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CN107015497A - 一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法 - Google Patents

一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法 Download PDF

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CN107015497A CN201710017376.7A CN201710017376A CN107015497A CN 107015497 A CN107015497 A CN 107015497A CN 201710017376 A CN201710017376 A CN 201710017376A CN 107015497 A CN107015497 A CN 107015497A
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张国金
黄锦标
张灵聪
周璐
许陵
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Shenzhen Polytechnic
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Minnan Normal University
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法，通过将无线光电鼠标装置制作成眼镜附加装置安装在眼镜架上，可以获取上眼睑的相对移动方向、移动距离和移动速度大小，并将这些信息通过无线通信模块传输给具有无线通信功能的外部终端设备；外部终端设备通过对移动轨迹的处理，得到眼睑眨动数据，外部终端设备再将眼睑眨动数据通过网络传输到远端监控服务器；远端监控服务器经过对眼睑眨动数据的处理分析，判断出学习者的学习状态。本发明通过对学习者眼睑眨动信息进行实时采集、传输和处理，对学习者是否处于疲劳学习做出判断，进而采取相应的措施。

Description

一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种检测系统及方法，特别是涉及一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法。
背景技术
目前，现有技术以学习者为中心的疲劳学习的仪器主要分为以下两种：采用摄像头(或其他仪器)来采集学习者的面部图像信息(主要是眼睛)，再经过计算机处理得到眼睛眨动的次数，以此来判断学习者的疲劳状况。这类检测仪器在检测手段和数据处理上存在如下不足之处：
1、人的头部定位问题：一般需要两台以上的摄像头和一台高性能的计算机(由计算机控制一台跟踪头部定位，另一台捕捉面部的图像)，才能完成面部图像信息的采集，使得操作复杂，学习者不易完成，很难实时获取眼睛眨动的信息。
2、信息处理与传输存在的问题：
前端处理，即在客户端将信息处理成数字信号，这样便于传输，但面部图像信息量大，处理速度比较慢，很难实时完成。
后端处理，即在客户端上将信息通过网络传输到远端的数据处理终端，这种方法虽然可以避免客户端的信息处理，但对网络的带宽要求很高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法，通过将无线光电鼠标装置制作成眼镜附加装置安装在眼镜架上，不仅解决了定位和佩戴问题，而且能够准确获取学习者的眼睑眨动次数并实时传输给外部终端设备和远端监控服务器进行分析处理，最终判断出学习者的疲劳学习状态。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统，包括一眼镜，还包括安装在所述眼镜上的无线光电鼠标装置、具有无线通信功能的外部终端设备和远端监控服务器；所述无线光电鼠标装置与所述外部终端设备相连，所述外部终端设备与所述远端监控服务器相连；所述无线光电鼠标装置包括眼睑眨动信息采集模块和无线通信模块；所述眼睑眨动信息采集模块用于通过光学引擎实时采集学习者的眼睑眨动信息，并将所述眼睑眨动信息发送给所述无线通信模块；所述无线通信模块用于将所述眼睑眨动信息传输给所述外部终端设备，并接收所述外部终端设备发送的语音提醒信息；所述外部终端设备用于根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数，并将睁眼、闭眼和眨眼的次数发送给所述远端监控服务器；所述远端监控服务器用于根据接收到的睁眼、闭眼和眨眼次数分析出学习者的学习状态；其中，所述无线通信模块包括型号为nRF24LE1的无线收发芯片，所述无线收发芯片通过射频天线发送采集的眼睑眨动信息给外部终端设备。
所述眼镜包括两眼镜框和位于两眼镜框的相对外端的两眼镜腿；所述无线光电鼠标装置通过一支架与任一所述眼镜框相连接，通过另一支架与任一所述眼镜腿相连接。
所述无线光电鼠标装置还安装有供电模块，用于为所述眼睑眨动信息采集模块和无线通信模块供电；所述供电模块包括可充电电池、电池充电控制电路、USB充电接口和电源开关；所述USB充电接口与所述电池充电控制电路的输入相连接，所述电池充电控制电路的输出通过所述电源开关接至可充电电池的正极，所述稳压电路的输入通过所述电源开关接至可充电电池的正极，稳压电路的输出构成供电端用于控制为所述眼睑眨动信息采集模块和无线通信模块供电。
所述眼睑眨动信息采集模块包括型号为PAW3205的光学引擎芯片、发光二极管和光电采集口；所述光学引擎芯片与所述发光二级管相连接，所述发光二级管发出的光线照射在所述光电采集口表面用于采集眼睑眨动信息；所述光学引擎芯片通过所述无线通信模块发射采集的眼睑眨动信息。
所述无线通信模块包括型号为nRF24LE1的无线收发芯片，所述无线收发芯片通过射频模块发送采集的眼睑眨动信息给外部终端设备。
一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测方法，包括如下步骤：
眼睑眨动信息采集模块通过光学引擎实时采集学习者的眼睑眨动信息，并将所述眼睑眨动信息发送给无线通信模块；
无线通信模块将所述眼睑眨动信息传输给具有无线通信功能的外部终端设备；
外部终端设备根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数，并将睁眼、闭眼和眨眼的次数发送给远端监控服务器；
远端监控服务器根据接收到的睁眼、闭眼和眨眼次数分析出学习者的学习状态。
所述外部终端设备根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数的方法为：
当外部终端设备接收到的眼睑眨动信息为在原始位置不变时，判断为睁眼；当外部终端设备接收到的眼睑眨动信息为向下移动且在预设时间内不返回时，判断为闭眼；当外部终端设备接收到的眼睑眨动信息为向下移动且在预设时间内返回，判断为眨眼。
由所述眼睑眨动信息采集模块和所述无线通信模块组成的无线光电鼠标装置安装于一眼镜，所述眼睑眨动信息采集模块对学习者的眼睑眨动信息进行采集时，学习者需佩戴该眼镜。
本发明的一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法，通过将无线光电鼠标装置制作成眼镜附加装置安装在眼镜架上，可以获取上眼睑的相对移动方向、移动距离和移动速度大小，并将这些信息通过无线通信模块传输给具有无线通信功能的外部终端设备；外部终端设备通过对移动轨迹的处理，得到眼睑眨动数据，外部终端设备再将眼睑眨动数据通过网络传输到远端监控服务器；远端监控服务器经过对眼睑眨动数据的处理分析，判断出学习者的学习状态。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明直接在现有技术的眼镜上安装无线光电鼠标装置，不仅可以利用眼镜方便佩戴特点解决定位和佩戴问题，而且利用光学引擎检测学习者的眼睑眨动信息，其与面部图像/图片信息采集和传统检测脑电波的方式相比，具有数据量小、直接、不需要复杂加工处理即可进行传输，完全可以满足网络数据的传送要求，可以帮助家长或学校准确及时地判断出学习者的疲劳学习程度，进而采取相应的措施；
2、本发明采用无线通信模块对光学引擎采集的眼睑眨动信息进行传输，具有免于连接数据线及操作方便等特点；
3、本发明的无线通信模块的主控芯片采用型号为nRF24LE1的芯片，能够接收光学引擎芯片采集的学习者的眼睑眨动信息，并发送给外部终端设备进行处理。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明实施例的原理框图；
图2是本发明实施例的眼镜(安装有无线光电鼠标装置)的结构示意图一；
图3是本发明实施例的眼镜(安装有无线光电鼠标装置)的结构示意图二；
图4是本发明的眼睑眨动信息采集模块和无线通信模块的电路图；
图5是本发明的供电模块电路图。
具体实施方式
请参见图1至3所示，本发明的一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统，包括一眼镜1，还包括安装在所述眼镜1上的无线光电鼠标装置2、具有无线通信功能的外部终端设备3和远端监控服务器4；所述无线光电鼠标装置2与所述外部终端设备3通过无线通信相连，所述外部终端设备3与所述远端监控服务器4通过INTERNET相连；其中：
所述无线光电鼠标装置2包括眼睑眨动信息采集模块21和无线通信模块23；所述眼睑眨动信息采集模块21用于通过光学引擎实时采集学习者的眼睑眨动信息，并将所述眼睑眨动信息发送给所述无线通信模块23；所述无线通信模块23用于将所述眼睑眨动信息传输给所述外部终端设备3；
所述外部终端设备3用于根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数，并将睁眼、闭眼和眨眼的次数发送给所述远端监控服务器4；
所述远端监控服务器4用于根据接收到的睁眼、闭眼和眨眼次数分析出学习者的学习状态。
进一步的，所述眼镜1包括两眼镜框11和位于两眼镜框11的相对外端的两眼镜腿12；所述无线光电鼠标装置2通过一支架5与任一所述眼镜框11相连接，通过另一支架5与任一所述眼镜腿12相连接。
进一步的，所述无线光电鼠标装置2还安装有供电模块22，用于为所述眼睑眨动信息采集模块21和无线通信模块23供电。具体的，如图4至5所示，所述供电模块22包括可充电电池BAT、电池充电控制电路U1、USB充电接口221和电源开关222(即供电开关SW1开关)；所述USB充电接口221与所述电池充电控制电路U1的输入相连接，所述电池充电控制电路U1的输出通过所述电源开关222接至可充电电池BAT的正极，所述稳压电路U2的输入通过所述电源开关222接至可充电电池的正极，稳压电路U2的输出构成供电端VDD用于控制为所述眼睑眨动信息采集模块21和无线通信模块23供电。需要充电时，按下所述电源开关222，供电开关SW1接通，将所述USB充电接口221连接普通手机充电器即可对所述可充电电池BAT进行充电；需要供电时，按下所述电源开关222(即供电开关SW1开关被按下)，供电端VDD为所述眼睑眨动信息采集模块21和无线通信模块23供电。进一步的，二极管D102为共阴极二极管，可满足充电、供电同时进行。
进一步的，所述眼睑眨动信息采集模块21包括型号为PAW3205的光学引擎芯片U3、发光二极管D1和光电采集口211；所述光学引擎芯片U3与所述发光二级管D1相连接，所述发光二级管D1发出的光线照射在所述光电采集口211表面用于采集眼睑眨动信息；所述光学引擎芯片U3通过所述无线通信模块23发射采集的眼睑眨动信息。具体的，PAW3205内置晶振时钟、DSP处理芯片及鼠标LED光源控制系统，能够自动对发光二极管D1的亮度进行控制。PAW3205光学引擎芯片包括8个引脚，分别为第1引脚NC，第2引脚MOTSWK，第3引脚SDIO，第4引脚SCLK，第5引脚LED，第6引脚VSS，第7引脚VDD，第8引脚VDDA，其中，第2引脚是移动检测输出端；第3引脚是串行I/O接口；第4引脚是串行时钟端；第5引脚是光电二极管输入端，与所述发光二极管D1的阴极相连接；第7引脚为电源端，与所述稳压电路的供电端VDD相连接。
进一步的，所述无线通信模块23包括型号为nRF24LE1的无线收发芯片U4，该无线收发芯片U4通过射频天线ANT发送采集的眼睑眨动信息给外部终端设备3。
具体的，无线收发芯片U4的第24、27引脚为VDD，用于与所述稳压电路U2的供电端VDD相连接接收输入电源。
具体的，无线收发芯片U4的第22引脚ANT2通过射频天线ANT发送采集的眼睑眨动信息给外部终端设备3。
具体的，所述光学引擎芯片U3的第2引脚MOTSWK与所述无线收发芯片U4的第12引脚P0.6相连，第3引脚S-DIO与所述无线收发芯片U4的第28引脚P1.5相连，第4引脚SCLK与所述无线收发芯片U4的第18引脚P1.4相连。
一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测方法，包括如下步骤：
眼睑眨动信息采集模块21通过光学引擎实时采集学习者的眼睑眨动信息，并将所述眼睑眨动信息发送给无线通信模块23；
无线通信模块23将所述眼睑眨动信息传输给具有无线通信功能的外部终端设备3，并接收外部终端设备3发送的语音提醒信息；
外部终端设备3根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数，并将睁眼、闭眼和眨眼的次数发送给远端监控服务器4；
远端监控服务器4根据接收到的睁眼、闭眼和眨眼次数分析出学习者的学习状态，并根据分析结果选择是否对学习者发出语音提醒信息。
所述外部终端设备3根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数的方法为：
当外部终端设备3接收到的眼睑眨动信息为在原始位置不变时，判断为睁眼；当外部终端设备3接收到的眼睑眨动信息为向下移动且在预设时间内不返回时，判断为闭眼；当外部终端设备3接收到的眼睑眨动信息为向下移动且在预设时间内返回，判断为眨眼。
由所述眼睑眨动信息采集模块21和所述无线通信模块23组成的无线光电鼠标装置2安装于一眼镜1，所述眼睑眨动信息采集模块21对学习者的眼睑眨动信息进行采集时，学习者需佩戴该眼镜1。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统及方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统，包括一眼镜，其特征在于，还包括安装在所述眼镜上的无线光电鼠标装置、具有无线通信功能的外部终端设备和远端监控服务器；所述无线光电鼠标装置与所述外部终端设备相连，所述外部终端设备与所述远端监控服务器相连；所述无线光电鼠标装置包括眼睑眨动信息采集模块和无线通信模块；所述眼睑眨动信息采集模块用于通过光学引擎实时采集学习者的眼睑眨动信息，并将所述眼睑眨动信息发送给所述无线通信模块；所述无线通信模块用于将所述眼睑眨动信息传输给所述外部终端设备，并接收所述外部终端设备发送的语音提醒信息；所述外部终端设备用于根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数，并将睁眼、闭眼和眨眼的次数发送给所述远端监控服务器；所述远端监控服务器用于根据接收到的睁眼、闭眼和眨眼次数分析出学习者的学习状态；
其中，所述无线通信模块包括型号为nRF24LE1的无线收发芯片，所述无线收发芯片通过射频天线发送采集的眼睑眨动信息给外部终端设备。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统，其特征在于，所述眼镜包括两眼镜框和位于两眼镜框的相对外端的两眼镜腿；所述无线光电鼠标装置通过一支架与任一所述眼镜框相连接，通过另一支架与任一所述眼镜腿相连接。
3.根据权利要求1所述的基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统，其特征在于，所述无线光电鼠标装置还安装有供电模块，用于为所述眼睑眨动信息采集模块和无线通信模块供电；所述供电模块包括可充电电池、电池充电控制电路、USB充电接口和电源开关；所述USB充电接口与所述电池充电控制电路的输入相连接，所述电池充电控制电路的输出通过所述电源开关接至可充电电池的正极，所述稳压电路的输入通过所述电源开关接至可充电电池的正极，稳压电路的输出构成供电端用于控制为所述眼睑眨动信息采集模块和无线通信模块供电。
4.根据权利要求1所述的基于无线传输的学习者疲劳状态检测系统，其特征在于，所述眼睑眨动信息采集模块包括型号为PAW3205的光学引擎芯片、发光二极管和光电采集口；所述光学引擎芯片与所述发光二级管相连接，所述发光二级管发出的光线照射在所述光电采集口表面用于采集眼睑眨动信息；所述光学引擎芯片通过所述无线通信模块发射采集的眼睑眨动信息。
5.一种基于无线传输的学习者疲劳状态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
眼睑眨动信息采集模块通过光学引擎实时采集学习者的眼睑眨动信息，并将所述眼睑眨动信息发送给无线通信模块；
无线通信模块将所述眼睑眨动信息传输给具有无线通信功能的外部终端设备；
外部终端设备根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数，并将睁眼、闭眼和眨眼的次数发送给远端监控服务器；
远端监控服务器根据接收到的睁眼、闭眼和眨眼次数分析出学习者的学习状态。
6.根据权利要求5所述的基于无线传输的学习者疲劳状态检测方法，其特征在于，所述外部终端设备根据接收到的眼睑眨动信息分析出睁眼、闭眼和眨眼的次数的方法为：
当外部终端设备接收到的眼睑眨动信息为在原始位置不变时，判断为睁眼；当外部终端设备接收到的眼睑眨动信息为向下移动且在预设时间内不返回时，判断为闭眼；当外部终端设备接收到的眼睑眨动信息为向下移动且在预设时间内返回，判断为眨眼。
7.根据权利要求6所述的基于无线传输的学习者疲劳状态检测方法，其特征在于：由所述眼睑眨动信息采集模块和所述无线通信模块组成的无线光电鼠标装置安装于一眼镜，所述眼睑眨动信息采集模块对学习者的眼睑眨动信息进行采集时，学习者需佩戴该眼镜。
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Inventor after: Chen Meifen

Inventor after: Bo Bo

Inventor after: Zhou Yufen

Inventor after: He Xiaoqing

Inventor before: Zhang Guojin

Inventor before: Huang Jinbiao

Inventor before: Zhang Lingcong

Inventor before: Zhou Lu

Inventor before: Xu Ling

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Effective date of registration: 20171115

Address after: No. 7098, Liu Xian Avenue, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong

Applicant after: SHENZHEN POLYTECHNIC

Address before: Xiangcheng District of Fujian city in Zhangzhou Province, 363000 Front Street No. 36

Applicant before: Minnan Normal University

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Application publication date: 20170804

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