[0001] 本实用新型涉及VR领域，尤其涉及一种用于VR场景检测用户疲劳的小型设备。

[0002] 近年来，虚拟现实技术迅速发展，并且在多个领域取得了显著的应用进展，比如教育领域中的虚拟实验室、虚拟展厅等应用已经取得了不小的成就。然而，虚拟现实技术还未在学校中得到广泛普及，主要原因在于高度沉浸感的VR设备相对昂贵，考虑到教育成本，学校更倾向于经济实惠的VR头显，但是这些头显通常具有有限的功能，容易导致用户产生眩晕等不适状况，同时因为沉浸感有限，用户可能会失去兴趣并感到疲劳，从而影响教学效果。

[0003] 为了促使虚拟现实技术更好地辅助教育，本技术设计了一个小型设备，该设备通过接收来自VR头显的用户眼部图像，分析出用户的注视点以及用户的疲劳度，实现帮助VR头显进行注视点渲染，进一步提高用户的沉浸感，同时该设备能够在检测到用户疲劳时，给予用户一定的提示，帮助用户重新集中注意力。实用新型内容

[0004] 为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种用于VR场景检测用户疲劳的小型设备，能够为VR设备提供注视点渲染所需要的注视点，还能够检测用户在使用VR设备时是否疲劳，如果疲劳会及时给予用户提醒，使其重新集中注意力，为虚拟现实技术应用到教育领域提供了一种新的解决方案。

[0005] 本实用新型的技术方案为：一种用于VR场景检测用户疲劳的小型设备，包括处理器模块、供电模块、通讯模块、提示模块和存储模块；处理器模块分别与供电模块、通讯模块、提示模块和存储模块电连接；

[0006] 其中处理器模块与通讯模块通过扩展USB接口连接，处理器模块与提示模块直接连接；

[0007] 其中处理器模块包含处理器芯片和电源管理模块，处理器芯片采用BCM2835_53Pin芯片，电源管理模块采用5V电压直接供电和5V电压转3V3电压供电；5V电压直接供电给提示模块，5V电压转3V3电压给通信模块、存储模块和处理器模块中的处理器芯片供电。

[0008] 进一步的，供电模块采用5V电压给处理器模块直流供电。

[0009] 进一步的，处理器模块与通讯模块通过扩展USB接口连接，具体为：处理器模块中电源管理模块的5V电压连接通讯模块，通讯模块发送信号线连接电阻R2，电阻R2另一端分别与5V电压转3V3电压、USB转串口芯片连接，通讯模块接收信号线连接电阻R1，电阻R1另一端分别与5V电压转3V3电压、USB转串口芯片连接，USB转串口芯片连接处理器模块中的处理器芯片。其中通讯模块为外置的具有USB接口的集成通讯模块，例如具有USB接口的集成蓝牙模块，具有USB接口的集成WIFI模块等，外置的具有USB接口的集成通讯模块插入集成的USB接口。

[0010] 进一步的，处理器模块与提示模块直接连接，即提示模块包含一个有源蜂鸣器和一个电极片，有源蜂鸣器和电极片分别与处理器模块中的处理器芯片直接连接，具体为：处理器芯片的引脚口连接电阻R3，电阻R3连接第一三极管NPN1，第一三极管NPN1分别连接处理器模块中电源管理模块的5V电压、有源蜂鸣器；处理器芯片的引脚口连接电阻R4，电阻R4连接第二三极管NPN2，第二三极管NPN2分别连接电感L1、电极片，电感L1连接处理器模块中电源管理模块的5V电压。

[0011] 进一步的，存储模块通过扩展TF‑CKT01‑009D卡座接入SD卡，存储模块与处理器电连接，具体为：存储模块连接5V电压转3V3电压，存储模块连接5V电压转3V3电压之间引出一条支路，支路先并联连接电容C3和电容C4，再连接电阻R5，电阻R5另一端接地。

[0012] 本实用新型的有益效果是：通讯模块首先接收来自VR头显的眼部图像，并将其发送给处理器模块，处理器模块通过公开的眼动追踪算法和眼部疲劳检测算法进行处理分析得出注视点和疲劳程度等数据，将这些数据发送给通讯模块、提示模块和存储模块，通讯模块将接收来自处理器模块的注视点等数据发送给VR头显，VR头显便可以利用注视点数据进行注视点渲染，即通过降低外围区域的分辨率，实现增加用户沉浸感的同时提升VR头显中的计算机图像处理器（GPU)的性能，提示模块根据处理器发送的疲劳预测结果判断是否需要给用户提供提示信息，若是需要则会通过蜂鸣器给予提示以及通过电极片给予用户轻微的电刺激，存储模块存储数据，以便处理器模块能够随时调用相关数据进行处理以及转发。

[0013] 总而言之，本设备能够通过接收来自VR设备的眼部图像，并对图像进行处理分析得到注视点和用户的疲劳程度等数据，注视点数据发送给VR头显帮助其进行注视点渲染，使其增加沉浸感的同时提升VR头显中的计算机图像处理器（GPU)的性能，还能够依据用户的疲劳程度判断用户是否疲劳，在用户感到疲劳时给予用户一定的提示，来督促用户使用VR设备的学习状态，为虚拟现实技术应用到教育领域提供了一种新的解决方案，并且该设备还有望能够为其他领域服务，比如检测疲劳驾驶等。

[0019] 为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图1‑图4，通过具体实施方式，对本实用新型作进一步详细描述。

[0020] 如图1所示，本实用新型提供的一种用于VR场景检测用户疲劳的小型设备，包括处理器模块1、供电模块2、通讯模块3、提示模块4、存储模块5；其中处理器模块1分别于供电模块2和存储模块5电连接，处理器模块1与通讯模块3通过扩展USB接口连接，处理器模块1与提示模块直接连接，通过以上模块的连接可以组成种用于VR场景检测用户疲劳的小型设备。

[0021] 进一步地，处理器模块包含处理器芯片和电源管理模块，处理器芯片使用的是BCM2835_53Pin芯片，见图2，BCM2835_53Pin芯片采用ARM1176JZF‑S核心和ARM‑cotexA53架构，BCM2835芯片具有适中的计算能力，适用于轻量级的计算任务和多媒体应用，可以用于处理多种音视频以及图像数据；处理器芯片主要用于接收来自通讯模块的数据，在处理器芯片中集成了眼动追踪算法和眼部疲劳检测算法，通过这些算法对数据进行实时处理和分析，并将结果转发给通讯模块、提示模块和存储模块。

[0022] 进一步地，处理器模块中的电源管理模块使用的是NB680GD电源管理芯片，负责给各个模块提供合适的电压，一方面将5V电压直接给提示模块供电，另一方面将5V电压转为3V3电压给通信模块、存储模块和处理器模块的BCM2835_53Pin芯片供电，见图3所示，图中熔断器F1是为了使输入的电压更加稳定，ASM1117‑3.3V是一款线性稳压芯片，电容C60，电容C61，电阻R55是为了使输出电压更加平稳，具体的，通过图示，我们引出了标号为VCC5V的标准5V供电电压和标号为VCC3V3的标准3V3供电电压。

[0023] 进一步地，我们通过扩展一个USB接口，并在USB接口处插入无线网卡，使通讯模块和处理器模块通过wifi信号连接，通讯模块主要用于数据的接收与发送，使得处理器模块与VR设备进行实时通信。

[0024] 进一步地，提示模块包含蜂鸣器和电极片，分别与处理器模块直接连接，蜂鸣器选择的是有源蜂鸣器，见图4，处理器模块首先经过电阻R3和电阻R4进行降压，再通过第一三极管NPN1接入蜂鸣器，以及第二三级管NPN2接入电极片。如果提示模块接收到来自处理器模块的数据来判断用户是否疲劳，如果疲劳，则图4中的电阻R3，第一三极管NPN1和电阻R4，第二三级管NPN2分别对蜂鸣器和电极片进行驱动，蜂鸣器开始工作鸣响，同时电极片将辅助蜂鸣器一起使用，给予用户轻微的电刺激，使用户可以重新集中注意力。

[0025] 进一步地，通过扩展TF‑CKT01‑009D卡座来接入SD卡，与处理器模块电连接，其中考虑到存储数据时可能会因为电源不稳定而导致数据丢失等情况，给存储模块的供电时我们添加了两个电容保证SD存储卡能够获得更加稳定的电源。

[0026] 进一步地，如图4所示，具体连接关系为：对于处理器模块与通讯模块的连接，是通过扩展USB口连接，我们通过引入USB转串口芯片来实现，具体的，通讯模块先由处理器模块中电源管理部分引出的VCC5V供电，USB转串口芯片由处理器模块中电源管理部分引出的VCC3V3供电，处理器芯片由VCC3V3供电，通讯模块发送信号线先经过电阻R2，电阻R2另一端与VCC3V3连接，再接入USB转串口芯片，同样，接收信号线先经过电阻R1，电阻R1另一端与VCC3V3连接，再接入USB转串口芯片；对于处理器模块与提示模块的连接是直接连接，具体的，处理器芯片用以控制蜂鸣器的引脚口先经过电阻R3,再经过第一三极管NPN1, 第一三极管NPN1另外两端一端接VCC5V，另一端接入蜂鸣器，处理器芯片用以控制电极片的引脚口，先经过电阻R4，再经过第二三极管NPN2，第二三极管NPN2另外两端一端接入电感L1，由电感L1连接VCC5V，另一端接入电极片；对于处理器芯片与存储模块的连接，存储模块由VCC3V3供电，具体的，在VCC3V3接入存储模块之前，引出一条支路，先并联电容C3和电容C4再经过电阻R5，最后接地。

[0027] 进一步地，图4中，标号VCC5V是标准的5V供电电压，标号VCC3V3是标准的3.3V供电电压，电容C1, 电容C2是为了使得供电电压更加稳定，电阻R1，电阻R2是为了使数据传输更加平稳可靠，电阻R3，第一三极管NPN1是为了更好的控制蜂鸣器，电阻R4，第二三极管NPN2是为了更好的控制电极片，电感L1使得电流输出的更为平稳，电容C3，电容C4,电阻R5使得存储模块的电流和电压更加平稳，保障存储模块工作时数据传输的可靠性。

[0028] 本实用新型所有配件组成之后，可以达到的效果是：该设备能够为VR设备提供注视点渲染所需要的注视点数据，通过降低视野中心周围的渲染分辨率实现增加用户沉浸感的同时降低GPU负担，还能够检测用户是否疲劳，在用户感到疲劳时会蜂鸣器给予提醒并通过电极片给予用户轻微的电刺激，来督促用户使用VR设备的学习状态，为虚拟现实技术应用到教育领域提供了一种新的解决方案，并且该设备还有望能够为其他领域服务，比如检测疲劳驾驶等。

[0029] 以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。本实用新型专利的保护范围不包括对软件和算法的改进。