一种基于雾计算的智能学习监测系统的制作方法

本发明属于智能化学习领域，特别涉及一种基于雾计算的智能学习监测系统。

背景技术：

当前市场上出现了大量不同品牌的为儿童设计的学习桌椅，其作为儿童学习生活必备品的概念已逐步被广大家庭接受并购置使用。

根据2018年最新统计数据显示，我国儿童近视率排到了世界榜首。如果不对预防近视的措施加以调整，5年后我国近视人数将大幅上升（尤其是高度近视），这不仅对儿童本身危害较大，更制约了我国人才储备的安全。而造成儿童近视的主要原因是看书时眼到桌的距离过近和灯光强度不合适。

据调查，当前教师与家长交互主要是通过校讯通和网络聊天群的形式。课下的时候，家长常常作为教师和儿童沟通的纽带将收到的学习任务通知儿童，并将儿童的学习情况反馈给教师。但是当家长不在儿童身边，不能很好地监督管理儿童学习时，这种教师、家长与儿童相互交流学习情况的模式就会出现断链的现象。家长、教师监督并获取儿童实时学习情况不及时、不真实，是当代家庭教育普遍面临的问题。

当前大部分物联网设备对数据的处理方式是：将数据从设备传输到网关，然后通过网关将数据传送到中心云服务器，利用云计算中心超强的计算能力来集中式解决计算和存储问题，然后再将处理完数据后得出的反馈数据传送到网关，再由网关传送至设备。这种传统的模式对于数据量较大、数据计算难度较低、分布较广阔的物联网设备来说较浪费资源、时延较大且代价较高。

从功能方面来调研，市场上出现的学习桌大致分为两类；第一类是具备桌面升降、智能灯光等防近视功能的学习桌；第二类是具备查看教学视频、习题讲解等辅助学习功能的学习桌。尽管这些学习桌的确能在一定程度上促进儿童更好的学习，但其仍然存在一些问题没有得到有效的解决。首先，绝大多数的学习桌未还未能实现学习辅助、不良坐姿纠正、预防近视等功能的结合。再者，大多数具备防近视功能的学习桌仍需要手动升降和倾斜桌体，不能结合智能算法进行自动调节，操作较为繁琐。因此这些学习桌对儿童的学习情况没有起到辅助监督作用，不能有效解决家长、儿童与教师之间的信息有效共享以实现对儿童的学习情况、学习习惯实时监测的问题。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出了一种基于雾计算的智能学习监测系统，此系统包含智能学习桌、手机app和服务器，解决了市场上现有的类似产品的功能不够完善、操作不够便捷、设计不够智能，家长、儿童、教师之间信息不能有效共享等问题。

手机app可以自动获取并整理教师通过网络聊天群和校讯通等形式发布的学习任务，然后将整合后的学习任务发送给智能学习桌。智能学习桌实时将手机app发送的作业信息进行分类后在显示屏上显示，并在规定的时间内提醒儿童写作业。智能学习桌在儿童学习一段时间后可以提醒儿童休息，并能在儿童完成学习任务后向手机app发送完成信号。此外，智能学习桌可通过手机app进行设置，可以在儿童的眼睛到桌面的距离过近或者有其他不良学习习惯发生时提醒儿童及时纠正，并可根据不同环境下的光强来自动调整灯光至一个对儿童眼睛健康的亮度。手机app可以对智能学习桌反馈的数据进行分析，并对儿童一段时间的学习数据进行可视化处理，家长以此可以实时直观地了解儿童的学习状况。服务器收集手机app和智能学习桌发来的数据，然后用数据处理程序对收集到的数据进行处理并存储到数据库。此外，服务器也用数据挖掘分析处理程序对存储到数据库的数据进行建模分析和抽象，从而向家长、教师提供按日期、科目和章节统计的儿童的学习情况信息、不良坐姿出现情况信息以及与本地区同年级的其他儿童的横向对比数据信息等。同时，此系统采用在传统远端云计算技术基础上优化的雾计算，这种设计可以降低成本、增加数据交互速度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于雾计算的智能学习监测系统，包括手机app、智能学习桌和服务器，所述智能学习桌、手机app和服务器通过互联网两两相连并相互通信。

所述智能学习桌，包括桌面、书架、桌腿、显示屏、智能控制盒、语音装置、数据采集装置和照明装置。所述书架和桌腿均通过螺丝钉和桌面相连接。所述桌面有平整状的书写区域，左上角内嵌显示屏，左右两个侧面内部嵌有语音装置，智能控制盒固定于显示屏的下方。所述书架的正面上内嵌数据采集装置和照明装置，右边的桌腿内嵌电源开关和升降装置。

所述智能控制盒是整个智能学习桌的控制中心，包括智能控制单元、数据采集单元、升降控制单元、灯光控制单元、语音交互单元、显示交互单元和计时单元。所述数据采集单元与数据采集装置、灯光控制单元与照明装置、升降控制单元与升降装置、显示交互单元与显示屏、语音交互单元与语音装置之间均为电气相连。所述手机app包括登录界面，注册界面，主界面和设置界面。登录界面中间有信息输入框和登录按钮，下方有注册界面的链接，注册界面中从上到下排列有多个信息输入框。主界面有两个分页面，第一个分页面显示学生当前学习状态信息，第二个分页面显示学生的历史学习状态信息。第一个分页面对应主界面下方的第一个图文标签，第二个分页面对应主界面下方的第二个图文标签，通过点击主界面下方的图文标签来切换分页面。主界面的右上角的菜单栏设有设置按钮，链接到设置界面。设置界面中显示个人信息，右上角菜单栏设有修改按钮。

所述服务器包括前端和后端。前端有登录页、注册页、主页、个人中心页，后端有数据管理、数据挖掘分析处理程序、oracle数据库。

本发明的有益效果在于：①可以改变家长将教师发的消息告知给儿童、提醒和监督儿童写作业以及将儿童的学习情况反馈给老师这种传统的在家长、学生和老师之间的信息传递和共享模式；②采用智能自动调节桌面，操作简便，可在一定程度上帮助儿童预防近视和培养好的学习习惯；③采用在网络边缘端执行计算的雾计算模型，在有效减少传统模式下物联网设备使用云服务器开销的同时，增加了智能学习桌、手机app、服务器之间数据交互的速度；④可以有效辅助儿童学习。

附图说明

附图未按比例绘制。在附图中，各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过具体实施方式并参考附图来描述本发明实施例的各个方面。

图1为整个系统的工作原理示意图；

图2为所述智能学习桌的结构示意图；

图3为所述智能控制盒的功能结构示意图；

图4为桌面显示屏的竖直方向的剖面图。

附图标记说明：1、家长在手机app编辑信息或教师通过手机发送作业，2、手机app向智能学习桌发送文字信息或者控制请求，3、儿童通过智能学习桌向手机app发送信息，4、手机app向服务器发送信息，5、服务器向手机app发送信息，6、智能学习桌向服务器反馈信息，7、服务器向智能学习桌发送信息，8、桌面，9、书架，10、桌腿，11、显示屏，12、照明装置，13、数据采集装置，14、语音装置，15、电源开关，16、升降装置，17、智能控制单元，18、语音交互单元，19、显示交互单元，20、数据采集单元，21、升降控制单元，22、灯光控制单元，23、计时单元，24、智能控制盒。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1-4，本发明公开一种基于雾计算的智能学习监测系统，包括智能学习桌、手机app和服务器。智能学习桌，包括桌面8、书架9、桌腿10、显示屏11、照明装置12、数据采集装置13、语音装置14和智能控制盒24，右边的桌腿内嵌电源开关15和升降装置16；所述书架9和桌腿10均通过螺钉和桌面8相连接；桌面8有平整状的书写区域，并且左上角内嵌显示屏11，左右两个侧面内部嵌有语音装置14，智能控制盒24固定于显示屏11的下方；书架9的正面内嵌数据采集装置13和照明装置12。

智能控制盒24是整个智能学习桌的控制中心，包括智能控制单元17、语音交互单元18、显示交互单元19、数据采集单元20、升降控制单元21、灯光控制单元22、和计时单元23；语音交互单元18与语音装置14、显示交互单元19与显示屏11、数据采集单元20与数据采集装置13、升降控制单元21与升降装置16、灯光控制单元22与照明装置12均为电气相连。

手机app包括登录界面，注册界面，主界面和设置界面。登录界面中有信息输入框和登录按钮，下方有注册界面的链接，注册界面中从上到下排列有多个信息输入框。主界面有两个分页面，第一个分页面显示学生当前学习状态信息，第二个分页面显示学生的历史学习状态信息。第一个分页面对应主界面下方的第一个图文标签，第二个分页面对应主界面下方的第二个图文标签，通过点击主界面下方的图文标签来切换分页面。主界面的右上角的菜单栏设有设置按钮，链接到设置界面。设置界面中显示个人信息，右上角菜单栏设有修改按钮。

服务器包括前端和后端。前端有登录页、注册页、主页、个人中心页；后端有数据挖掘分析处理程序来处理各种数据，使用oracle数据库来存储数据。

实施例1：

智能学习桌的具体实施方式为：

（1）当儿童使用智能学习桌时，智能控制盒能实时检测儿童与智能学习桌的距离。当儿童距离智能学习桌不大于1.5m时，智能控制单元会调用数据采集单元采集儿童的图像数据，并对图像数据进行预处理后通过网络上传至服务器，根据服务器返回的内容来识别儿童的身高，然后调用升降控制单元对桌面的高度进行调整。

（2）数据采集单元接收到手机app发送的当日学习任务后，将学习任务数据传送到智能控制单元进行分类处理，再由智能控制单元控制显示交互单元将数据在显示屏上进行显示。

（3）智能控制盒在用户设定的开始学习时间点控制语音装置提醒儿童按时学习，然后根据数据采集单元收集的信息判断儿童是否在学习。当儿童在学习时，智能控制盒通过显示屏显示当天的学习任务并调用计时单元进行计时，同时根据周围环境的光强来智能化地控制照明装置中的灯的亮度，给儿童提供一个舒适的光线环境去学习。当儿童的学习时间达到用户设定的连续学习时间后，智能控制盒控制语音装置提醒儿童进行适时休息，同时控制语音装置自动为儿童播放一些歌曲、经典名篇朗诵来帮助儿童劳逸结合。

（4）智能控制盒定时地将数据采集单元收集的图像信息通过网络模块上传到服务器，然后由服务器对图片进行人体行为分析并将分析的结果进行反馈，从而判断儿童的学习习惯正确与否，进而选择是否控制语音装置发出警告信息。

（5）儿童在完成任务后可以通过显示屏与智能控制盒交互，智能控制器把相关数据实时发送到服务器、手机app，实现实时反馈学习情况的功能。

手机app的具体实施方式为：

（1）用户安装并打开手机app后，进入登录界面，输入账号和密码后点击登录按钮即可登录进入主界面。如果用户没有账号，则可通过点击登录界面中的注册界面的链接来跳转到注册界面，并在注册界面中填写手机号、密码、老师姓名和电话号码。用户填写完成后，点击注册按钮完成注册，即可进入主界面。

（2）手机app主界面默认为第一分页面，显示第一分页面里孩子今天的学习情况信息。当儿童在写作业时，手机app会实时接收智能学习桌传来的儿童学习时的数据，以及服务器发来的儿童学习状态信息，并于第一分页面显示。家长除了能查看儿童目前学习情况信息和学习状态外，还能切换到第二分页面来查看从服务器获取的儿童的历史学习情况信息。

（3）主界面的右上角有设置按钮，家长点击按钮可进入设置界面。在设置界面中家长可以查看当前账号信息，此外用户点击设置界面右上角的修改按钮后可以修改老师的相关信息。

（4）手机app在后台运行相关服务，当手机app监测到老师通过聊天群、校讯通发来的作业消息后，会自动识别消息内容并对作业进行分类分条整理，然后将这些数据发送给智能学习桌并更新主界面的第一分页的显示内容。此外，当手机app接收到智能学习桌发来的结束学习标识信息时，手机app会将儿童的今日学习状态信息上传至服务器。服务器的具体实施方式为：

（1）当服务器接收到智能学习桌传来的数据后，服务器后端的数据处理程序会通过图像识别对当前图片进行学习行为分析，分析成功后，将结果分别发送给手机app和智能学习桌；当服务器接收到手机app传来的数据后，对该信息进行数据挖掘分析处理然后存储到数据库。服务器后端的数据管理程序，管理所有学校、班级、教师、课程、儿童、注册家长的基本数据信息以及智能学习桌和手机app发来的儿童学习数据。

（2）家长在服务器注册页注册个人信息和儿童所在学校、班级、智能学习桌等信息。

（3）在登录页，家长或老师输入账号和密码登入系统后，主页会显示儿童更为详细的信息，以及跟同区域、同年级的儿童的横向对比情况。

（4）通过主页侧边的导航进入个人中心，可以查看用户信息并可以进行密码修改。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更与修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。