一种教学辅助装置及教学辅助方法 【技术领域】 [0001] 本发明涉及一种教学辅助设施，特别是一种无线通信的教学辅助装置以及利用该装置的教学辅助方法。 【背景技术】 [0002] 中国发明专利200610069294.9公开了一种教学提示装置，通过讲台的警示开关，对指定学生在课堂上进行警告或提问。这个装置具有如下缺陷：(1)不具备移动性，操作不方便，教师需要对学生进行警示时，需到讲台进行操作。(2)教师讲台和学生课桌上的设备采用有线的连接方式，布线安装复杂，维护成本高。(3)无中央控制中心，功能有限：如不能实现全体警示，不能实现学生评分，不能对数据进行存储和分析等。 【发明内容】 [0003] 本发明的目的是提供一种结构简单的无线教学辅助装置，通过无线的方式，进行课堂教学辅助的装置，通过适度的闪烁光源或振动效果，表达接收到的指令类型，以实现在现代中小学课堂中的无声呼叫。 [0004] 为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：一种教学辅助装置，包括学生用无线收发器、教师用无线收发器、无线中继器、USB无线转换器和电脑主机，其中，USB无线转换器和电脑主机通过USB接口连接，学生用无线收发器、教师用无线收发器、无线中继器和USB无线转换器之间采用无线通信的方式连接。 [0005] 所述学生用无线收发器由单片机MSP430F2132和无线数传芯片CC1101组成； [0006] 所述学生用无线收发器配置键盘、发光二极管和微型振动马达； [0007] 所述学生用无线收发器配置电源监视模块。 [0008] 学生用无线收发器通过无线的方式传送呼叫指令，以闪烁光源或振动的方式表示接收到的指令类型。 [0009] 学生用无线收发器的闪烁光源闪烁频率为8.8赫兹，其中蓝色闪烁光表示提问，红色闪烁光表示注意，振动表示警告。 [0010] 学生用无线收发器还包括5个黄色指示灯，表示5个评分项；1～5号黄灯依次单独闪烁时，表示正在进行的评分项次序，6个按键，分别表示0～5分的分值。 [0011] 所述教师用无线收发器由单片机MSP430F2132和无线数传芯片CC1101组成； [0012] 所述教师用无线收发器配置键盘、显示屏和微型振动马达。教师用无线收发器，通过无线的方式传送呼叫指令，以振动的方式提示接收到的指令类型，形状为教鞭的细长条状。 [0013] 所述无线中继器由单片机MSP430F2132和无线数传芯片CC1101组成，所述无线数传芯片CC1101的数量为两个。 [0014] 所述USB无线转换器由单片机MSP430F2132和无线数传芯片CC1101组成，所述USB无线转换器配置USB转换模块和无线收发模块，与所述电脑主机通过USB口连接。 [0015] 一种利用所述教学辅助装置的教学辅助方法，教师手持所述教师用无线收发器，讲台上安装相同型号的教师用无线收发器，学生课桌上安装所述学生用无线收发器，所述无线中继器安装在教室外面墙壁，子节点与中继节点间的传输距离不超过15米，中继节点到总节点的传输距离不小于200米。 [0016] 可以对设备根据班级进行分组使用，一个组内包括有100个以内的学生用无线收发器，1个教师用无线收发器，一个无线中继器，每个组采用不同频点，组间无线通信不会相互干扰。 [0017] 灯光和振动同时应用时，在授课开始时授课老师通过群体唤醒把学生注意力转移到目的地来。 [0018] 无声呼叫设计：无线呼叫器应用层的功能是使发光二极管、振动器、按键与无线通讯相结合。应用层接收数据链路层发来的命令，完成对指令的解析，将接收到的指令解析成发光二极管与振动器的组合。无线呼叫器的应用层还采集按键信息，将按键信息的数据校验处理后转发给数据链路层，并通过物理层发送到相应的无线呼叫器模块。 [0019] 防数据碰撞设计：中继节点只转发评分数据，所以在中继节点上预留存储空间，保存该中继节点所在组的一节课的评分，而总节点则到各中继节点轮询读取，这样设计，则中继节点至总节点之间不存在数据碰撞。学生用无线收发器到中继节点的数据存在碰撞可能，碰撞的时候进行重传，采用节点编号作为重传间隔，则可以最大程度保证重传成功。 [0020] 低功耗设计：采用可以通过无线来唤醒的低成本RF模块CC1101，和低功耗MCU MSP430F2132，整个设备的平均待机工作电流在5μA以下，两节电池可以使用一年以上。 [0021] 注意力引导：红色最具备警示作用，同时，闪烁光源比较容易引起注意。同时，注意控制灯光辐射的范围，就可以保证不影响其他学生的注意力。 [0022] 本发明的有益效果： [0023] 采用无线呼叫技术，结合光和振动，不仅有效地达到提醒学生注意的目的，而且不会影响其他正在专注听课的学生，学生的自尊心也得到很好的保护。实现一课一评，并通过电脑软件实现对数据的采集分析，形成评分体系。 [0024] 我们应用红色灯光和振动电子装置，最大限度地来唤醒学生注意力转向目标，同时又在最小范围内不影响到其他学生的注意力的新研究开发。目的是在老师授课中应用，提高学生的注意力，通过长期的提示，以至于养成注意力集中习惯。应用红色灯光直射目标体(但不直射眼睛，与桌面35度角，一般在下巴下方，这样最大限度地控制影响其他学生的学习)，非散射，主要唤醒注意力不在授课老师目的地的学生，如走神、做小动作，容易分心、活动过多、冲动任性、自控力差的学生。应用控制声音高振动电子设备来唤醒打瞌睡的学生，同时又最大限度地控制影响其他学生的学习。 [0025] 本系统还可以实现考勤的功能，可以如实地反映学生考勤状态。同时，也可以为教师节约时间，无须人工点名。 【附图说明】 [0026] 图1为所有模块公用的RF模块电路原理图； [0027] 图2为USB无线转换器电路原理图； [0028] 图3为学生用无线收发器电路原理图； [0029] 图4为教师用呼叫器电路原理图； [0030] 图5为系统部署结构图，其中虚线表示无线连接。 [0031] 图1——图4中，相同连接线标号视为相互电学连接，为简洁起见，忽略电学连接之连线。 【具体实施方式】 [0032] 下面的实施例可更详细的说明本发明，但不以任何形式限制本发明。 [0033] 装置实施例1 [0034] 一种注意力唤醒及评分的教学辅助装置，由硬件和计算机软件组成，硬件包括学生用无线收发器、教师用无线收发器、无线中继器、电脑主机，软件用于支持硬件实现功能，其系统结构连接图如图5所示。其中，USB无线转换器和电脑主机通过USB接口连接，学生用无线收发器、教师用无线收发器、无线中继器和USB无线转换器之间采用无线通信的方式连接。 [0035] 学生用无线收发器构成：CC1101无线数传芯片和MSP430F2132单片机，另外配置电源监视模块、微型振动马达、键盘、发光二级管，其电路原理图如图3所示。安装在学生课桌上，电池可拆卸。 [0036] 教师用无线收发器构成：CC1101无线数传芯片和MSP430F2132单片机，另外配置电源、键盘、显示屏和微型振动马达，其电路原理图如图4所示。做成细长形状，课堂上，教师可以手持该设备当教鞭使用。 [0037] 无线中继构成：两个CC1101无线数传芯片和MSP430F2132单片机，另外配置电源。 [0038] 主机构成：CC1101无线数传芯片和MSP430F2132单片机，USB，另外配置电源。 [0039] 1、RF模块，采用CC1101芯片，GDO0，GDO2，nCS，SCLK，SI，SO为同单片机通信的SPI接口； [0040] 2、所有控制节点都采用MSP430F2132单片机作为控制芯片，通过SPI接口控制RF模块； [0041] 3、USB无线转换器通过CP2010USB驱动芯片与PC电脑进行通信，通过SPI接口控制RF模块，与通信节点进行通信交互，通过SPX1117从USB口转换获得3.3V的供电，其电路原理图如图2所示； [0042] 4、学生用无线收发器P1口连接键盘电路，接受键盘控制信息，并通过SPI接口控制RF模块接受发送无线信号，P3.5，P3.6与74HC164IO扩展芯片相连，控制8个LED灯，P3.4控制微型振动马达电路； [0043] 5、教师用无线收发器P1口和P2.2，P2.3，P2.4，P2.5，P2.6连接键盘电路，接受键盘控制信息，P3.5，P3.6控制LCD，P3.4控制震动马达电路，SPX1117为外接电源转换电路； [0044] 6、中继节点，SPX1117为外接电源转换电路，P1.4，P1.4，P1.6，P1.7控制RF模块读写信号状态灯，SP1，SP2接口分别控制两组RF模块，中继节点通过2组RF模块进行接受转发USB无线转换器与学生用无线收发器和教师用无线收发器的信息； [0045] 7、软件功能：实现将采集到的评分信息按时间、评分人进行归类存储、实现评分数据的统计和分析，并能为教学提供参考建议； [0046] 8、评分项目的设计： [0047] 教学环境影响注意力评价检测：授课老师组织课堂环境。 [0048] 身体状况影响注意力评价检测：学生自己的身体状态。 [0049] 授课内容影响注意力评价检测：授课老师授课技巧是否吸引我注意。 [0050] 重点内容唤醒注意力评价检测：授课老师讲到重点时是否唤醒我注意。 [0051] 注意力获得唤醒概率评价检测：如我十次不注意时得到几次唤醒。 [0052] 方法实施例1 [0053] 教学辅助装置的教学辅助方法：教师手持教师用无线收发器，同时讲台上也安装一个相同编号和功能的无线收发器。每个学生课桌上安装一个学生用呼叫器，中继节点安装在教室外走廊上，总节点安装在机房，与中心控制PC连接。 [0054] 系统规模：一个系统可容纳256个分组，10000个以上学生用无线收发器。每个组包括100个以内的子机，1个服务机，1个中继器。 [0055] 通信范围：学生用无线收发器与教师用呼叫器或中继节点间的传输距离不超过 15米，中继节点到总节点的传输距离不小于200米。 [0056] 通信方式：每个组(班级)各自独立一个频点，一个频点下的多址半双工方式。 [0057] 频点：433M ISM频点 [0058] 调制方式：频移键控方式FSK [0059] 分机地址设置方式：通过无线的方式配置 [0060] 工作流程： [0061] (1)教师提示学生注意： [0062] 教师在教师用无线收发器上按座位号(如15号)+注意键，相应座位号(15号)的设备红灯闪烁10秒钟。 [0063] 学生在学生用无线收发器上按操作键可以停止红灯闪烁。 [0064] (2)教师警告学生： [0065] 教师在教师用无线收发器上按座位号(如15号)+警告键，相应座位号(15号)的学生用无线收发器设备振动马达振动10秒钟。 [0066] 学生在学生用无线收发器上按操作键可以停止振动。 [0067] (3)教师提问学生： [0068] 教师在教师用无线收发器上按座位号(如15号)+提问键，相应座位号(15号)的学生用无线收发器设备蓝灯闪烁5秒钟 [0069] (4)全体注意： [0070] 教师在教师用无线收发器上按0+注意键，所有座位的学生用无线收发器设备红灯闪烁10秒钟。 [0071] 学生在学生用无线收发器上按操作键可以停止红灯闪烁。 [0072] (5)学生请求提问/回答 [0073] 座位号为15的学生按学生用无线收发器的操作键——教师用无线收发器显示屏显示座位号，同时教师用无线收发器产生振动——教师用无线收发器按确认键，同意申请——学生用无线收发器的蓝灯闪烁2秒——学生起立，向老师提问——或教师用无线收发器按取消键，不同意申请——学生用无线收发器的红灯闪烁2秒，或教师用无线收发器不按键，课桌的红灯闪烁2秒。 [0074] (6)学生评分 [0075] 下课铃响，总机通知所有唤醒器，启动评分。 [0076] 所有座位的学生用无线收发器1号黄灯自动闪烁3分钟。 [0077] 学生用无线收发器按评分键0～5，1号黄灯自动熄灭，2号黄灯开始闪烁，再次按评分键，依次类推，5次评分之后，黄灯停止闪烁，评分数据先发送到本组内的中继器，由中继器临时存储，由主机采取对各中继器的轮询读取。 [0078] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。