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一种基于无线网络的教学辅助系统

阅读:1022发布:2020-09-30

专利汇可以提供一种基于无线网络的教学辅助系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种基于无线网络的教学辅助系统,利用无线传输模 块 、控 制模 块、中央处理装置、教学终端以及 数据采集 模块实现教学智能化,通过无线传输模块将教学终端的数据传输至学生终端,实现了教师在授课过程中与学生的互动,通过数据采集模块将教室的光线 信号 、 声音信号 、 温度 信号、湿度信号和学生的图像信息传输至教学终端,实现了对教室内数据的采集,教学终端根据接收到的光亮值、分贝值、温度值以及湿度值对 控制模块 进行控制,实现了对教室内麦克 风 声音、光线以及温湿度进行实时调节的功能。,下面是一种基于无线网络的教学辅助系统专利的具体信息内容。

1.一种基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述基于无线网络的教学辅助系统包括无线传输模、控制模块、中央处理装置、教学终端以及数据采集模块;
其中,所述无线传输模块包括无线通讯接口、无线传输装置以及学生终端,所述中央处理装置通过所述无线通信接口与所述无线传输装置连接,所述无线传输装置与所述学生终端无线连接,所述教学终端与所述学生终端共用同一无线网络,所述教学终端包括触摸显示器、资料存储器、教学数据库以及学生资料库,所述触摸显示器、所述资料存储器、所述教学数据库以及所述学生资料库均与所述中央处理装置连接,所述控制模块包括声音调节装置、灯光调节装置以及空调调节装置,所述声音调节装置的输入端、所述灯光调节装置的输入端以及所述空调调节装置的输入端均与所述中央处理装置的输出端连接,所述数据采集模块包括光线传感器信号处理电路图像采集装置、图像处理装置、数据采集端口、声音传感器、温度传感器以及湿度传感器,所述光线传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接,所述图像采集装置的输出端与所述图像处理装置的输入端连接,所述信号处理电路、所述图像处理装置、所述声音传感器、所述温度传感器以及所述湿度传感器分别通过所述数据采集端口与所述中央处理装置连接;
其中,所述光线传感器设置于教室内,用于采集教室内光线信号,所述光线传感器将采集到的光线信号传输至所述信号处理电路进行信号处理,所述信号处理电路将处理后的光线信号通过所述数据采集端口传输至所述中央处理装置,所述图像采集装置设置于教室内,用于采集教室内学生的图像信息,所述图像采集装置将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置,所述图像处理装置将处理后的图像信息通过所述数据采集端口传输至所述中央处理装置,所述声音传感器设置于教室讲台麦克上,用于采集麦克风的声音信号,所述声音传感器将采集到的声音信号通过所述数据采集端口传输至所述中央处理装置,所述温度传感器设置于教室内,用于采集教室的温度信号,所述温度传感器将采集到的温度信号通过所述数据采集端口传输至所述中央处理装置,所述湿度传感器设置于教室内,用于采集教室的湿度信号,所述湿度传感器将采集到的湿度信号通过所述数据采集端口传输至所述中央处理装置,所述中央处理装置将接收到的光线信号、声音信号、温度信号以及湿度信号转换为对应的光亮值、分贝值、温度值以及湿度值,所述中央处理装置将光亮值、分贝值、图像信息、温度值以及湿度值传输至所述触摸显示器,教师通过所述触摸显示器获知的光亮值控制所述灯光调节装置调节教室内的光线,教师通过所述触摸显示器获知的分贝值控制所述声音调节装置调节教室内麦克风的音量,教师通过所述触摸显示器获知的温度值和湿度值控制所述空调调节装置调节教室内的温湿度,所述教学数据库内存储有教学资料,教师通过所述触摸显示器访问所述教学数据库获取教学资料,所述学生资料库内存储有学生资料,教师通过所述触摸显示器访问所述学生资料库获取学生资料,教师将获取的教学资料通过所述无线传输装置传输至所述学生终端,所述学生终端将对教学资料的反馈通过所述无线传输装置传输至所述教学终端的所述触摸显示器,所述触摸显示器用于显示所述学生终端对教学资料的反馈,并通过所述资料存储器存储所述学生终端对教学资料的反馈。
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述图像采集装置用于采集教室内学生的图像信息,所述图像采集装置将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置进行图像处理,所述图像处理装置包括图像滤波单元、图像增强单元以及图像平滑单元;
其中,所述图像采集装置的输出端与所述图像滤波单元的输入端连接,所述图像滤波单元的输出端与所述图像增强单元连接,所述图像增强单元的输出端与所述图像平滑单元的输入端连接,所述图像平滑单元通过所述数据采集端口与所述中央处理装置连接。
3.根据权利要求2所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,将所述图像采集装置传输至所述图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y),其中x、y是空间坐标,所述图像滤波单元对图像f(x,y)进行图像滤波处理,经过图像滤波处理后的图像二维函数为g(x,y),其中,σ为滤波参数,滤波效果通过σ进行调节,则有,
g(x,y)=f(x,y)·G(x,y)。
4.根据权利要求3所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述图像增强单元对图像g(x,y)进行图像增强处理,经过图像增强处理后的图像二维函数为k(x,y),则有,
5.根据权利要求4所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述图像平滑单元对图像k(x,y)进行图像平滑处理,经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y),则有,s(x,y)=q(x,y)*k(x,y);
其中,﹡为卷积符号,ε为自定义可调常数,平滑的作用是通过ε来控制的。
6.根据权利要求1所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述光线传感器设置于教室内,用于采集教室内光线信号,所述光线传感器将采集到的光线信号传输至所述信号处理电路进行信号处理,所述信号处理电路对接收到的光线信号依次进行信号放大和信号滤波处理,所述信号处理电路将处理后的光线信号通过所述数据采集端口传输至所述中央处理装置。
7.根据权利要求1或6所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述光线传感器用于采集教室内的光线信号,将采集的光线信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至所述信号处理电路,V1为经过所述信号处理电路处理后的电压信号,所述信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,所述光线传感器的输出端与所述信号放大单元的输入端连接,所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接,所述信号滤波单元的输出端通过所述数据采集端口与所述中央处理装置的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11;
其中,所述光线传感器的输出端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R1的一端接地,电阻R1的另一端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R3的一端接地,电阻R3的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接,电阻R3的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接,电阻R2的另一端还与集成运放A2的同相输入端连接,电阻R5的一端接地,电阻R5的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接,电阻R5的另一端还与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接,电阻R4的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接,电阻R7的一端接地,电阻R7的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接,电阻R7的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端与集成运放A3的输出端连接,电阻R6的另一端与电容C1的一端连接,电阻R8的一端接地,电阻R8的另一端与电容C1的另一端连接,电阻R8的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端还与集成运放A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端还与电阻R9的一端连接,电阻R9的另一端与集成运放A4的输出端连接,电阻R9的另一端还与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与所述信号滤波单元的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述信号滤波单元包括电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6;
其中,所述信号放大单元的输出端与电阻R12的一端连接,所述信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接,电阻R12的输出端与电阻R13的输入端连接,电容C3的的另一端与电容C4的一端连接,电阻C3的另一端还与电阻R14的一端连接,电阻R14的另一端与电容C2的一端连接,电容C2的另一端与电阻R13的一端连接,电容C4的一端与电容R14的一端连接,电阻R14的另一端与集成运放A6的反相输入端连接,集成运放A6的输出端与电容C2的一端连接,电阻R13的另一端与集成运放A5的同相输入端连接,集成运放A5的反相输入端与集成运放A5的输出端连接,电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R16的一端接地,电阻R16的另一端与集成运放A6的同相输入端连接,电阻R16的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与集成运放A5的输出端连接,集成运放A5的输出端通过所述数据采集端口与所述中央处理装置的输入端连接,所述信号滤波单元将电压信号V1通过所述数据传输端口传输至所述中央处理装置的ADC端口。
10.根据权利要求1所述的基于无线网络的教学辅助系统,其特征在于,所述中央处理装置为ARM处理芯片。

说明书全文

一种基于无线网络的教学辅助系统

技术领域:

[0001] 本发明涉及一种智能调节测试领域,尤其涉及一种基于无线网络的教学辅助系统。背景技术:
[0002] 在信息化迅猛发展的今天,网络已成为人们日常生活不可或缺的一部分。网络运用既能提高工作质量和办事效率,又可节省人成本,将网络技术运用于教学过程也越来越受到社会的关注与重视。事实上,教育部高等教育司已开始提倡基于计算机网络和传统课堂的多媒体教学模式,旨在帮助我国学生达到智能化教学要求。这种新型教学模式强调个性化教学与自主性学习,并充分发挥计算机网络可单独反复地进行训练的特点,结合教师课堂讲授和辅导,使学生可在教师的指导下,根据自己的特点、平、时间,选择合适的学习内容,借助计算机的帮助,达到最佳学习效果。
[0003] 有线计算机网络在教育领域已经得到了广泛的应用,它对提高教学水平和教学质量起到了积极的促进作用,很多学校都在运用一种新的教学方式,即信息化教学。近年来,随着无线网络标准的逐步完善和无线网络产品功能的不断增强,无线网络已逐渐融入到校园网络中,无线网络技术在教学中的应用越来越重要,无线教学模式将使无线网络在教学中得到更广泛、更深层的应用。
[0004] 但是现有的教学辅助系统智能程度不高,第一,无法与学生进行有效沟通,不利于教室和学生之间的互动,第二,不能实时获取教学数据和学生数据等信息,不利于教学全面的开展,第三,不能对教室内的设备进行精确监控和控制,尤其是目前学生的视力日益下滑,对教室光线的控制显得尤为重要。发明内容:
[0005] 因此,为了克服上述问题,本发明提供一种基于无线网络的教学辅助系统,利用无线传输模、控制模块、中央处理装置、教学终端以及数据采集模块实现教学智能化,通过无线传输模块将教学终端的数据传输至学生终端,实现了教师在授课过程中与学生的互动,通过数据采集模块将教室的光线信号声音信号温度信号、湿度信号和学生的图像信息传输至教学终端,实现了对教室内数据的采集,教学终端根据接收到的光亮值、分贝值、温度值以及湿度值对控制模块进行控制,实现了对教室内麦克声音、光线以及温湿度进行实时调节的功能。
[0006] 根据本发明的一种基于无线网络的教学辅助系统,其包括无线传输模块、控制模块、中央处理装置、教学终端以及数据采集模块。
[0007] 其中,无线传输模块包括无线通讯接口、无线传输装置以及学生终端,中央处理装置通过无线通信接口与无线传输装置连接,无线传输装置与学生终端无线连接,教学终端与学生终端共用同一无线网络,教学终端包括触摸显示器、资料存储器、教学数据库以及学生资料库,触摸显示器、资料存储器、教学数据库以及学生资料库均与中央处理装置连接,控制模块包括声音调节装置、灯光调节装置以及空调调节装置,声音调节装置的输入端、灯光调节装置的输入端以及空调调节装置的输入端均与中央处理装置的输出端连接,数据采集模块包括光线传感器信号处理电路图像采集装置、图像处理装置、数据采集端口、声音传感器、温度传感器以及湿度传感器,光线传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接,图像采集装置的输出端与图像处理装置的输入端连接,信号处理电路、图像处理装置、声音传感器、温度传感器以及湿度传感器分别通过数据采集端口与中央处理装置连接。
[0008] 其中,光线传感器设置于教室内,用于采集教室内光线信号,光线传感器将采集到的光线信号传输至信号处理电路进行信号处理,信号处理电路将处理后的光线信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,图像采集装置设置于教室内,用于采集教室内学生的图像信息,图像采集装置将采集到的图像信息传输至图像处理装置,图像处理装置将处理后的图像信息通过数据采集端口传输至中央处理装置,声音传感器设置于教室讲台麦克风上,用于采集麦克风的声音信号,声音传感器将采集到的声音信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,温度传感器设置于教室内,用于采集教室的温度信号,温度传感器将采集到的温度信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,湿度传感器设置于教室内,用于采集教室的湿度信号,湿度传感器将采集到的湿度信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,中央处理装置将接收到的光线信号、声音信号、温度信号以及湿度信号转换为对应的光亮值、分贝值、温度值以及湿度值,中央处理装置将光亮值、分贝值、图像信息、温度值以及湿度值传输至触摸显示器,教师通过触摸显示器获知的光亮值控制灯光调节装置调节教室内的光线,教师通过触摸显示器获知的分贝值控制声音调节装置调节教室内麦克风的音量,教师通过触摸显示器获知的温度值和湿度值控制空调调节装置调节教室内的温湿度,教学数据库内存储有教学资料,教师通过触摸显示器访问教学数据库获取教学资料,学生资料库内存储有学生资料,教师通过触摸显示器访问学生资料库获取学生资料,教师将获取的教学资料通过无线传输装置传输至学生终端,学生终端将对教学资料的反馈通过无线传输装置传输至教学终端的触摸显示器,触摸显示器用于显示学生终端对教学资料的反馈,并通过资料存储器存储学生终端对教学资料的反馈。
[0009] 优选的是,图像采集装置用于采集教室内学生的图像信息,图像采集装置将采集到的图像信息传输至图像处理装置进行图像处理,图像处理装置包括图像滤波单元、图像增强单元以及图像平滑单元。
[0010] 其中,图像采集装置的输出端与图像滤波单元的输入端连接,图像滤波单元的输出端与图像增强单元连接,图像增强单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接,图像平滑单元通过数据采集端口与中央处理装置连接。
[0011] 优选的是,将图像采集装置传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y),其中x、y是空间坐标,图像滤波单元对图像f(x,y)进行图像滤波处理,经过图像滤波处理后的图像二维函数为g(x,y),其中,σ为滤波参数,滤波效果通过σ进行调节,则有,[0012]
[0013] g(x,y)=f(x,y)·G(x,y)。
[0014] 优选的是,图像增强单元对图像g(x,y)进行图像增强处理,经过图像增强处理后的图像二维函数为k(x,y),则有,
[0015]
[0016] 优选的是,图像平滑单元对图像k(x,y)进行图像平滑处理,经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y),则有,
[0017]
[0018] s(x,y)=q(x,y)*k(x,y);
[0019] 其中,﹡为卷积符号,ε为自定义可调常数,平滑的作用是通过ε来控制的。
[0020] 优选的是,光线传感器设置于教室内,用于采集教室内光线信号,光线传感器将采集到的光线信号传输至信号处理电路进行信号处理,信号处理电路对接收到的光线信号依次进行信号放大和信号滤波处理,信号处理电路将处理后的光线信号通过数据采集端口传输至中央处理装置。
[0021] 优选的是,光线传感器用于采集教室内的光线信号,将采集的光线信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至信号处理电路,V1为经过信号处理电路处理后的电压信号,信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,光线传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接,信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接,信号滤波单元的输出端通过数据采集端口与中央处理装置的输入端连接。
[0022] 优选的是,信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11。
[0023] 其中,光线传感器的输出端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R1的一端接地,电阻R1的另一端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R3的一端接地,电阻R3的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接,电阻R3的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接,电阻R2的另一端还与集成运放A2的同相输入端连接,电阻R5的一端接地,电阻R5的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接,电阻R5的另一端还与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接,电阻R4的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接,电阻R7的一端接地,电阻R7的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接,电阻R7的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端与集成运放A3的输出端连接,电阻R6的另一端与电容C1的一端连接,电阻R8的一端接地,电阻R8的另一端与电容C1的另一端连接,电阻R8的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端还与集成运放A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端还与电阻R9的一端连接,电阻R9的另一端与集成运放A4的输出端连接,电阻R9的另一端还与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与信号滤波单元的输入端连接。
[0024] 优选的是,信号滤波单元包括电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6。
[0025] 其中,信号放大单元的输出端与电阻R12的一端连接,信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接,电阻R12的输出端与电阻R13的输入端连接,电容C3的的另一端与电容C4的一端连接,电阻C3的另一端还与电阻R14的一端连接,电阻R14的另一端与电容C2的一端连接,电容C2的另一端与电阻R13的一端连接,电容C4的一端与电容R14的一端连接,电阻R14的另一端与集成运放A6的反相输入端连接,集成运放A6的输出端与电容C2的一端连接,电阻R13的另一端与集成运放A5的同相输入端连接,集成运放A5的反相输入端与集成运放A5的输出端连接,电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R16的一端接地,电阻R16的另一端与集成运放A6的同相输入端连接,电阻R16的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与集成运放A5的输出端连接,集成运放A5的输出端通过数据采集端口与中央处理装置的输入端连接,信号滤波单元将电压信号V1通过数据传输端口传输至中央处理装置的ADC端口。
[0026] 优选的是,中央处理装置为ARM处理芯片。
[0027] 与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
[0028] (1)本发明提供的基于无线网络的教学辅助系统,利用无线传输模块、控制模块、中央处理装置、教学终端以及数据采集模块实现教学智能化,通过无线传输模块将教学终端的数据传输至学生终端,实现了教师在授课过程中与学生的互动,通过数据采集模块将教室的光线信号、声音信号、温度信号、湿度信号和学生的图像信息传输至教学终端,实现了对教室内数据的采集,教学终端根据接收到的光亮值、分贝值、温度值以及湿度值对控制模块进行控制,实现了对教室内麦克风声音、光线以及温湿度进行实时调节的功能。
[0029] (2)本发明提供的基于无线网络的教学辅助系统,图像处理装置对采集的图像依次进行图像滤波、图像增强处理和图像平滑处理,可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息,可提高对教室内学生的图像的辨识精度,有效地减少误判情况发生。
[0030] (3)本发明提供的基于无线网络的教学辅助系统的发明点还在于,由于光线传感器采集的信号为微弱的电压信号,因而信号放大单元通过集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11对光线传感器输出的电压信号V0进行放大处理,由集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11构成的信号放大单元只有2.75μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内1.35nV的噪声。其中,信号滤波单元使用电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6对经过放大后的电信号进行滤波处理,从而提高了光线检测的精度。
附图说明:
[0031] 图1为本发明的基于无线网络的教学辅助系统的示意图。
[0032] 图2为本发明的图像处理装置的示意图。
[0033] 图3为本发明的信号处理电路的电路图。具体实施方式:
[0034] 下面结合附图和实施例对本发明的基于无线网络的教学辅助系统进行详细说明。
[0035] 如图1所示,本发明提供的基于无线网络的教学辅助系统包括无线传输模块、控制模块、中央处理装置、教学终端以及数据采集模块。
[0036] 其中,无线传输模块包括无线通讯接口、无线传输装置以及学生终端,中央处理装置通过无线通信接口与无线传输装置连接,无线传输装置与学生终端无线连接,教学终端与学生终端共用同一无线网络,教学终端包括触摸显示器、资料存储器、教学数据库以及学生资料库,触摸显示器、资料存储器、教学数据库以及学生资料库均与中央处理装置连接,控制模块包括声音调节装置、灯光调节装置以及空调调节装置,声音调节装置的输入端、灯光调节装置的输入端以及空调调节装置的输入端均与中央处理装置的输出端连接,数据采集模块包括光线传感器、信号处理电路、图像采集装置、图像处理装置、数据采集端口、声音传感器、温度传感器以及湿度传感器,光线传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接,图像采集装置的输出端与图像处理装置的输入端连接,信号处理电路、图像处理装置、声音传感器、温度传感器以及湿度传感器分别通过数据采集端口与中央处理装置连接。
[0037] 其中,光线传感器设置于教室内,用于采集教室内光线信号,光线传感器将采集到的光线信号传输至信号处理电路进行信号处理,信号处理电路将处理后的光线信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,图像采集装置设置于教室内,用于采集教室内学生的图像信息,图像采集装置将采集到的图像信息传输至图像处理装置,图像处理装置将处理后的图像信息通过数据采集端口传输至中央处理装置,声音传感器设置于教室讲台麦克风上,用于采集麦克风的声音信号,声音传感器将采集到的声音信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,温度传感器设置于教室内,用于采集教室的温度信号,温度传感器将采集到的温度信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,湿度传感器设置于教室内,用于采集教室的湿度信号,湿度传感器将采集到的湿度信号通过数据采集端口传输至中央处理装置,中央处理装置将接收到的光线信号、声音信号、温度信号以及湿度信号转换为对应的光亮值、分贝值、温度值以及湿度值,中央处理装置将光亮值、分贝值、图像信息、温度值以及湿度值传输至触摸显示器,教师通过触摸显示器获知的光亮值控制灯光调节装置调节教室内的光线,教师通过触摸显示器获知的分贝值控制声音调节装置调节教室内麦克风的音量,教师通过触摸显示器获知的温度值和湿度值控制空调调节装置调节教室内的温湿度,教学数据库内存储有教学资料,教师通过触摸显示器访问教学数据库获取教学资料,学生资料库内存储有学生资料,教师通过触摸显示器访问学生资料库获取学生资料,教师将获取的教学资料通过无线传输装置传输至学生终端,学生终端将对教学资料的反馈通过无线传输装置传输至教学终端的触摸显示器,触摸显示器用于显示学生终端对教学资料的反馈,并通过资料存储器存储学生终端对教学资料的反馈。
[0038] 上述实施方式中,利用无线传输模块、控制模块、中央处理装置、教学终端以及数据采集模块实现教学智能化,通过无线传输模块将教学终端的数据传输至学生终端,实现了教师在授课过程中与学生的互动,通过数据采集模块将教室的光线信号、声音信号、温度信号、湿度信号和学生的图像信息传输至教学终端,实现了对教室内数据的采集,教学终端根据接收到的光亮值、分贝值、温度值以及湿度值对控制模块进行控制,实现了对教室内麦克风声音、光线以及温湿度进行实时调节的功能。
[0039] 在使用本发明提供的基于无线网络的教学辅助系统时,教师通过教学终端中的触摸显示器从教学资料库中获取教学资料,例如试题等,并将教学资料通过无线传输模块传输至学生终端,学生终端可以为平板电脑等触摸显示屏,学生对接收到的教学资料进行阅读或答题,然后再通过无线传输模块将阅读结果或答案传输至教学终端中的触摸显示器,如果教师不便当场批阅,则可通过资料存储器将接收到的数据进行存储以待后续批阅,同时,教师还能通过学生资料库获取学生的信息,学生的信息包括姓名、年龄、特长等信息,便于教师对课堂教学进行有效把控。
[0040] 进一步地,教师通过使用本发明提供的基于无线网络的教学辅助系统,能够通过教学终端中的触摸显示器对教室内的设备进行控制,从而节省了教学时间,提高了教学效率。
[0041] 如图2所示,图像采集装置用于采集教室内学生的图像信息,图像采集装置将采集到的图像信息传输至图像处理装置进行图像处理,图像处理装置包括图像滤波单元、图像增强单元以及图像平滑单元;
[0042] 其中,图像采集装置的输出端与图像滤波单元的输入端连接,图像滤波单元的输出端与图像增强单元连接,图像增强单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接,图像平滑单元通过数据采集端口与中央处理装置连接。
[0043] 上述实施方式中,图像处理装置对采集的图像依次进行图像滤波、图像增强处理和图像平滑处理,可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息,可提高对教室内学生的图像的辨识精度,有效地减少误判情况发生。
[0044] 具体地,将图像采集装置传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y),其中x、y是空间坐标,图像滤波单元对图像f(x,y)进行图像滤波处理,经过图像滤波处理后的图像二维函数为g(x,y),其中,σ为滤波参数,滤波效果通过σ进行调节,则有,[0045]
[0046] g(x,y)=f(x,y)·G(x,y)。
[0047] 由于图像采集装置采集的图像信息中有效图像为学生的人物图像信息,而在教室背景中,学生的人物图像信息为低频图像信息,因此,图像采集装置采集的图像信息中高频图像信息为噪声信号,通过滤波函数G(x,y)对图像采集装置采集的图像的高频信息进行滤波处理以滤除高频部分,在图像处理过程中,滤波效果通过σ进行调节,σ的次数越高,则滤波效果越好,在此旋转3-6次叠加滤波,一方面能够滤除高频部分,另一方面也不会延长图像滤波速度/效率。
[0048] 具体地,图像增强单元对图像g(x,y)进行图像增强处理,经过图像增强处理后的图像二维函数为k(x,y),则有,
[0049]
[0050] 在滤波处理后,剩下的图像信息中绝大部分为有用图像信息,因此,采用图像增强模块对滤波后的图像进行图像增强处理,以突出图像信息中有用部分。
[0051] 具体地,图像平滑单元对图像k(x,y)进行图像平滑处理,经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y),则有,
[0052]
[0053] s(x,y)=q(x,y)*k(x,y);
[0054] 其中,﹡为卷积符号,ε为自定义可调常数,平滑的作用是通过ε来控制的。
[0055] 经过图像增强处理后的图像信息,由于突出了图像有用信息部分,使得残留高频信号和有用信号的边界也变得突出,因此,使用平滑单元对经过图像增强处理后的图像信息进行图像平滑处理,使图像变得柔和。
[0056] 上述实施方式中,教师能够通过教学终端中的触屏显示器获取经过图像处理模块处理后的图像信息,使教师能够直接、实时获知学生学习状态。
[0057] 具体地,光线传感器设置于教室内,用于采集教室内光线信号,光线传感器将采集到的光线信号传输至信号处理电路进行信号处理,信号处理电路对接收到的光线信号依次进行信号放大和信号滤波处理,信号处理电路将处理后的光线信号通过数据采集端口传输至中央处理装置。
[0058] 如图3所示,光线传感器用于采集教室内的光线信号,将采集的光线信号转换为电压信号V0,并将电压信号V0传输至信号处理电路,V1为经过信号处理电路处理后的电压信号,信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元,光线传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接,信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接,信号滤波单元的输出端通过数据采集端口与中央处理装置的输入端连接。
[0059] 具体地,信号放大单元包括集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11。
[0060] 其中,光线传感器的输出端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R1的一端接地,电阻R1的另一端与集成运放A1的同相输入端连接,电阻R3的一端接地,电阻R3的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接,电阻R3的另一端还与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端与集成运放A1的输出端连接,电阻R2的另一端还与集成运放A2的同相输入端连接,电阻R5的一端接地,电阻R5的另一端还与集成运放A2的反相输入端连接,电阻R5的另一端还与电阻R4的一端连接,电阻R4的另一端与集成运放A2的输出端连接,电阻R4的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接,电阻R7的一端接地,电阻R7的另一端还与集成运放A3的反相输入端连接,电阻R7的另一端还与电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端与集成运放A3的输出端连接,电阻R6的另一端与电容C1的一端连接,电阻R8的一端接地,电阻R8的另一端与电容C1的另一端连接,电阻R8的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接,电阻R10的一端接地,电阻R10的另一端还与集成运放A4的反相输入端连接,电阻R10的另一端还与电阻R9的一端连接,电阻R9的另一端与集成运放A4的输出端连接,电阻R9的另一端还与电阻R11的一端连接,电阻R11的另一端与信号滤波单元的输入端连接。
[0061] 具体地,信号滤波单元包括电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6。
[0062] 其中,信号放大单元的输出端与电阻R12的一端连接,信号放大单元的输出端还与电容C3的一端连接,电阻R12的输出端与电阻R13的输入端连接,电容C3的的另一端与电容C4的一端连接,电阻C3的另一端还与电阻R14的一端连接,电阻R14的另一端与电容C2的一端连接,电容C2的另一端与电阻R13的一端连接,电容C4的一端与电容R14的一端连接,电阻R14的另一端与集成运放A6的反相输入端连接,集成运放A6的输出端与电容C2的一端连接,电阻R13的另一端与集成运放A5的同相输入端连接,集成运放A5的反相输入端与集成运放A5的输出端连接,电容C4的另一端与电阻R13的另一端连接,电阻R16的一端接地,电阻R16的另一端与集成运放A6的同相输入端连接,电阻R16的另一端还与电阻R15的一端连接,电阻R15的另一端与集成运放A5的输出端连接,集成运放A5的输出端通过数据采集端口与中央处理装置的输入端连接,信号滤波单元将电压信号V1通过数据传输端口传输至中央处理装置的ADC端口。
[0063] 上述实施方式中,信号处理电路的噪声在1.35nV以内,漂移为2.75μV/℃,集成运放A1-A4的型号均为LT1223,集成运放A5-A6的型号均为LT1192。
[0064] 在信号放大单元中,电阻R1的阻值为50Ω,电阻R2的阻值为1kΩ,电阻R3的阻值为365Ω,电阻R4的阻值为1kΩ,电阻R5的阻值为365Ω,电阻R6的阻值为1kΩ,电阻R7的阻值为365Ω,电阻R8的阻值为1kΩ,电阻R9的阻值1kΩ,电阻R10的阻值为365Ω,电阻R11的阻值为50Ω,电容C1的电容值为1μF。
[0065] 本实施例中的信号放大单元对传感器输出的电压信号响应速度快,信号放大单元为40MHz放大器。信号放大单元不仅能够对传感器采集的信号进行有效放大,并且放大后的信号平滑不失真。
[0066] 在信号滤波单元中,电阻R12-R16的阻值、电容C2-C4的电容值为根据滤波需求进行设置。
[0067] 本实施例中优选一组电阻R12-R16的阻值、电容C2-C4的电容值的值,其中,电阻R12=R13=2R14=R,C3=C4=C2/2=C。
[0068] 滤波频率为ω0,滤波质量参数为Q。
[0069] 其中,
[0070]
[0071]
[0072] 以上实施例中,中心频率f0=60Hz。
[0073] 光线传感器采集的信号为微弱的电压信号,因而信号放大单元通过集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11对光线传感器输出的电压信号V0进行放大处理,由集成运放A1-A4、电容C1和电阻R1-R11构成的信号放大单元只有2.75μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内1.35nV的噪声。其中,信号滤波单元使用电阻R12-R16、电容C2-C4以及集成运放A5-A6对经过放大后的电信号进行滤波处理,从而提高了光线检测的精度。
[0074] 具体地,中央处理装置为ARM处理芯片。
[0075] 最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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