CN206964188U - 智能学习辅助手环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能学习辅助手环，包括手环主体、手环腕带、电路板、电池及后盖；所述的电路板上焊接有处理器、震动马达、加速度传感器、心率传感器、集成模拟前端及无线连接装置。本实用新型能提高学生的学习效率，并在上课犯困的时候发出振动提醒，能辅助解决课外阅读量低、对课外知识无兴趣的问题以及学生到课率低的问题；能制定学习计划，学习过程中脱离手机等具有学习辅助功能的电子设备，同时帮助学生了解自己的学习状况和健康状况。

Description

智能学习辅助手环

技术领域

本实用新型涉及一种智能电子设备，尤其涉及一种智能学习辅助手环。

背景技术

随着物联网创新浪潮的兴起和发展，一些智能穿戴逐渐进入我们的生活。智能手环作为一种穿戴式智能设备，用户可以使用它记录日常生活中的锻炼、睡眠、部分还有饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板等移动设备同步，起到通过数据指导健康生活的作用。

目前，市场上的智能手环多种多样，比如具有门禁解锁功能的智能手环、具有远程通话和定位功能的智能手环，面向运动健康领域的智能手环，等等。其中，面向运动健康领域的智能手环最受欢迎。但是，针对学生群体，以学习辅助为主要功能的手环尚未出现。同时，学生人数在中国人口中占据一个相当大的比例，他们中的绝大多数面临着不小的学习压力，因此，有必要针对学习辅助方面进行可穿戴智能化设计。

实用新型内容

本实用新型的目的：提供一种智能学习辅助手环，结构简单，使用方便，成本低。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种智能学习辅助手环，包括手环主体、手环腕带、电路板、电池及后盖；所述的手环腕带连接在所述的手环主体上，构成手环主体并佩戴在腕部；所述的手环主体的前端面上嵌装有电子屏幕，所述的电路板及电池分别设置在所述的手环主体内，并通过所述的后盖罩盖，所述的电池分别与所述的电路板及电子屏幕电连接；所述的电路板上焊接有处理器、震动马达、加速度传感器、心率传感器、集成模拟前端及无线连接装置，所述的震动马达、加速度传感器、集成模拟前端及无线连接装置分别与所述的处理器连接，所述的心率传感器与所述的集成模拟前端连接；所述的后盖的中部设有镂空部，所述的心率传感器的外露部分适配嵌装在所述的后盖的镂空部内。

上述的智能学习辅助手环，其中，所述的无线连接装置为蓝牙芯片，所述的蓝牙芯片通过蓝牙协议与智能电子终端无线连接。

上述的智能学习辅助手环，其中，所述的心率传感器的外露部分的中部设有两个监测孔，所述的心率传感器的LED发光体适配嵌装在所述的监测孔内。

上述的智能学习辅助手环，其中，所述的两个监测孔为矩形结构。

上述的智能学习辅助手环，其中，所述的手环腕带的一端设有扣接凸起，所述的手环腕带的另一端间隔设有多个扣接孔，所述的手环腕带的一端通过所述的扣接凸起适配扣接在所述的扣接孔上。

上述的智能学习辅助手环，其中，所述的手环腕带的另一端设有环体，所述的手环腕带的一端贯穿所述的环体。

上述的智能学习辅助手环，其中，还包括基站，所述的基站与所述的无线连接装置无线连接。

本实用新型能提高学生的学习效率，并在上课犯困的时候发出振动提醒，能辅助解决课外阅读量低、对课外知识无兴趣的问题以及学生到课率低的问题；能制定学习计划，学习过程中脱离手机等具有学习辅助功能的电子设备，同时帮助学生了解自己的学习状况和健康状况。

附图说明

图1是本实用新型智能学习辅助手环的结构示意图。

图2是本实用新型智能学习辅助手环的分解图。

图3是本实用新型智能学习辅助手环的电路板的主视图。

图4是本实用新型智能学习辅助手环的使用功能一中学习效率与学习时间的相关曲线图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

请参见附图1至附图3所示，一种智能学习辅助手环，包括手环主体1、手环腕带2、电路板3、电池及后盖4；所述的手环腕带2连接在所述的手环主体1上，构成手环主体并佩戴在腕部；所述的手环主体1的前端面上嵌装有电子屏幕，所述的电路板3及电池分别设置在所述的手环主体1内，并通过所述的后盖4罩盖，所述的电池分别与所述的电路板3及电子屏幕电连接；所述的电路板3上焊接有处理器31、震动马达32、加速度传感器33、心率传感器34、集成模拟前端35及无线连接装置36，所述的震动马达32、加速度传感器33、集成模拟前端35及无线连接装置36分别与所述的处理器31连接，所述的心率传感器34与所述的集成模拟前端35连接；所述的后盖4的中部设有镂空部，所述的心率传感器34的外露部分适配嵌装在所述的后盖4的镂空部内。

所述的无线连接装置36为蓝牙芯片，所述的蓝牙芯片通过蓝牙协议与智能电子终端无线连接，可与智能手机等电子设备连接。

所述的心率传感器34的外露部分的中部设有两个监测孔37，所述的心率传感器34的LED发光体适配嵌装在所述的监测孔37内，便于对血管收缩情况的监测。

所述的两个监测孔37为矩形结构，便于心率传感器34的LED发光体通过监测孔37发出绿光，用于监测心率。

所述的手环腕带2的一端设有扣接凸起21，所述的手环腕带2的另一端间隔设有多个扣接孔23，所述的手环腕带2的一端通过所述的扣接凸起21适配扣接在所述的扣接孔23上，便于调节手环腕带2的长度，以适应不同粗细的手腕的佩戴。

所述的手环腕带2的另一端设有环体22，所述的手环腕带2的一端贯穿所述的环体22，使手环腕带2的佩戴更稳定。

还包括基站，所述的基站与所述的无线连接装置36无线连接，可用于记录使用者在基站一定范围内停留的时间。

在本实用新型中，处理器31可采用MT2502A处理器，MT2502家族芯片采用高度整合、超轻薄的系统封装，支持双模蓝牙功能及整合式2G modem，微型控制器单元采用ARM v7架构，具备整合内存控制器。专为单一功能型可穿戴设备所打造的高度整合式系统单芯片，体积超轻薄，采用ARM7EJ-S架构的系统封装，具备整合联网能力。

加速度传感器33能够分别测量X、Y、Z三个方面的加速度值，X方向值的大小代表水平移动，Y方向值的大小代表垂直移动，Z方向值的大小代表空间垂直方向。可以通过科学计算获得运动参数，在智能穿戴设备中常用于计步功能、久坐提醒等功能。也可以通过其监测获得的数据来分析运动的状态，例如搭载在机器人上的加速度传感器33可以识别机器人是在水平运动还是上下坡等。

心率传感器34可采用光电心率传感器，通过让一个LED发光对准血管，接收反射光的强度检测。因为血管的收缩会引起反射光周期性的强度变化，而血管收缩的频率就是心率。信号转换过程：当LED光射向皮肤，透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号，最后发送至芯片进行分析，去除偏差较大的不准确信号，再经过计算获得实时的心率数据。

集成模拟前端35可采用AFE4403芯片，是一种完全集成的AFE。其芯片本身支持心率、血氧计算算法，可以通过心率传感器34获得的数据进行心率的计算。

无线连接装置36可采用NRF51822芯片，该芯片为低功耗RF无线芯片，基于蓝牙4.0，用于无线连接和智能设备的互连模块。其中包含全面的蓝牙低功耗配置文件、服务以及示例应用集合。

使用功能一：根据心率和动作分析，计算最大学习时间

情景示例：使用者在智能电子终端的APP中开启学习监测模式，手环将会进行一段时间（1h）持续地数据监测，并在结束时通过分析数据，反馈给使用者一个最大学习时间，例如40min，也就是在这40min内使用者能够保持一个较高的学习效率。而使用者可以参考这个数据合理安排学习计划。比如，一个人的最大学习时间为40min，那么他可以连续学习40min，之后休息5min，再继续学习，即整个周期为45min。这样以来，就能够避免连续学习一两个小时而效率不高的情况。

心率分析科学性综述：

附图4为学习效率与学习时间的相关曲线，不难看出学习效率会随时间推移逐渐达到一个峰值，之后便会逐渐下降。所以在我们学习的时候应该避免在学习效率低的情况下来学习。更进一步，人在精神集中于某件事时（针对这里的情况，可以认为他集中精力在看书），他的心率往往维持在一个较高且较稳定的数值，来自我们实际测定的数据，绝大多数人的心率会维持在80bpm-100bpm之间，通常在90bpm附近波动。所以，如果在监测模式下，使用者的心率低于70bpm，甚至低于65bpm，就很容易判断出他此时的精神状态不佳，这是心率分析的科学性。

通过APP控制手环开启监测模式，在监测模式下，心率传感器34控制绿色LED发光管高频闪烁，通过对反射光的强度进行分析、记录来获取使用者血管收缩的频率。该过程中需要集成模拟前端35提供算法分析支持，最终获得一个较为精准的心率数据的显示。

动作分析科学性综述：

对于绝大多数人，在他的精神高度集中时，他的肢体动作将会减少。比如，当一个学生在进行一场重要的考试时，他将会是身子微微前倾，右手写字，左手压稳试卷，并维持这个姿势较长一段时间不变。虽然在过程中可能会有一定的肢体活动，但是从整体上说他的动作变化幅度和范围是很小的。与之相反，当一个人内心有较大情绪波动时，他的身体部位会不自主地运动。比如无意识地摩擦双手，小腿不自觉抖动。所以，我们可以通过监测使用者的动作，进而分析推测他现在的情绪状态。当然，当你内心比较烦躁时，你的情绪也会表现在你的动作上，这是显而易见的。这便是动作分析的科学性。

通过手机APP控制手环开启监测模式（此模式能够同时检测心率和动作），在监测模式下，加速度传感器33可以实时地记录使用者的动作情况，特别是其佩戴部位（一般为手臂）的动作情况。之后，加速度传感器33将记录的数据传给处理器31进行分析，以此来判断使用者的运动情况，比如是安安稳稳地坐着，还是肢体活动的频率比较大。

基于上面对心率和动作的科学性分析，把数据（包括心率数据和动作数据）经由无线连接装置36发送给手机，手机APP中通过算法实现对数据的分析，为使用者计算出一个合理的最大学习时间。

使用功能二：上课犯困提醒

情景示例：学生可以在上课时开启上课犯困提醒模式，当听讲过程中昏昏欲睡时，手环可以对他进行智能唤醒，保证他的听讲质量。

科学性分析：当一个人精神状态不佳、昏昏欲睡时，他的心率情况一般稳定在一个较低值。经过对随机群体样本的测量调查，绝大多数人在想睡觉或睡着的状态下，其心率维持在60bpm到70bpm之间。基于上述调查分析，我们可以通过手环对使用者的心率进行实时监测，当数值低于一定值时进行唤醒。

使用者需在APP中开启犯困智能唤醒模式，在此模式下，心率传感器34和集成模拟前端35可以对使用者的心率进行实时监测，当检查发现使用者心率在一段时间一直处于一种较低状态时，经处理器31发送控制信号给震动马达32，震动马达32发出震动并唤醒使用者，以此来确保使用者的上课听课质量。

使用功能三：记录使用者在图书馆、操场的时间

情景示例：使用者（学生）可以在APP中看到自己一天在图书馆进行阅读的时间和在操场锻炼身体的时间，每日积累，也可以为自己制定更加长远的目标，比如一个月完成50小时的课外阅读和30小时的体育锻炼。

本功能即对使用者在某地点所停留时间进行记录，通过无线连接装置36与基站（可采用基于CC2540的基站装置，非手环部件，需要单独配置在所需地点）的建立连接来完成记录。首先无线连接装置36可以让手环与基站连接，并记录连接开始的时间。当使用者离开该地点范围时，无线连接装置36与基站断开连接，再次记录连接中断的时间，计算时间差值，发送到APP中，完成对在该地点停留时间的测定。

使用功能四：辅助教师完成日常学生签到

情景示例：学生可佩戴手环去上课，在进行教室范围时，手环可以帮助学生自动签到，省去老师点名的麻烦。

本功能的实现主要基于蓝牙连接和心率测定。无线连接装置36与安置在教室的基站进行连接，基站主设备记录连接信息和对手环的识别，完成对特定同学的签到记录。而心率传感器34和集成模拟前端35可以对使用者的心率进行实时监测，并通过心率对比，进行是否为相同个体的识别。也就是说，每个人在相同的时间点不可能有完全相同的心率数据，由此便保证了无法让其他同学代签，保证了不会出现一个人佩戴两个手环的情况。

使用功能五：学习计划定制

情景示例：在APP中制定当天的学习计划，之后便可以把手机放在家中或宿舍。智能学习手环可在相应的时间对下一步的学习内容进行智能提示，在学习计划结束后，你可以对计划的完成度进行自评并分享计划，增强学习的趣味度。

使用者需在APP中设置自己的学习计划，包括在某几个时间段的具体安排。之后，APP中的计划数据经由无线连接装置36送至手环，并通过处理器31内部的时钟在相应的时间点由震动马达32进行无声提醒，提示使用者下一步的计划安排。

使用功能六：学习数据反馈系统

情景示例：使用者（学生）可以使用APP内置的学习反馈系统，查看自己的最大效率时间，有效学习次数，计划完成情况，总学习时间等数据，并参考数据分析进行自我完善。反馈系统的数据也方便家长了解孩子的学习情况，在及时对孩子进行帮助。

本功能主要是对以上几个功能中所测得的各种数据进行分析、记录，并把它们整合在手机APP的一个页面中。其中需要无线连接装置36与手机进行互传数据和处理器31对数据进行分析。

使用功能七：身体健康数据反馈

情景示例：使用者可以使用APP内置的健康评价系统，该系统通过分析运动量、睡眠质量、心率情况等多种数据，对使用者的身体情况进行综合评估。使用者根据评估和建议规划自己的锻炼或运动，从而避免长时间不运动导致的身体素质下降。

本功能通过对记录的锻炼时间，运动量（步数）和心率波动情况等数据，经由APP内置的算法进行分析，对使用者的身体情况进行评估。

其中，运动量（步数）的测量记录需要加速度传感器33的支持，锻炼时间的记录需要无线连接装置36的支持，心率数据的获取需要心率传感器34和集成模拟前端35的支持。把这些数据进行综合整理，通过无线连接装置36发送给APP，再由APP内置的算法进行分析，并将分析结果反馈在相应页面中。

综上所述，本实用新型能提高学生的学习效率，并在上课犯困的时候发出振动提醒，能辅助解决课外阅读量低、对课外知识无兴趣的问题以及学生到课率低的问题；能制定学习计划，学习过程中脱离手机等具有学习辅助功能的电子设备，同时帮助学生了解自己的学习状况和健康状况。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能学习辅助手环，其特征在于：包括手环主体、手环腕带、电路板、电池及后盖；所述的手环腕带连接在所述的手环主体上，构成手环主体并佩戴在腕部；所述的手环主体的前端面上嵌装有电子屏幕，所述的电路板及电池分别设置在所述的手环主体内，并通过所述的后盖罩盖，所述的电池分别与所述的电路板及电子屏幕电连接；所述的电路板上焊接有处理器、震动马达、加速度传感器、心率传感器、集成模拟前端及无线连接装置，所述的震动马达、加速度传感器、集成模拟前端及无线连接装置分别与所述的处理器连接，所述的心率传感器与所述的集成模拟前端连接；所述的后盖的中部设有镂空部，所述的心率传感器的外露部分适配嵌装在所述的后盖的镂空部内。

2.根据权利要求1所述的智能学习辅助手环，其特征在于：所述的无线连接装置为蓝牙芯片，所述的蓝牙芯片通过蓝牙协议与智能电子终端无线连接。

3.根据权利要求1所述的智能学习辅助手环，其特征在于：所述的心率传感器的外露部分的中部设有两个监测孔，所述的心率传感器的LED发光体适配嵌装在所述的监测孔内。

4.根据权利要求3所述的智能学习辅助手环，其特征在于：所述的两个监测孔为矩形结构。

5.根据权利要求1所述的智能学习辅助手环，其特征在于：所述的手环腕带的一端设有扣接凸起，所述的手环腕带的另一端间隔设有多个扣接孔，所述的手环腕带的一端通过所述的扣接凸起适配扣接在所述的扣接孔上。

6.根据权利要求1所述的智能学习辅助手环，其特征在于：所述的手环腕带的另一端设有环体，所述的手环腕带的一端贯穿所述的环体。

7.根据权利要求1所述的智能学习辅助手环，其特征在于：还包括基站，所述的基站与所述的无线连接装置无线连接。