CN216391240U - 用于无人机教学的学习状态监测系统和无人机教学设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于无人机教学的学习状态监测系统和无人机教学设备。所述用于无人机教学的学习状态监测系统，包括压力采集装置、单片机、用于采集使用者图像信息的摄像头和报警装置，所述压力采集装置、所述摄像头和所述报警装置分别与所述单片机连接；所述压力采集装置包括用于包裹遥控器的摇杆的硅胶套和设于所述硅胶套上的压力传感器，所述压力传感器与所述单片机连接。上述用于无人机教学的学习状态监测系统及包含该学习状态监测系统的无人机教学设备，能够在无人机教学环节中对学生的学习状态进行有效监测，有利于提高老师的教学效率与学生的学习进度。

Description

用于无人机教学的学习状态监测系统和无人机教学设备

技术领域

本实用新型涉及教育设施领域，尤其涉及到一种用于无人机教学的学习状态监测系统和无人机教学设备。

背景技术

随着无人机行业的发展壮大与应用的越来越广泛，针对无人机的教学也逐渐出现在众多高校中，无人机的教学主要包括理论培训以及实际操作培训两部分。

而现有的实际操作培训的教学环节中，通常只是单纯的让学生自己操作无人机模拟飞行软件进行自主学习，无法对学生的学习状态进行有效的监测，导致教学过程中无法对处于异常学习状态的学生及时进行发现并处理，不利于老师的教学效率与学生的学习进度。

实用新型内容

为了解决实际操作培训的教学环节中无法对学生的学习状态进行有效的监测的技术问题。本实用新型提供一种用于无人机教学的学习状态监测系统和无人机教学设备。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供了一种用于无人机教学的学习状态监测系统，包括压力采集装置、单片机、用于采集使用者图像信息的摄像头和报警装置，所述压力采集装置、所述摄像头和所述报警装置分别与所述单片机连接；所述压力采集装置包括用于包裹遥控器的摇杆的硅胶套和设于所述硅胶套上的压力传感器，所述压力传感器与所述单片机连接。

本实用新型的有益效果是：通过设置摄像头和压力采集装置实现了一套完整的能够在无人机教学环节中对学生的学习状态进行有效监测的硬件系统，基于硅胶套所构成的压力采集装置在进行使用者的压力值数据采集的同时不会影响对遥控器的正常操作，且便于安装及拆卸，适用于无人机教学中的实际操作培训需要，结合摄像头采集使用者的图像信息能够进一步保证对学习状态监测的有效性，进而有利于提高老师的教学效率与学生的学习进度。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述压力传感器为薄膜压力传感器，所述硅胶套为圆柱体结构，所述圆柱体结构由第一曲面结构、第二曲面结构和第三曲面结构组成，所述第一曲面结构、所述第二曲面结构和所述第三曲面结构分别嵌有所述薄膜压力传感器。

采用上述改进方案的有益效果是：使得压力采集装置更加贴合遥控器的摇杆形状，提高对使用者的握力数据采集的准确性。

进一步，所述硅胶套设有内螺纹。

采用上述改进方案的有益效果是：有效避免使用摇杆时硅胶套脱落的情况。

进一步，所述压力传感器通过异步串口总线与所述单片机连接；

或者，所述压力传感器与所述单片机无线连接。

采用上述改进方案的有益效果是：保证压力传感器与单片机之间的数据传输效率，以确保学习状态监测系统对使用者的学习状态监测的实时性。

进一步，所述单片机为STM32单片机。

采用上述改进方案的有益效果是：能够提高对摄像头及压力采集装置所采集数据的处理效率。

第二方面，本实用新型提供了一种无人机教学设备，包括如上所述的用于无人机教学的学习状态监测系统，还包括用于搭载无人机模拟飞行软件的一体机和与所述一体机连接的遥控器。

进一步，所述一体机与所述遥控器通过USB数据线连接。

进一步，还包括与所述一体机连接的显示设备，所述显示设备包括VR显示设备、AR显示设备和MR显示设备中的至少一种。

本实用新型附加的方面及其的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种用于无人机教学的学习状态监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的设有压力采集装置的摇杆的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的压力采集装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的硅胶套的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的无人机教学设备的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、用于无人机教学的学习状态监测系统，2、一体机，3、遥控器，10、压力采集装置，20、单片机，30、摄像头，40、报警装置，101、硅胶套，102、压力传感器，501、摇杆，502、操作面板，1011、第一曲面结构，1012、第二曲面结构，1013、第三曲面结构，1014、内螺纹，1021、薄膜压力传感器，10131、截面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1所示，图1为本实施例提供了一种用于无人机教学的学习状态监测系统，包括压力采集装置10、单片机20、用于采集使用者图像信息的摄像头30和报警装置40，所述压力采集装置10、所述摄像头30和所述报警装置40分别与所述单片机20连接；所述压力采集装置10包括用于包裹遥控器的摇杆的硅胶套101和设于所述硅胶套101上的压力传感器102，所述压力传感器102与所述单片机20连接。

可以理解的是，该硅胶套101用于使压力采集装置10能够套在遥控器的摇杆上，压力传感器102应设置于使用者操作摇杆时手指与该硅胶套101所接触的位置以采集使用者对摇杆的压力值数据，摄像头30的位置与类型根据所需采集的使用者图像信息的类型进行设置，例如使用者图像信息为脸部图像信息时将摄像头30设置于使用者头部的前方位置，使用者图像信息为人体图像信息时选用深度摄像头(例如RealSense R200摄像头)进行数据采集等。

具体地，在一个实施例中，如图2所示，硅胶套101套在摇杆501的一端，且包裹摇杆501的部分杆体，摇杆501的另一端与遥控器的操作面板502相接，该硅胶套101上设有压力传感器102以采集使用者对摇杆的压力值数据。

在该实施例中，压力采集装置10还可包括A/D转换电路，压力传感器102与A/D转换电路连接，或采用内置A/D转换电路的单片机，从而将压力传感器采集到的模拟信号通过A/D转换电路转换为数字信号，再由单片机20处理该数字信号。

示例性地，当使用者处于昏厥、昏睡等异常的学习状态时，双手会脱离遥控器的左右摇杆，此时位于左右摇杆上的压力传感器102检测到压力变化，将出现双低电平，该双低电平通过A/D转换电路生成数字信号“00”，而当出现单高电平时，代表使用者处于单手使用遥控器的异常学习状态，A/D转换电路对应生成数字信号“10”(使用者仅握住左摇杆)或“01”(使用者仅握住右摇杆)，单片机20根据接收的数字信号控制连接的报警装置40发出报警提醒，其中，该报警装置40可以设置为蜂鸣器和警示灯等用于发出报警提醒的装置。

作为一种可能的实施方式，单片机20接收摄像头30采集的使用者图像信息，并将所述使用者图像信息发送至教学主机以便老师查看，当老师从接收的使用者图像信息中发现学生处于异常的学习状态时，则可利用教学主机向单片机20发送报警反馈信号，以使单片机20启动连接的报警装置40及时发出报警提醒，从而实现对使用者的学习状态的有效监测及提醒。

其中，单片机20可在接收到数字信号“11”时控制摄像头30开启以采集使用者图像信息，该数字信号“11”对应位于左右摇杆上的压力传感器102输出双高电平的情况，例如学生双手握住左右摇杆的情况。

上述实施例通过设置摄像头和压力采集装置实现了一套完整的能够在无人机教学环节中对学生的学习状态进行有效监测的硬件系统，基于硅胶套所构成的压力采集装置在进行使用者的压力值数据采集的同时不会影响对遥控器的正常操作，且便于安装及拆卸，适用于无人机教学中的实际操作培训需要，结合摄像头采集使用者的图像信息能够进一步保证对学习状态监测的有效性，进而有利于提高老师的教学效率与学生的学习进度。

可选地，如图3所示，所述压力传感器102为薄膜压力传感器1021，所述硅胶套101为圆柱体结构，所述圆柱体结构由第一曲面结构1011、第二曲面结构1012和第三曲面结构1013组成，所述第一曲面结构1011、所述第二曲面结构1012和所述第三曲面结构1013分别嵌有所述薄膜压力传感器1021。

在该实施例中，如图4所示，硅胶套101以圆柱体中心线(图4所示虚线)为基准，将硅胶套101均匀划分为第一曲面结构1011、第二曲面结构1012和第三曲面结构1013三部分，且对每部分的曲面结构均嵌有薄膜压力传感器1021，使得压力采集装置10更加贴合遥控器的摇杆形状，从而保证在学生手握摇杆进行无人机模拟飞行操作时，能够准确获取学生对摇杆的压力值数据。

作为一种可能的实施方式，如图3所示，将第三曲面结构1013的其中一个截面10131均匀划分为多个小栅格区域，对每个小栅格区域的中心位置分别嵌入一个薄膜压力传感器1021，并对第一曲面结构1011和第二曲面结构1012的截面对应设置相同的结构，以使每部分的曲面结构能够均匀嵌有薄膜压力传感器1021，提高对摇杆的压力值数据的采集的准确性。

可选地，所述硅胶套101设有内螺纹1014。

可以理解的是，内螺纹1014为设置在硅胶套101的内壁的螺纹结构，该螺纹结构可采用梯形螺纹结构、反向双螺纹结构等，从而有效避免使用摇杆时硅胶套脱落的情况。

可选地，所述压力传感器102通过异步串口总线与所述单片机20连接；或者，所述压力传感器102与所述单片机20无线连接。

作为一种可能的实施方式，压力传感器102可通过异步串口总线与单片机20进行有线连接，从而将压力传感器102采集到的数据发送至单片机20进行处理。

作为一种可能的实施方式，压力传感器102也可以通过无线传输方式将数据传输至单片机20，单片机20对接收的数据进行记录并显示在液晶显示屏上，所述无线传输方式可根据实际需要灵活设置，例如采用基于ZigBee无线通信技术的无线传输方式等。

其中，所述单片机20可封装于壳体内，该壳体可固定于教师墙面，也可设计为手环等可穿戴式设备。

可选地，所述单片机20为STM32单片机。

可以理解的是，采用高性能低功耗的STM32单片机能够有效提高对摄像头30及压力采集装置10所采集数据的处理效率，且该STM32单片机可选择OpenMV机器视觉采集分析系统中的STM32F427单片机进行数据的分析处理，以使所述用于无人机教学的学习状态监测系统能够适用于多种机器视觉算法，从而提高学习状态监测系统的适用性及智能性。

作为一种可能的实施方式，位于学生头部前方的摄像头实时采集学生的脸部图像信息并发送至STM32单片机，STM32单片机通过写入的算法提取眼动特征，通过该眼动特征判断人眼眨眼频率及闭合时间以监测学生是否处于瞌睡等异常的学习状态，并对处于异常的学习状态的学生通过报警装置进行提醒，其中，摄像头30也可采集学生的关节点数据，单片机20将接收的关节点数据与预先写入的关节点数据比较以判断学生是否处于异常的学习状态。

参照图5所示，本实用新型还提供了一种无人机教学设备，包括上述实施例所述的用于无人机教学的学习状态监测系统1，还包括用于搭载无人机模拟飞行软件的一体机2和与所述一体机连接的遥控器3。

上述结构的用于无人机教学的学习状态监测系统与用于模拟无人机飞行的一体机及其遥控器，共同实现了一套基于无人机模拟飞行且具有学习状态监测功能的教学设备，通过该无人机教学设备能够针对学生的学习状态向学生及老师进行及时的反馈提醒，有效提高老师的教学效率及学生的学习进度。

作为一种可能的实施方式，所述无人机模拟飞行软件及遥控器3可采用uAV2000无人机模拟飞行系统所包括的无人机模拟飞行操控软件及无人机操作遥控器，所述一体机2包括显示屏和用于软件运行的处理器。

可选地，所述一体机2与所述遥控器3通过USB数据线连接。

在该实施例中，遥控器3与一体机2的连接采用USB直连方式，从而免去数据加密狗的设置以降低成本，遥控器3的左右摇杆所生成的通道信号通过USB数据线传输至一体机2，由一体机2中搭载的无人机模拟飞行软件对所述通道信号进行处理并映射至软件中建立的模拟无人机，从而实现学生通过操作摇杆对模拟无人机的飞行状态的操控。

可选地，还包括与所述一体机2连接的显示设备，所述显示设备包括VR显示设备、AR显示设备和MR显示设备中的至少一种。

可以理解的是，所述无人机教学设备通过设置与所使用的无人机模拟飞行软件对应的显示设备，能够广泛适用于基于VR(Virtual Real i ty，虚拟现实)、AR(AugmentedReal i ty，增强现实)和MR(Mixed Real i ty，混合现实)等技术的无人机模拟飞行训练模式，从而提高无人机教学设备的兼容性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于无人机教学的学习状态监测系统，其特征在于，包括压力采集装置、单片机、用于采集使用者图像信息的摄像头和报警装置，所述压力采集装置、所述摄像头和所述报警装置分别与所述单片机连接；所述压力采集装置包括用于包裹遥控器的摇杆的硅胶套和设于所述硅胶套上的压力传感器，所述压力传感器与所述单片机连接。

2.根据权利要求1所述的用于无人机教学的学习状态监测系统，其特征在于，所述压力传感器为薄膜压力传感器，所述硅胶套为圆柱体结构，所述圆柱体结构由第一曲面结构、第二曲面结构和第三曲面结构组成，所述第一曲面结构、所述第二曲面结构和所述第三曲面结构分别嵌有所述薄膜压力传感器。

3.根据权利要求2所述的用于无人机教学的学习状态监测系统，其特征在于，所述硅胶套设有内螺纹。

4.根据权利要求1所述的用于无人机教学的学习状态监测系统，其特征在于，所述压力传感器通过异步串口总线与所述单片机连接；

或者，所述压力传感器与所述单片机无线连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于无人机教学的学习状态监测系统，其特征在于，所述单片机为STM32单片机。

6.一种无人机教学设备，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的用于无人机教学的学习状态监测系统，还包括用于搭载无人机模拟飞行软件的一体机和与所述一体机连接的遥控器。

7.根据权利要求6所述的无人机教学设备，其特征在于，所述一体机与所述遥控器通过USB数据线连接。

8.根据权利要求6所述的无人机教学设备，其特征在于，还包括与所述一体机连接的显示设备，所述显示设备包括VR显示设备、AR显示设备和MR显示设备中的至少一种。

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