一种基于体感技术的智能教室教学系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于体感技术的智能教室教学系统，包括显示模块、语音提示模块、图像识别模块、控制模块、数据库模块、数据处理模块、检测模块、无线通信模块；同时也公开了基于该系统的教学管理方法，将图像识别技术、体感技术与智能教室教学系统相结合，利用图像识别技术鉴别用户身份，并识别用户的非正常行为；利用体感技术带给学生非凡的3D虚拟课堂体验，提高课堂效率。本发明专利技术主要面向小学生，帮助小学生改善不良坐姿，利用先进的体感技术提高学生自主学习能力和自我表达能力，实现了真正的无人监考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于体感技术的智能教室教学系统及方法
本专利技术涉及一种基于体感技术的智能教室教学系统及方法，属于教学管理领域。
技术介绍
体感技术使得人们可以很直接地使用肢体动作，无需使用任何复杂的控制设备，实现与周边的装置或环境互动，目前主要应用于游戏领域。图像识别技术属于人工智能，该技术利用模版匹配模型，编制模拟人类图像识别活动的计算机程序来识别某个图像。当前的刺激与大脑中的模板相匹配，该图像即被识别。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于体感技术的智能教室教学系统方法，将体感技术、图像识别技术与智能教室教学系统相结合。利用体感技术可以为学生打造虚拟的3D课堂环境，提高学生对学习兴趣与参与积极性；利用无线通信技术使得智能教室可控设备管理系统和后台管理系统安全高效地进行通信。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于体感技术的智能教室教学系统，包括后台管理系统、教室可控设备管理系统；所述后台管理系统包括后台数据库模块、后台数据处理模块、后台无线通信模块和后台控制模块；所述教室可控设备管理系统包括智能触摸屏黑板、智能课桌、电灯、门、窗、摄像机和电子发生器；所述智能课桌包括课桌显示模块、课桌语音提示模块、课桌图像识别模块、课桌数据库模块、课桌数据处理模块、课桌检测模块、课桌控制模块和课桌无线通信模块；智能触摸屏黑板包括黑板显示模块、黑板语音提示模块、黑板图像识别模块、黑板数据库模块、黑板数据处理模块、黑板检测模块、黑板控制模块和黑板无线通信模块；所述电灯包括电灯检测模块和电灯无线通信模块；所述门包括门检测模块和门无线通信模块，所述窗包括窗检测模块和窗无线通信模块；所述摄像机包括摄像机检测模块和摄像机无线通信模块；所述电子发生器包括发生器数据库模块、发生器数据处理模块、发生器检测模块和发生器无线通信模块；所述后台数据库模块用于保存学生信息、教师信息、课程信息、学校通知；所述学生信息包括学生的学号、姓名等学籍信息和成绩、奖惩、等级、出勤的表现记录；所述教师信息包括姓名、授课情况、出勤的信息；所述课程信息包括作业、课件、学期课表安排与计划、教室分配；所述学校通知包括学校开展的活动、学校政策；所述后台数据处理模块用于统计全部学生、老师出勤情况、对数据库中的信息增删查改；所述后台控制模块用于控制教室可控设备的启停与调节；所述黑板显示模块用于显示课程相关资料；所述黑板语音提示模块用于提示考试开始和结束和课堂信息；所述课堂信息包括学生坐姿、考试开始与结束；所述黑板图像识别模块用于指纹识别老师的身份、识别于学生上课或考试期间非正常行为；所述黑板数据库模块用于保存教师出勤情况、学生课堂表现情况、教师课件的学习资料；所述黑板数据处理模块用于教师对学习资料修改、学生课堂表现的记录；所述黑板检测模块用于检测教师授课时肢体动作的物理参数和人体映像，为体感技术采集信息；所述物理参数包括加速度、角速度和磁场；所述黑板控制模块根据检测模块的检测结果控制黑板上图片旋转、翻页，从而呈现物体的3D效果；所述课桌显示模块用于显示教室课堂内容、学生笔记、作业、试卷；所述课桌语音提示模块用于指导学生收拾课桌步骤、提示是否需要打包课件、作业；所述课桌图像识别模块用于识别学生上课或考试期间非正常行为、指纹识别老师的身份；所述课桌数据库模块用于保存学生出勤情况、教师课件、学生笔记、作业的学习资料；所述课桌数据处理模块用于统计学生出勤情况并支持学生对学习资料修改、做笔记、做作业；所述课桌检测模块用于检测学生周围温度和学生的肢体动作的物理参数和人体映像，为体感技术采集信息；所述物理参数包括加速度、角速度和磁场；所述课桌控制模块根据课桌检测模块的检测结果控制课桌显示模块上图片旋转、翻页，从而呈现物体的3D效果；所述电灯检测模块、门检测模块、窗检测模块用于检测当前工作状态，方便后台管理系统的控制；所述摄像机检测模块用于图像识别学生考试期间非正常行为和当前工作状态；所述发生器检测模块用于识别噪声是否超出指标；所述发生器数据库模块用于保存检测到的噪声频谱的结果；所述发生器数据处理模块用于根据数据库中保存的噪声信息，产生与噪声相位反相180度的声音，有效消除噪声；所述各个系统的无线通信模块用于后台管理系统和教室可控设备管理系统的通信。所述智能课桌和智能触摸屏黑板上装备有体感设备；所述体感设备包括手柄、教鞭、电子笔；所述智能课桌装备有温度传感器和微型空调；所述电灯装备有光学传感器。一种基于体感技术的智能教室教学方法，利用上述系统，包括以下步骤：步骤一，后台管理系统调用后台数据库中课程信息，根据上课时间与地点，提前打开教室门及相关设备，课桌显示模块及黑板显示模块显示所需学习资料，转至步骤二；步骤二，若为课前查勤模式，转至步骤三；若为上课模式，转至步骤八；若为下课模式，转至步骤十七；若为考试模式，转至步骤二十；若为假期通知模式，转至步骤二十七；否则教室处于空闲状态，自动关闭教室所有设备及门窗；步骤三，学生、老师进入教室，黑板图像识别模块、课桌图像识别模块识别用户指纹确定身份，若上课时间已到，转入步骤四，否则继续进行指纹识别工作，并实时将签到结果上传给后台服务管理系统；步骤四，后台数据处理模块统计未经指纹识别的学生，将迟到、缺勤的信息保存到后台数据库模块中，自动发送给学生家长手机，转至步骤五；步骤五，若有教师缺勤，转至步骤六；否则准备上课；步骤六，将未到老师的缺勤信息发送给学校相关领导，若已经有老师代课，，准备上课，否则转至步骤七；步骤七，通知代课老师或者同课程空闲老师到上课地点代课，并准备上课；步骤八，若当前发生器检测模块检测出噪声超出指标，转至步骤九，否则，转至步骤十；步骤九，关闭窗户，发生器数据处理模块利用以声消声技术生成与源噪声相位反相180度的声音，消除噪声，转至步骤十；步骤十，电灯检测模块检测光线亮度，将检测结果发送给后台数据处理模块，控制调节电灯亮度，转至步骤十一；步骤十一，课桌检测模块检测学生周围温度，将学生附近温度调节为最佳温度范围，转至步骤十二；步骤十二，黑板图像识别模块和课桌图像识别模块识别学生的不良坐姿，课桌的LED闪烁，并语音提示教师进行提醒，转至步骤十三；步骤十三，摄像机检测模块图像识别学生有反常行为，经教师核实，自动发送到后台数据库模块保存，作为评优依据，转至步骤十四；步骤十四，教师使用体感设备，通过体感技术或者直接触屏进行授课，转至步骤十五；步骤十五，学生使用体感技术或触屏学习，做笔记、作业，转至步骤十六；步骤十六，若语音提示需要学生演示，则学生通过体感技术进行课程演示，否则，教师正常授课；步骤十七，保存学生的笔记、作业等记录于课桌数据库模块中，若需要将学习资料打包发送，则转至步骤十八，否则转至步骤十九；步骤十八，将学习资料打包上传到学生的云盘，转至步骤十九；步骤十九，若学生需要继续使用智能课桌，则转至步骤八，进入上课模式；否则学生通过课桌语音提示模块指导将智能课桌配套设备归位整理；步骤二十，学生进入教室，指纹识别确定身份，转至步骤二十一；步骤二十一，若黑板语音提示模块语音提示考试时间已到，转至步骤二十二，否则继续指纹识别身份验证；步骤二十二，打开所有摄像机，开始考试，课桌数据处理模块统计未经指纹识别的学生，将未到考生的信息发送到班主任的手机，由班主任查明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于体感技术的智能教室教学系统，其特征在于：包括后台管理系统、教室可控设备管理系统；所述后台管理系统包括后台数据库模块、后台数据处理模块、后台无线通信模块和后台控制模块；所述教室可控设备管理系统包括智能触摸屏黑板、智能课桌、电灯、门、窗、摄像机和电子发生器；所述智能课桌包括课桌显示模块、课桌语音提示模块、课桌图像识别模块、课桌数据库模块、课桌数据处理模块、课桌检测模块、课桌控制模块和课桌无线通信模块；智能触摸屏黑板包括黑板显示模块、黑板语音提示模块、黑板图像识别模块、黑板数据库模块、黑板数据处理模块、黑板检测模块、黑板控制模块和黑板无线通信模块；所述电灯包括电灯检测模块和电灯无线通信模块；所述门包括门检测模块和门无线通信模块，所述窗包括窗检测模块和窗无线通信模块；所述摄像机包括摄像机检测模块和摄像机无线通信模块；所述电子发生器包括发生器数据库模块、发生器数据处理模块、发生器检测模块和发生器无线通信模块；所述后台数据库模块用于保存学生信息、教师信息、课程信息、学校通知；所述学生信息包括学生的学号、姓名等学籍信息和成绩、奖惩、等级、出勤的表现记录；所述教师信息包括姓名、授课情况、出勤的信息；所述课程信息包括作业、课件、学期课表安排与计划、教室分配；所述学校通知包括学校开展的活动、学校政策；所述后台数据处理模块用于统计全部学生、老师出勤情况、对数据库中的信息增删查改；所述后台控制模块用于控制教室可控设备的启停与调节；所述黑板显示模块用于显示课程相关资料； 所述黑板语音提示模块用于提示考试开始和结束和课堂信息；所述课堂信息包括学生坐姿、考试开始与结束；所述黑板图像识别模块用于指纹识别老师的身份、识别于学生上课或考试期间非正常行为； 所述黑板数据库模块用于保存教师出勤情况、学生课堂表现情况、教师课件的学习资料；所述黑板数据处理模块用于教师对学习资料修改、学生课堂表现的记录； 所述黑板检测模块用于检测教师授课时肢体动作的物理参数和人体映像，为体感技术采集信息；所述物理参数包括加速度、角速度和磁场； 所述黑板控制模块根据检测模块的检测结果控制黑板上图片旋转、翻页，从而呈现物体的3D效果； 所述课桌显示模块用于显示教室课堂内容、学生笔记、作业、试卷； 所述课桌语音提示模块用于指导学生收拾课桌步骤、提示是否需要打包课件、作业； 所述课桌图像识别模块用于识别学生上课或考试期间非正常行为、指纹识别老师的身份； 所述课桌数据库模块用于保存学生出勤情况、教师课件、学生笔记、作业的学习资料；所述课桌数据处理模块用于统计学生出勤情况并支持学生对学习资料修改、做笔记、做作业；所述课桌检测模块用于检测学生周围温度和学生的肢体动作的物理参数和人体映像，为体感技术采集信息；所述物理参数包括加速度、角速度和磁场； 所述课桌控制模块根据课桌检测模块的检测结果控制课桌显示模块上图片旋转、翻页，从而呈现物体的3D效果；所述电灯检测模块、门检测模块、窗检测模块用于检测当前工作状态，方便后台管理系统的控制； 所述摄像机检测模块用于图像识别学生考试期间非正常行为和当前工作状态；所述发生器检测模块用于识别噪声是否超出指标；所述发生器数据库模块用于保存检测到的噪声频谱的结果；  所述发生器数据处理模块用于根据数据库中保存的噪声信息，产生与噪声相位反相180度的声音，有效消除噪声； 所述各个系统的无线通信模块用于后台管理系统和教室可控设备管理系统的通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于体感技术的智能教室教学系统，其特征在于：包括后台管理系统、教室可控设备管理系统；所述后台管理系统包括后台数据库模块、后台数据处理模块、后台无线通信模块和后台控制模块；所述教室可控设备管理系统包括智能触摸屏黑板、智能课桌、电灯、门、窗、摄像机和电子发生器；所述智能课桌包括课桌显示模块、课桌语音提示模块、课桌图像识别模块、课桌数据库模块、课桌数据处理模块、课桌检测模块、课桌控制模块和课桌无线通信模块；智能触摸屏黑板包括黑板显示模块、黑板语音提示模块、黑板图像识别模块、黑板数据库模块、黑板数据处理模块、黑板检测模块、黑板控制模块和黑板无线通信模块；所述电灯包括电灯检测模块和电灯无线通信模块；所述门包括门检测模块和门无线通信模块，所述窗包括窗检测模块和窗无线通信模块；所述摄像机包括摄像机检测模块和摄像机无线通信模块；所述电子发生器包括发生器数据库模块、发生器数据处理模块、发生器检测模块和发生器无线通信模块；所述后台数据库模块用于保存学生信息、教师信息、课程信息、学校通知；所述学生信息包括学生的学号、姓名等学籍信息和成绩、奖惩、等级、出勤的表现记录；所述教师信息包括姓名、授课情况、出勤的信息；所述课程信息包括作业、课件、学期课表安排与计划、教室分配；所述学校通知包括学校开展的活动、学校政策；所述后台数据处理模块用于统计全部学生、老师出勤情况、对数据库中的信息增删查改；所述后台控制模块用于控制教室可控设备的启停与调节；所述黑板显示模块用于显示课程相关资料；所述黑板语音提示模块用于提示考试开始和结束和课堂信息；所述课堂信息包括学生坐姿、考试开始与结束；所述黑板图像识别模块用于指纹识别老师的身份、识别于学生上课或考试期间非正常行为；所述黑板数据库模块用于保存教师出勤情况、学生课堂表现情况、教师课件的学习资料；所述黑板数据处理模块用于教师对学习资料修改、学生课堂表现...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩光洁，华娇娇，周晨程，沈天怡，董放，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32