的激光笔应运而生，很好地解决了遥控PPT幻灯片翻页的问题，但教师讲解过程中，需要始终手握激光笔，阻碍了教师手势讲解等方面的灵活演示。
同时，当教师在教室中用话筒讲话时，有时会出现话筒啸叫(突然发出高音)的现象，容易令教师和听众都产生厌烦感，并严重影响教学气氛。
此外，在教师讲话过程中，如果话筒声音过大或过小，只能手动调整功放话筒音量电位器实现，难以遥控实时调整话筒音量的大小。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种体感手环教学系统，该系统结构简单、使用方便，通过对讲课人员特定手势动作的识别，可以在教学时对计算机和无线话筒音量进行控制，具有良好的应用前景。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
体感手环教学系统，包括体感无线手环和体感教学控制装置，所述体感无线手环包括依次连接的运动传感器、第一单片机、第二单片机和第一无线数据模块，所述体感教学控制装置包括第三单片机、数字音量控制模块、USB键盘接口芯片和第二无线数据模块，所述第三单片机分别与数字音量控制模块、USB键盘接口芯片和第二无线数据模块连接；所述第一无线数据模块与第二无线数据模块相连接，使体感无线手环与体感教学控制装置之间进行通讯；
所述数字音量控制模块接收无线话筒的音频信号，以及通过功放向音箱输出音频信号；所述第三单片机通过USB键盘接口芯片对连接投影仪的计算机进行控制，以及通过数字音量控制模块控制进入功放的无线话筒音频信号大小。
作为一种优选方案，所述运动传感器采用MPU-6050传感器，该传感器通过I2C接口与第一单片机连接，共同组成一个输出加速度数据、角速度数据和角度数据的模块。
作为一种优选方案，所述第二单片机采用IAP15F2K61S2单片机芯片，该单片机芯片的串口接收端与第一单片机的串口发送端连接，对第一单片机发送来的加速度数据、角速度数据和角度数据进行处理。
作为一种优选方案，所述第三单片机采用IAP15F2K61S2单片机芯片，该单片机芯片带有A/D转换器，所述A/D转换器实时采样数字音量控制模块所接收的音频信号变化，并输入第三单片机处理。
作为一种优选方案，所述体感无线手环还包括电源模块，所述电源模块用于为运动传感器、第一单片机、第二单片机和第一无线数据模块供电。
作为一种优选方案，所述电源模块包括锂电池和带USB端口的充电保护电路，通过USB端口输入5V电源，经过充电保护电路向锂电池充电。
作为一种优选方案，所述体感教学控制装置还包括显示模块，所述显示模块与第三单片机连接，用于显示体感手环教学装置的工作状态以及无线话筒的音量大小。
作为一种优选方案，所述数字音量控制模块采用PT2315或PT2314数字音频控制芯片。
作为一种优选方案，所述第一无线数据模块和第二无线数据模块均采用蓝牙透传模块、RF无线模块或ZigBee无线模块。
本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本实用新型在讲课人员(如教师)佩戴体感无线手环后，通过手环上的传感器对讲课人员的特定手势进行识别，从而利用体感教学控制装置对计算机进行控制(通常是对PowerPoint上的课件进行遥控翻页)，与现有技术的激光笔相比，能够让讲课人员在课堂上真正把双手解放出来，用于教学的手势辅助讲解和演示，给予师生最大程度的沟通和交流，提高教与学的效果。
2、本实用新型利用手环上的传感器对讲课人员的特定手势进行识别，还可以利用体感教学控制装置实现对无线话筒音量大小进行实时遥控调整，从而得到最合适的话筒音量用于教学传播。
3、本实用新型在讲课人员讲话过程中出现话筒啸叫(突然发出高音)的现象时，体感教学控制装置会自动对声音大小进行提取，从而控制话筒音量迅速减小直至静音，最大程度减少啸叫对现场听众的影响。
附图说明
图1为本实用新型的体感手环教学系统结构原理图。
图2为本实用新型的体感手环教学系统中体感无线手环的结构原理图。
图3为本实用新型的体感手环教学系统中体感教学控制装置的结构原理图。
图4为本实用新型的体感手环教学系统中第一单片机工作流程图。
图5为本实用新型的体感手环教学系统中第二单片机工作流程图。
图6为本实用新型的体感手环教学系统中第三单片机控制流程图。
图7为本实用新型的体感手环教学系统中第三单片机对无线话筒啸叫的处理流程图。
其中，1-运动传感器，2-第一单片机，3-第二单片机，4-第一无线数据模块，5-第三单片机，6-数字音量控制模块，7-USB键盘接口芯片，8-显示模块，9-第二无线数据模块。
具体实施方式
实施例1：
如图1～图3所示，本实施例的体感手环教学系统包括体感无线手环和体感教学控制装置，所述体感无线手环供用户(本实施例的用户为教师)进行单手佩戴，包括运动传感器1、第一单片机2、第二单片机3、第一无线数据模块4和电源模块(图中未示出)，所述体感教学控制装置包括第三单片机5、数字音量控制模块6、USB键盘接口芯片7、显示模块8和第二无线数据模块9，体感教学控制装置各个模块的供电电源由计算机的USB接口提供，该计算机还与投影仪连接；所述第一无线数据模块4与第二无线数据模块8相连接，使体感无线手环与体感教学控制装置之间进行通讯；其中：
体感无线手环中各个模块的详细说明如下：
所述运动传感器1采用MPU-6050传感器，该传感器为全球首例整合性六轴运动处理组件，同时整合了三轴陀螺仪和三轴加速器，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的包装空间，特别适用于便携式、穿戴式电子产品；MPU-6050传感器通过I2C接口与第一单片机2连接，共同组成一个模块，可由君悦智控科技有限公司提供；第一单片机2通过I2C接口的串行时钟SCL和串行数据SDA读取MPU-6050传感器的测量数据，通过第一单片机2的串口发送端输出稳定的加速度数据、角速度数据和角度数据，其中加速度数据包含X轴、Y轴、Z轴三个方向的高低位数据；角速度数据包含X轴、Y轴、Z轴三个方向的高低位数据；角度数据包含X轴、Y轴、Z轴三个方向的高低位数据，如图4所示。
所述第二单片机3采用STC公司的IAP15F2K61S2单片机芯片，其串口的接收端与第一单片机2串口发送端连接，对第一单片机2发送来的加速度数据、角速度数据和角度数据进行处理，由于人的手部动作不同的操作，MPU-6050传感器所获得的数据也是不同的，这些数据均包含X轴、Y轴、Z轴的数据。
所述第二单片机3的工作原理如图5所示，包括以下步骤：
1)第二单片机3初始化，依次分别获取加速度、角速度和角度的X轴、Y轴、Z轴的高低位数据；
2)判断X轴数据短时间内变化是否大于某个设定值，若是，则说明此时用户(佩戴了体感无线手环的用户)的手势动作是向左一挥，用数字代码01表示，通过串口发送端将此数字代码发送给第一无线数据模块4；若否，进入步骤3)；
3)判断X轴数据短时间内反方向变化是否大于某个设定值，若是，则说明此时用户的手势动作是向右一挥，用数字代码02表示，通过串口发送端将此数字代码发送给第一无线数据模块4；若否，进入步骤4)；
4)判断Y轴数据短时间内变化是否大于某个设定值，若是，则说明此时用户的手势动作是向上一挥，用数字代码03表示，通过串口发送端将此数字代码发送给第一无线数据模块4；若否，进入步骤5)；
5)判断Y轴数据短时间内反方向变化是否大于某个设定值，若是，则说明此时用户的手势动作是向下一挥，用数字代码04表示，通过串口发送端将此数字代码发送给第一无线数据模块4；若否，返回步骤1)。
所述第一无线数据模块4的信号输入端口与第二单片机3的串口发送端连接，将第二单片机3发送来的数字代码通过无线的形式发射给第二无线数据模块9。
所述电源模块用于为运动传感器1、第一单片机2、第二单片机3和第一无线数据模块4供电，其包括锂电池和带USB端口的充电保护电路，通过USB端口输入5V电源，经过充电保护电路向锂电池充电。
体感教学控制装置中各个模块的详细说明如下：
所述第二无线数据模块9的输出端与第三单片机5的串口接收端连接，其接收体感无线手环发送来的数字代码，将数字代码传送给第三单片机5。
所述数字音量控制模块6采用台湾普诚科技公司的PT2315或PT2314数字音频控制芯片，其可以接收无线话筒的音频信号，以及通过功放向音箱输出音频信号。
所述第三单片机5采用STC公司的IAP15F2K61S2单片机芯片，该芯片通过USB键盘接口芯片7对计算机进行控制(本实施例是对计算机的PowerPoint软件进行控制)，以及通过数字音量控制模块6控制进入功放的无线话筒音频信号大小；该芯片还自带10位精度AD转换器，所述A/D转换器实时采样数字音量控制模块6所接收的音频信号变化，并输入第三单片机5处理。
所述显示模块8与第三单片机5连接，用于显示体感手环教学装置的工作状态以及无线话筒的音量大小。
所述第三单片机5的控制原理如图6所示，包括以下步骤：
1)第三单片机5初始化，接收第二无线数据模块9的数字代码；
2)判断是否为数字代码01，若是，输出控制信号给USB键盘接口芯片7，通过USB键盘接口芯片7控制计算机中的PowerPoint播放上一页；若否，进入步骤3)；
3)判断是否为数字代码02，若是，输出控制信号给USB键盘接口芯片7，通过USB键盘接口芯片7控制计算机中的PowerPoint播放下一页；若否，进入步骤4)；
4)判断是否为数字代码03，若是，输出控制信号给数字音量控制模块6，通过数字音量控制模块6将进入功放的无线话筒音频信号放大，从而控制无线话筒音量增大；若否，进入步骤5)；
5)判断是否为数字代码04，若是，输出控制信号给数字音量控制模块6，通过数字音量控制模块6将进入功放的无线话筒音频信号缩小，从而控制无线话筒音量减小；若否，返回步骤1)。
所述第三单片机5对无线话筒啸叫的处理如图7所示，包括以下步骤：
1)第三单片机5初始化，A/D转换器采集无线话筒音量数据(即将数字音量控制模块6所接收的无线话筒音频信号转换为数字信号)；
2)判断A/D值是否超过设定值，若是，说明用户对着无线话筒讲话的过程中出现话筒啸叫(突然发出高音)的现象，第三单片机5控制数字音量控制模块6，使进入功放的无线话筒音量减小直至静音，进入步骤3)；若否，返回步骤1)；
3)A/D转换器再次采集无线话筒音量数据，判断A/D值是否超过设定值，若是，继续采集无线话筒音量数据；若否，说明话筒啸叫已经消失，第三单片机5控制数字音量控制模块6使进入功放的无线话筒音量恢复，以最大程度减少话筒啸叫对教学课堂的影响。
上述第一无线数据模块4和第二无线数据模块9均可以采用蓝牙透传模块、RF无线模块、ZigBee无线模块等，只要具有功耗低的特点，并能实现数据的可靠传输即可。
另外，上述运动传感器1选用MPU-6050，但并不是限定传感器的型号，只是提出其中一种解决方案，其他类似的一些加速度传感器、陀螺仪传感器等也可以实现相应功能。
综上所述，本实用新型在讲课人员佩戴体感无线手环后，可以利用体感教学控制装置对计算机进行控制(通常是对PowerPoint上的课件进行遥控翻页)以及对无线话筒音量大小进行实时遥控调整，不仅能够让讲课人员在课堂上真正把双手解放出来，用于教学的手势辅助讲解和演示，给予师生最大程度的沟通和交流，提高教与学的效果，而且可以得到最合适的话筒音量用于教学传播；同时，在讲课人员讲话过程中出现话筒啸叫(突然发出高音)的现象时，体感教学控制装置会自动对声音大小进行提取，从而控制话筒音量迅速减小直至静音，最大程度减少啸叫对现场听众的影响。
以上所述，仅为本实用新型较佳的实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所公开的范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.体感手环教学系统，其特征在于：包括体感无线手环和体感教学控制装置，所述体感无线手环包括依次连接的运动传感器、第一单片机、第二单片机和第一无线数据模块，所述体感教学控制装置包括第三单片机、数字音量控制模块、USB键盘接口芯片和第二无线数据模块，所述第三单片机分别与数字音量控制模块、USB键盘接口芯片和第二无线数据模块连接；所述第一无线数据模块与第二无线数据模块相连接，使体感无线手环与体感教学控制装置之间进行通讯；
所述数字音量控制模块接收无线话筒的音频信号，以及通过功放向音箱输出音频信号；所述第三单片机通过USB键盘接口芯片对连接投影仪的计算机进行控制，以及通过数字音量控制模块控制进入功放的无线话筒音频信号大小。
2.根据权利要求1所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述运动传感器采用MPU-6050传感器，该传感器通过I2C接口与第一单片机连接，共同组成一个输出加速度数据、角速度数据和角度数据的模块。
3.根据权利要求2所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述第二单片机采用IAP15F2K61S2单片机芯片，该单片机芯片的串口接收端与第一单片机的串口发送端连接，对第一单片机发送来的加速度数据、角速度数据和角度数据进行处理。
4.根据权利要求1所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述第三单片机采用IAP15F2K61S2单片机芯片，该单片机芯片带有A/D转换器，所述A/D转换器实时采样数字音量控制模块所接收的音频信号变化，并输入第三单片机处理。
5.根据权利要求1所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述体感无线手环还包括电源模块，所述电源模块用于为运动传感器、第一单片机、第二单片机和第一无线数据模块供电。
6.根据权利要求5所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述电源模块包括锂电池和带USB端口的充电保护电路，通过USB端口输入5V电源，经过充电保护电路向锂电池充电。
7.根据权利要求1所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述体感教学控制装置还包括显示模块，所述显示模块与第三单片机连接，用于显示体感手环教学装置的工作状态以及无线话筒的音量大小。
8.根据权利要求1-7任一项所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述数字音量控制模块采用PT2315或PT2314数字音频控制芯片。
9.根据权利要求1-7任一项所述的体感手环教学系统，其特征在于：所述第一无线数据模块和第二无线数据模块均采用蓝牙透传模块、RF无线模块或ZigBee无线模块。
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| CN105242774A (zh) * | 2015-09-02 | 2016-01-13 | 王盘铭 | 遮阳制冷设备手动调节装置 |
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