CN212088454U - 一种远程交互式教育智能手环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种远程交互式教育智能手环，包括：手环体，还包括：电池、电源管理模块、学生互动信息感知交互子系统和学生身体状态感知交互子系统，通过光电传感器、身体电阻传感器、心电传感器和温度传感器实时采集学生用户的血压、身体电阻、心率和体温数据，通过主控制器的处理以及信息发送器的通信及时将学生身体状态反馈到教师端；同时，通过红外传感器探知学生的手部活动情况，可实现举手发言等师生互动，营造互动氛围。解决了现有技术无法将学生状态及时反馈到教师端，尤其是学生的健康状态无法得到检测的问题，不仅有助于远程教学，还可有效防止学生因发生突发身体状况而无法及时得到呼救的情况发生。

Description

一种远程交互式教育智能手环

技术领域

本发明涉及智能可穿戴设备领域，具体涉及一种远程交互式教育智能手环。

背景技术

在教师进行网络直播或学生进行网课学习的过程中，由于教学设备与距离的限制，只能实现学生课堂参与，而无法实现教师与学生之间的互动，并且无法反馈学生听课状态与健康状态。在特殊时期，例如SARS、COVID19肆虐的时期，线上教学不得不成为教学的主流，而长时间参加网课对身体健康影响特别值得重视。

目前传统远程教育的相关设备，无法将学生状态及时反馈到教师端，尤其是学生的健康状态无法得到检测，因此这一块依然是一个值得探索的空间。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种远程交互式教育智能手环解决了目前传统远程教育的相关设备无法将学生状态尤其是健康状态和线上互动状态及时反馈到教师端的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种远程交互式教育智能手环，包括手环体、电池、电源管理模块、学生互动信息感知交互子系统和学生身体状态感知交互子系统；

所述电池、电源管理模块、学生互动信息感知交互子系统和学生身体状态感知交互子系统均与手环体固定连接；所述电池的正极与电源管理模块的输入端电连接，其负极作为GND端口，与电源管理模块的公共端电连接；所述电源管理模块的输出端作为VCC端口，与学生互动信息感知交互子系统和学生身体状态感知交互子系统电连接；所述学生互动信息感知交互子系统和学生身体状态感知交互子系统还与GND端口电连接。

进一步地，所述学生身体状态感知交互子系统包括：第一主控制器、第一信息发送器、光电传感器、身体电阻传感器、心电传感器和温度传感器；

所述第一主控制器分别与第一信息发送器、光电传感器、身体电阻传感器、心电传感器和温度传感器通信连接，其供电端与VCC端口电连接，其公共端与 GND端口电连接；所述第一信息发送器的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述光电传感器的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述身体电阻传感器的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述心电传感器的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述温度传感器的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接。

进一步地，所述学生互动信息感知交互子系统包括：第二主控制器、第二信息发送器和红外传感器；

所述第二主控制器分别与第二信息发送器和红外传感器通信连接，其供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述第二信息发送器的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述红外传感器的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接。

进一步地，所述第一主控制器和第二主控制器均为STM32F407型微控制器。

进一步地，所述光电传感器通过模数转换ADC通道与第一主控制器通信连接。

进一步地，所述温度传感器为DS18B20数字温度传感器，其与第一主控制器的通信连接协议为单总线协议。

进一步地，所述心电传感器为AD8232模块。

进一步地，所述红外传感器的型号为TCRT5000模块。

进一步地，所述第一信息发送器和第二信息发送器均为Lora通信模块，第一主控制器与第一信息发送器的通信连接协议以及第二主控制器与第二信息发送器的通信连接协议均为UART串行异步收发协议。

本实用新型的有益效果为：通过光电传感器、身体电阻传感器、心电传感器和温度传感器实时采集学生用户的血压、身体电阻、心率和体温数据，通过主控制器的处理以及信息发送器的通信及时将学生身体状态反馈到教师端；同时，通过红外传感器探知学生的手部活动情况，可实现举手发言等师生互动，营造互动氛围。解决了现有技术无法将学生状态及时反馈到教师端，尤其是学生的健康状态无法得到检测的问题，不仅有助于远程教学，还可有效防止学生因发生突发身体状况而无法及时得到呼救的情况发生。

附图说明

图1为一种远程交互式教育智能手环结构示意图；

其中，1、学生身体状态感知交互子系统；2、学生互动信息感知交互子系统；3、手环体；4、电源管理模块；5、电池；6、第一主控制器；7、第二主控制器；8、心电传感器；9、温度传感器；10、第一信息发送器；11、身体电阻传感器；12、光电传感器；13、红外传感器；14、第二信息发送器。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，一种远程交互式教育智能手环，包括手环体3、电池5、电源管理模块4、学生互动信息感知交互子系统2 和学生身体状态感知交互子系统1；

所述电池5、电源管理模块4、学生互动信息感知交互子系统2和学生身体状态感知交互子系统1均与手环体3固定连接；

所述电池5的正极与电源管理模块4的输入端电连接，其负极作为GND端口，与电源管理模块4的公共端电连接；

所述电源管理模块4的输出端作为VCC端口，与学生互动信息感知交互子系统2和学生身体状态感知交互子系统1电连接；

所述学生互动信息感知交互子系统2和学生身体状态感知交互子系统1还与GND端口电连接。

学生身体状态感知交互子系统1具体包括：第一主控制器6、第一信息发送器10、光电传感器12、身体电阻传感器11、心电传感器8和温度传感器9；

第一主控制器6分别与第一信息发送器10、光电传感器12、身体电阻传感器11、心电传感器8和温度传感器9通信连接，其供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；光电传感器12为内部集成LM393型比较器的光电传感器12模块，可采集光电信息并在输出脉冲，通过模数转换ADC通道与第一主控制器6通信连接，第一主控制器6接收到信后分析脉冲的上升斜率及波段时间等特征参数得到血压数值。温度传感器9为DS18B20数字温度传感器 9，其与第一主控制器6的通信连接协议为单总线协议，该传感器可实现温度的测量，并将数据通过单总线协议传输给第一主控制器6。身体电阻传感器11为 BIM模块，该模块内含有8块电极不断输出微弱电流，并根据BIA算法得到身体电阻，将信息通过通信连接接口传送给第一主控制器6。心电传感器8为 AD8232模块，该模块可实现心率的测量，并将信息通过通信连接接口传输给第一主控制器6。

第一信息发送器10的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；

光电传感器12的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；

身体电阻传感器11的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；

心电传感器8的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；

温度传感器9的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接。

学生互动信息感知交互子系统2包括：第二主控制器7、第二信息发送器 14和红外传感器13；

第二主控制器7分别与第二信息发送器14和红外传感器13通信连接，其供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；红外传感器13的型号为TCRT5000模块，该模块发射一定频率的红外线，未检测到障碍物时端口输出高电平，当检测方向遇到障碍物即反射面时，红外线发射回来被接收器接收，此时模块将会输出一个低电平信号传输给第二主控制器7。

第二信息发送器14的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；

红外传感器13的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接。

此外，第一主控制器6和第二主控制器7均为STM32F407型微控制器。

第一信息发送器10和第二信息发送器14均为Lora通信模块，第一主控制器6与第一信息发送器10的通信连接协议以及第二主控制器7与第二信息发送器14的通信连接协议均为UART串行异步收发协议。本实施例的Lora通信模块中设置有指示灯，当模块的通信连接成功时，小灯会亮起。Lora模块内置的 M0，M1端口的高低电平决定了通信模块的工作模式，在本实例中M0，M1端口全部接入低电平，选择为一般模式，此时实现透明普通传输。Lora通信模块的RXD，TXD端口实现了与第一第二量大主控制器的信息传递，AUX端口用于指示模块工作状态，在本实例中并无用处，因此该端口直接设置为悬空状态。 Lora模块在实例中的作用是接受主控制器传来的数据，并将信息上传至云端，实现学生信息的云监控。

本实用新型与传统手环相比，本手环应用红外传感系统同时，加强了学生端的互动设备与相关反馈，同时通过让学生配备手环实现对学生端的行为监测和身体状况监测，加强了相关的教学互动环节。在如今线上教育急需发展的背景下，本发明实现的教师与学生之间的交互可以为线上教育提供便利，增强线上教育的教学效果，增加了学生端和教师端的交互过程。

综上，本实用新型通过光电传感器12、身体电阻传感器11、心电传感器8 和温度传感器9实时采集学生用户的血压、身体电阻、心率和体温数据，通过主控制器的处理以及信息发送器的通信及时将学生身体状态反馈到教师端；同时，通过红外传感器13探知学生的手部活动情况，可实现举手发言等师生互动，营造互动氛围。解决了现有技术无法将学生状态及时反馈到教师端，尤其是学生的健康状态无法得到检测的问题，不仅有助于远程教学，还可有效防止学生因发生突发身体状况而无法及时得到呼救的情况发生。

Claims (9)

1.一种远程交互式教育智能手环，包括手环体(3)，其特征在于，还包括：电池(5)、电源管理模块(4)、学生互动信息感知交互子系统(2)和学生身体状态感知交互子系统(1)；

所述电池(5)、电源管理模块(4)、学生互动信息感知交互子系统(2)和学生身体状态感知交互子系统(1)均与手环体(3)固定连接；所述电池(5)的正极与电源管理模块(4)的输入端电连接，其负极作为GND端口，并与电源管理模块(4)的公共端电连接；所述电源管理模块(4)的输出端作为VCC端口，其与学生互动信息感知交互子系统(2)和学生身体状态感知交互子系统(1)电连接；所述学生互动信息感知交互子系统(2)和学生身体状态感知交互子系统(1)还与GND端口电连接。

2.根据权利要求1所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述学生身体状态感知交互子系统(1)包括：第一主控制器(6)、第一信息发送器(10)、光电传感器(12)、身体电阻传感器(11)、心电传感器(8)和温度传感器(9)；

所述第一主控制器(6)分别与第一信息发送器(10)、光电传感器(12)、身体电阻传感器(11)、心电传感器(8)和温度传感器(9)通信连接，其供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述第一信息发送器(10)的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述光电传感器(12)的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述身体电阻传感器(11)的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述心电传感器(8)的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述温度传感器(9)的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接。

3.根据权利要求2所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述学生互动信息感知交互子系统(2)包括：第二主控制器(7)、第二信息发送器(14)和红外传感器(13)；

所述第二主控制器(7)分别与第二信息发送器(14)和红外传感器(13)通信连接，其供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述第二信息发送器(14)的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接；所述红外传感器(13)的供电端与VCC端口电连接，其公共端与GND端口电连接。

4.根据权利要求3所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述第一主控制器(6)和第二主控制器(7)均为STM32F407型微控制器。

5.根据权利要求2所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述光电传感器(12)通过模数转换ADC通道与第一主控制器(6)通信连接。

6.根据权利要求2所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述温度传感器(9)为DS18B20数字温度传感器(9)，其与第一主控制器(6)的通信连接协议为单总线协议。

7.根据权利要求2所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述心电传感器(8)为AD8232模块。

8.根据权利要求3所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述红外传感器(13)的型号为TCRT5000模块。

9.根据权利要求3所述的远程交互式教育智能手环，其特征在于，所述第一信息发送器(10)和第二信息发送器(14)均为Lora通信模块，所述第一主控制器(6)与第一信息发送器(10)的通信连接协议以及第二主控制器(7)与第二信息发送器(14)的通信连接协议均为UART串行异步收发协议。

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