本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體涉及一種學(xué)生課堂書寫時段的智能分析系統(tǒng)，系統(tǒng)將學(xué)生上課過程中記筆記情況的信息收集，以幫助教師分析每個學(xué)生的聽課情況、課堂教學(xué)效果及對課程的教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整，是通過物聯(lián)網(wǎng)將信息技術(shù)和課堂教學(xué)內(nèi)容深入融合的的一種系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)。隨著科技的發(fā)展，社會已經(jīng)進(jìn)入了一個高速發(fā)展的信息時代，無線通信、智能識別技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。課堂教學(xué)也已進(jìn)入數(shù)字化，在課堂教學(xué)中，每個學(xué)生的聽課情況，并不能很好的反饋給教師，教師不能有效掌握學(xué)生的聽課狀態(tài)，對自己講課內(nèi)容以及方式進(jìn)行改良。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

學(xué)生課堂做筆記是反映學(xué)生課堂注意力的一個重要方面，為了了解學(xué)生課堂上記筆記的情況，本發(fā)明將無線通訊傳輸技術(shù)和學(xué)生常用的筆結(jié)合起來，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行書寫或者記筆記時，通過無線傳輸技術(shù)，能實時的反饋到終端，方便教師課中和課后及時分析每個學(xué)生的聽課狀態(tài)，及時分析教學(xué)效果，本發(fā)明系統(tǒng)操作方便、穩(wěn)定。

本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提供了一種學(xué)生課堂書寫時段的智能分析系統(tǒng)，通過內(nèi)置傳感器的筆、收集處理裝置、計算機(jī)，同步收集學(xué)生記筆記的動作信號和老師講課的音頻信號，之后能將相關(guān)數(shù)據(jù)儲存，采用分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計和分析。其目的在于幫助教師了解學(xué)生聽課情況，評價和改進(jìn)教學(xué)方式。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種學(xué)生課堂書寫時段的智能分析系統(tǒng)，包括信號筆本體（140）、收集處理裝置（210）、計算機(jī)；信號筆本體（140）包括依次連接的壓力傳感器（110）、信號轉(zhuǎn)換模塊（120）、信號發(fā)出裝置（130）；收集處理裝置（210）包括接收裝置（211）、單片機(jī)（212）、錄音模塊（213）、存儲介質(zhì)；信號發(fā)出裝置（130）與接收裝置（211）連接，單片機(jī)（212）分別與接收裝置（211）、錄音模塊（213）、存儲介質(zhì)連接，存儲介質(zhì)與計算機(jī)連接；壓力傳感器（110）和錄音模塊（213）分別同步收集學(xué)生記筆記的動作信號和老師講課的音頻信號，學(xué)生記筆記的動作信號依次經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換模塊（120）、信號發(fā)出裝置（130）發(fā)送至接收裝置（211），再由接收裝置（211）發(fā)送給單片機(jī)（212），錄音模塊（213）將老師講課的音頻信號發(fā)送給單片機(jī)（212），之后單片機(jī)（212）將上述信號數(shù)據(jù)儲存至存儲介質(zhì)，通過存儲介質(zhì)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至裝有分析軟件的計算機(jī)中進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

所述信號筆本體（140）包括筆殼（1）、筆芯（2）、薄膜壓力傳感器（3）、筆帽（4）、開關(guān)（5）、充電接口（6）、信號轉(zhuǎn)換電路（7）、聚合物鋰電池（8）、無線發(fā)射模塊（9）；薄膜壓力傳感器（3）放置在筆芯（2）尾部位于筆芯（2）與筆帽（4）之間，筆帽（4）帶有中空的腔體，開關(guān)（5）、充電接口（6）位于筆帽（4）外表面，信號轉(zhuǎn)換電路（7）、聚合物鋰電池（8）、無線發(fā)射模塊（9）位于腔體內(nèi)；充電接口（6）與聚合物鋰電池（8）連接，開關(guān)（5）分別與聚合物鋰電池（8）、信號轉(zhuǎn)換電路（7）、無線發(fā)射模塊（9）連接；

當(dāng)學(xué)生進(jìn)行書寫動作時，筆尖會與紙或書本發(fā)生接觸，筆頭上的滾珠會旋轉(zhuǎn)同時對紙或書本產(chǎn)生壓力，紙或書本會對筆頭產(chǎn)生反向壓力，通過筆桿傳輸筆芯（2）尾部對薄膜壓力傳感器（3）施加壓力；信號轉(zhuǎn)換電路（7）將壓力信號轉(zhuǎn)化為開關(guān)信號輸出給無線發(fā)射模塊（9）；接收裝置（211）采集該開關(guān)信號。

所述薄膜壓力傳感器（3）根據(jù)受到壓力的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電阻信號，之后將得到電阻信號傳輸給信號轉(zhuǎn)換電路（7）；信號轉(zhuǎn)換電路（7）接收上述電阻信號，根據(jù)每個人書寫用力大小的不同，薄膜壓力傳感器（3）傳出電阻的大小也不相同，設(shè)置信號轉(zhuǎn)換電路（7）的閥值，當(dāng)薄膜壓力傳感器（3）上受到的力達(dá)到設(shè)定值時，傳輸給信號轉(zhuǎn)換電路（7）的電阻信號很小，信號轉(zhuǎn)換電路（7）輸出開信號；當(dāng)薄膜壓力傳感器（3）上受到的力沒有達(dá)到設(shè)定值時，傳輸給信號轉(zhuǎn)換電路（7）的電阻信號很大，信號轉(zhuǎn)換電路（7）輸出關(guān)信號，信號轉(zhuǎn)換電路（7）實時不間斷的將開關(guān)量信號傳輸給無線發(fā)射模塊（9）。

本發(fā)明將無線通訊傳輸技術(shù)和學(xué)生常用的筆結(jié)合起來，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行書寫或者記筆記時，通過無線傳輸技術(shù)，能實時的反饋到收集處理裝置，方便教師課中和課后及時分析每個學(xué)生的聽課狀態(tài)，及時分析教學(xué)效果，本發(fā)明系統(tǒng)操作方便、穩(wěn)定。

本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提供了一種學(xué)生課堂書寫時段的智能分析系統(tǒng)，通過內(nèi)置傳感器的筆、收集處理裝置、計算機(jī)，同步收集學(xué)生記筆記的動作信號和老師講課的音頻信號，之后能將相關(guān)數(shù)據(jù)儲存，采用分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計和分析。其目的在于幫助教師了解學(xué)生聽課情況，評價和改進(jìn)教學(xué)方式。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實施例的信號筆本體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的信號筆本體內(nèi)部電路連接圖；

圖4為本發(fā)明單片機(jī)與其他模塊之間連接關(guān)系示意圖；

圖5為本發(fā)明pc分析過程圖。

其中，1、筆殼；2、筆芯；3、薄膜壓力傳感器；4、筆帽；5、開關(guān)；6、充電接口；7、信號轉(zhuǎn)換電路；8、聚合物鋰電池；9、無線發(fā)射模塊；110、壓力傳感器；120、信號轉(zhuǎn)換模塊；130、信號發(fā)出裝置；140、信號筆本體；210、收集處理裝置；211、接收裝置；212、單片機(jī)；213、錄音模塊。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)中，教師不好分析每個學(xué)生的聽課情況、課堂教學(xué)效果及對課程的教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整，本發(fā)明提供一種學(xué)生課堂書寫時段的智能分析系統(tǒng)。

本發(fā)明實施例提供了一種信號筆。本發(fā)明實施例提供的信號筆可以在學(xué)生進(jìn)行書寫的動作時產(chǎn)生信號并對信號進(jìn)行傳輸。

如圖1所示，本發(fā)明包括：壓力傳感器110、信號轉(zhuǎn)換模塊120、信號發(fā)出裝置130和筆本體140；壓力傳感器110與信號轉(zhuǎn)換模塊120連接，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行書寫動作時，筆尖會與紙或書本發(fā)生接觸，筆頭上的滾珠會旋轉(zhuǎn)同時對紙或書本產(chǎn)生壓力，紙或書本會對筆頭產(chǎn)生反向壓力，通過筆桿傳輸筆芯尾部會對壓力傳感器110施加壓力，壓力傳感器110會根據(jù)受到壓力的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電阻信號，之后將得到電阻信號傳輸給信號轉(zhuǎn)換模塊120；傳感器模塊120與信號發(fā)出裝置130連接，接收上述電阻信號，根據(jù)每個人書寫用力大小的不同，壓力傳感器110傳出電阻的大小也不相同，調(diào)節(jié)傳感器模塊120的靈敏度（優(yōu)選的，因為每個人寫字角度不同，力度不一樣，所以需要調(diào)節(jié)各傳感器模塊120的閾值；調(diào)閾值就是傳感器模塊上有一個轉(zhuǎn)鈕，用螺絲刀左右轉(zhuǎn)動就可），達(dá)到閥值后即學(xué)生用信號筆進(jìn)行書寫的動作時，輸出開信號；沒達(dá)到閥值即學(xué)生未用信號筆進(jìn)行書寫的動作時，輸出關(guān)信號，實時不間斷的將開關(guān)量信號傳輸給信號發(fā)出裝置130；信號發(fā)出裝置130與接收處理裝置通過無線連接，經(jīng)過對碼（對碼就是把信號發(fā)出裝置和信號接收裝置組裝一個對碼電路，然后拉低對碼鍵的電壓，然后再拉高，之后驗證是否對應(yīng)好，把對碼電路拆掉即可；對碼過程利用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)）后，將接收的開關(guān)量信號，以無線電波的方式傳輸給接收處理裝置中的信號接收裝置；

上述壓力傳感器110，信號轉(zhuǎn)換模塊120，信號發(fā)出裝置130均安裝在信號筆本體140上。

壓力傳感器110可能會根據(jù)每個人拿筆方式，書寫力度大小、角度不同而導(dǎo)致筆芯尾部對壓力傳感器110的壓力不同，本發(fā)明設(shè)置信號轉(zhuǎn)換模塊120的閥值，當(dāng)壓力傳感器110上受到的力達(dá)到一定值時，傳輸給信號轉(zhuǎn)換模塊120的電阻信號很小，信號轉(zhuǎn)換模塊120輸出開信號；當(dāng)壓力傳感器110上受到的力沒有達(dá)到特地的值時，傳輸給信號轉(zhuǎn)換模塊120的電阻信號很大，信號轉(zhuǎn)換模塊120輸出關(guān)信號。這樣，就不會因為力的大小不同，而傳輸不一樣的信號。

壓力傳感器模塊110為薄膜壓力傳感器3；上述信號轉(zhuǎn)換模塊120為信號轉(zhuǎn)換電路7；上述信號發(fā)出裝置130為無線發(fā)射模塊9。

上述壓力傳感器110安裝在信號筆140筆芯尾部，薄膜感應(yīng)力的區(qū)域?qū)?yīng)在筆芯尾部的受力區(qū)域。

在本發(fā)明實施例中，當(dāng)用戶使用信號筆進(jìn)行書寫時，筆尖會和書本接觸，對書本施加壓力，書本對筆尖有反作用力，筆尖通過筆管會傳到筆芯尾部，筆芯尾部對壓力傳感器110產(chǎn)生壓力，壓力傳感器110隨著收到壓力的變化，將電阻的變化傳輸給信號轉(zhuǎn)換模塊120，收到的壓力越大，電阻越小。之后調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換模塊120的閥值，當(dāng)收到低于閥值的電阻信號，輸出開信號，表示收到信號；當(dāng)收到高于閥值的電阻信號，輸出關(guān)信號。

其中，上述傳感器模塊120將信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號，實際就是分別用高、低電平表示二值邏輯的“1”和“0”，之后每個信號轉(zhuǎn)換模塊120的開關(guān)量信號輸出接口連接到發(fā)射模塊130的引腳，每個發(fā)射模塊130具有10個引腳，6個引腳是發(fā)射接收信號的，2個引腳接電源正負(fù)極，另外2個引腳用于對碼；可以連接6個信號轉(zhuǎn)換模塊120，同時接收6個開關(guān)量信號，并發(fā)射。

其中，上述發(fā)射模塊130采用了soc技術(shù)，講接收的開關(guān)量信號以無線電波的形式發(fā)射出去，由于采用最新的soc技術(shù)，可以滿足多組同時工作時，不會互相干擾，且視距滿足需要。

上述信號筆還包括聚合物鋰電池8；

聚合物鋰電池8分別與信號轉(zhuǎn)換模塊120和信號發(fā)出裝置130連接，傳輸電能給傳感器模塊120和信號發(fā)出裝置130。

當(dāng)用戶需要對信號進(jìn)行傳輸時，才會使用本發(fā)明提供的信號筆，平常不需要信號傳輸時，只使用筆本身的功能，因此上述信號轉(zhuǎn)換模塊120，信號發(fā)出裝置130不需要實時開啟著，因此可以在上述信號筆上設(shè)置一個按鈕開關(guān)5，以控制上述聚合物鋰電池。

上述按鈕開關(guān)5與聚合物鋰電池連接，閉合電路或者斷開電路看以給信號轉(zhuǎn)換模塊120和信號發(fā)出裝置130供電或斷電；按鈕開關(guān)5安裝在信號筆本體140的筆帽4外表面。

總之，由于聚合物鋰電池分別于信號轉(zhuǎn)換模塊120和信號發(fā)出裝置130有連接，因此當(dāng)打開上述按鈕開關(guān)后，信號轉(zhuǎn)換模塊120和信號發(fā)出裝置130都會開啟開始工作，壓力傳感器110不需要供電，也處于工作狀態(tài)，當(dāng)關(guān)閉上述按鈕開關(guān)后，信號轉(zhuǎn)換模塊120和信號發(fā)出裝置130都會關(guān)閉，停止工作。

當(dāng)用戶需要使用本發(fā)明實施例提供的信號筆時，可以開啟上述按鈕開關(guān)5，這樣信號轉(zhuǎn)換模塊120就會接收壓力傳感器110傳輸?shù)碾娮栊盘?，由信號轉(zhuǎn)換模塊120對電阻信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到開關(guān)量信號，并傳輸開關(guān)量信號給信號發(fā)出裝置130，之后信號發(fā)出裝置130再把開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為無線電波進(jìn)行傳輸。

上述信號筆還包括充電接口6；充電接口6分別與電源及聚合物鋰電池連接，接收電源傳輸?shù)碾娔?，并傳輸電能給聚合物鋰電池；充電接口設(shè)置在信號筆本體140的筆帽4外表面。

在本發(fā)明實施例中，當(dāng)上述聚合物鋰電池中的電量耗完后，可以通過充電線將上述充電接口與電源連接，這樣，上述充電接口就可以接收電源傳輸?shù)碾娔?，并將接收到的電能傳輸給鋰電池，由鋰電池進(jìn)行存儲，以供信號轉(zhuǎn)換模塊120、信號發(fā)出裝置130工作。

本發(fā)明實施例提供的信號筆，在用戶進(jìn)行書寫的過程中，不會影響到用戶的動作，且對任意書本均能實現(xiàn)上述目的。

本發(fā)明還包括信號收集處理裝置210以及安裝有分析軟件的計算機(jī)；

信號收集處理裝置210和信號筆本體140通過無線連接，接收信號筆210傳輸?shù)臒o線電波信號，之后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號，并實時儲存，同時錄制上課時老師發(fā)出的音頻并以u盤為存儲介質(zhì)儲存，之后通過usb接口，轉(zhuǎn)移到pc上，方便老師進(jìn)行課后分析。上述信號收集處理裝置210可以和多個信號筆本體140連接，多個可以為任意正整數(shù)。

上述收集處理裝置210包括接收裝置211、單片機(jī)212及錄音模塊213；接收裝置211分別與信號筆220及單片機(jī)212連接，接收信號筆220無線傳輸?shù)臒o線電波信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)212；

其中，接收裝置211有6個端口，可以同時接收6個信號筆220傳輸?shù)臒o線電波信號。接收裝置具有10個引腳，2個引腳接正負(fù)極，2個引腳用于對碼用，6個引腳用于；單片機(jī)212實時動態(tài)采集上述開關(guān)量信號，并將該信號存儲在單片機(jī)212內(nèi)，需要提取時，通過仿真器usb接口導(dǎo)入u盤中即可；

其中，單片機(jī)有8個并行口，最多可以同時接收64路開關(guān)量信號傳輸，即可以連接11個接收裝置211（11個接收裝置中其中的10個，用了6個接收端口，另外一個接收裝置用了4個接收端口。）；本實施例中的接收裝置211為無線接收模塊。

例如，一個班級有60個學(xué)生，需要60個無線發(fā)射模塊，10個無線接收模塊，一個單片機(jī)，一個錄音模塊，和一個u盤即可。

例如，一個班級有120個學(xué)生，需要120個無線發(fā)射模塊，20個無線接收模塊，兩個單片機(jī)，一個錄音模塊，和一個u盤即可。

如圖4所示，錄音模塊213與單片機(jī)212-c8051f020相連，按鈕開關(guān)設(shè)置在單片機(jī)212上，按下按鈕開關(guān)時，錄音模塊213即開始錄音，在單片機(jī)與u盤之間接入usb的轉(zhuǎn)換芯片ch372，這樣就可以直接將音頻文件存入u盤中。

圖4中，p0.0-p7.6最多可以有63個引腳用來接收無線接收模塊傳來的高低電平信號，p7.7對應(yīng)錄音模塊；

復(fù)位電路作用是讓單片機(jī)初始化。當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行程序時出現(xiàn)走飛及卡機(jī)現(xiàn)象時，就需要重新執(zhí)行程序；

ch372是純usb接口轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)對ch372寫入程序的操作，采集到的數(shù)據(jù)和音頻均會存儲在u盤中；按照u盤的文件格式，實現(xiàn)pc對u盤中數(shù)據(jù)讀取的操作最終以txt文本格式將采集的數(shù)據(jù)顯示出來，以mp4音頻格式將采集的錄音顯示出來。

分析軟件包括單片機(jī)控制主程序、模塊初始化及讀取數(shù)據(jù)子程序、單片機(jī)寫入u盤子程序，在keil編程環(huán)境里，采用c51與匯編語言混合編寫。

u盤內(nèi)存中數(shù)據(jù)的存儲形式是二進(jìn)制形式，要最終以txt文件格式到pc上，就需要將二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的ascii碼。通過u盤倒入，在pc上可以得到txt形式的數(shù)據(jù)文件和mp4形式的音頻。單片機(jī)每秒接收一次數(shù)據(jù)，1表示有信號，0表示沒有信號，從單片機(jī)和信號筆開啟時開始接收。

如圖5所示，軟件分析過程如下內(nèi)容：

對單片機(jī)每個引腳得到的數(shù)據(jù)（即0、1這樣的數(shù)據(jù)）結(jié)果進(jìn)行處理，取60個數(shù)字為一周期，即1分鐘，得到每分鐘中數(shù)據(jù)為1的次數(shù)，即該分鐘的書寫次數(shù)，以橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為該分鐘的書寫次數(shù)，得到對應(yīng)每個學(xué)生的分析圖。

對單片機(jī)所有引腳得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理，取所有數(shù)據(jù)的每個周期中數(shù)據(jù)為1的次數(shù)的平均值，即所有學(xué)生的每分鐘平均書寫次數(shù)，以橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為該分鐘的平均書寫次數(shù)，得到班級平均數(shù)據(jù)分析圖并且該分析圖和音頻連接在一起，選取分析圖上每個點時，會從對應(yīng)時間開始播放音頻。

對單片機(jī)所有引腳得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理，將一周期內(nèi)數(shù)據(jù)中的1定義為有效次數(shù)，取整個班級為整體，以橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為班級該分鐘的有效次數(shù)得到對應(yīng)班級的數(shù)據(jù)分析圖，并且該分析圖和音頻連接在一起，選取分析圖上每個點時，會從對應(yīng)時間開始播放音頻。

對比對應(yīng)學(xué)生的分析圖和班級平均數(shù)據(jù)分析圖，得出對應(yīng)學(xué)生的上課狀態(tài)，以及講不同內(nèi)容時學(xué)生的不同反應(yīng)，可以方便老師了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對學(xué)生的平時成績作業(yè)等給予更好的判斷。

對比班級的數(shù)據(jù)分析圖，并且看在學(xué)生有效次數(shù)較多時和學(xué)生有效次數(shù)較少時講課的音頻，分析上課重點是否被學(xué)生所接受，及時根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)上課內(nèi)容調(diào)整上課方式，以便老師更好的授課；同時對老師上課效果可以做一個評估。

上述收集處理裝置210還包括供電系統(tǒng)；接收裝置211、單片機(jī)212和錄音模塊213分別與電源適配器連接，通過電源適配器進(jìn)行供電。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。