一种智能课桌桌面及教学系统的制作方法

本实用新型属于教育教学领域，具体涉及一种智能课桌桌面，智能交互课桌及教学系统。

背景技术：

在校园教学过程中，教学过程信息化由于具有交互性强和使用方便快捷等优点而越来越受到学校的重视。

目前，在教学过程中常采用设置有A按钮、B按钮、C按钮等的答题器实现学生答题。但是，上述答题器只能满足教师和学生之间进行选择题或判断题等客观题的交互，而不具备实现教师和学生之间关于写字、画图等主观题的交互，而且，答题器不能随身携带，使用不方便，还需定期充电，因此，使用具有一定的局限性。如果长期使用带有液晶屏平板的答题器会对学生的视力造成影响，而且学生的主观答题结果不能实时上传，只能拍照上传，教师无法看到做题过程，只能看到最终结果。并且传统的互动答题器，依赖学校的wifi网络，对网速要求高，当多个班级同时使用时，会存在传输数据丢失和数据延迟。另外，由于互动式教学系统越来越多地进入课堂，使得课堂的文具变得越来越复杂，学生除了需要准备传统的文具之外，往往还需要准备与交互式教学系统相关的终端设备，这往往会增加学生负担，也给老师单独管理这些文具带来了额外的工作量。

技术实现要素：

本实用新型将交互式教学系统相关的终端设备集成到课桌内或者课桌桌面内，解决了以上所述的一个或多个问题。

本实用新型提供一种智能课桌桌面，其包括桌面本体和设置在桌面本体上的以下单元：数据采集单元；通信单元；电源；和控制单元，所述控制单元连接所述数据采集单元和所述通信单元。其中，所述数据采集单元采集用户输入数据；所述通信单元实现交互数据的传输；所述电源提供工作所需电力；和所述控制单元控制所述数据采集单元和所述通信单元，以便交互数据的处理以及远程通信。本申请的智能课桌桌面放在传统课桌桌面上，即可瞬间将传统的课桌变成智能课桌，方便维护。

在一些实施方式中，所述数据采集单元、通信单元、电源和控制单元的功能通过嵌入式系统来实现。

在一些实施方式中，所述数据采集单元包括笔迹信息采集单元、图片信息采集单元、按钮输入采集单元、触摸屏信息采集单元中的至少一者。

在一些实施方式中，所述笔迹信息采集单元包括电磁感应笔迹采集单元、点阵笔迹采集单元和红外超声笔迹采集单元中的至少一者。

在一些实施方式中，所述图片信息采集单元包括用于拍照和/或录制视频的摄像单元和扫描单元中的至少一者。

在一些实施方式中，所述通信单元包括、蓝牙通信单元、WiFi通信单元和2.4G自建局域网通信单元中的至少一者。

在一些实施方式中，所述控制单元为微控制单元，内置图形处理器和/ 或存储器。

在一些实施方式中，所述电源包括内置电源和外接电源中的至少一者。

在一些实施方式中，所述智能课桌桌面还包括显示单元。

在一些实施方式中，所述桌面本体为硬质材质或软质材质制成。硬质的材质做成的桌面能够给予使用者桌面的感觉，而不依赖于其它硬质面。软质材质制成的桌面能够铺设到普通的课桌桌面上，与课桌桌面贴合，便于使用。

本实用新型还提供一种智能交互课桌，包括课桌本体和设置在课桌本体上的以下单元：数据采集单元；通信单元；电源；和控制单元，所述控制单元连接所述数据采集单元和所述通信单元。其中，所述数据采集单元采集用户输入数据；所述通信单元实现交互数据的传输；所述电源提供工作所需电力；和所述控制单元控制所述数据采集单元和所述通信单元，以便交互数据的处理以及远程通信。

在一些实施方式中，所述数据采集单元、通信单元、电源和控制单元的功能通过嵌入式系统来实现。

优选地，所述数据采集单元包括笔迹信息采集单元、图片信息采集单元、按钮输入采集单元、触摸屏信息采集单元中的至少一者。

所述笔迹信息采集单元包括电磁感应笔迹采集单元、点阵笔迹采集单元和红外超声笔迹采集单元中的至少一者。

在一种实施方式中，所述笔迹信息采集单元包括：电磁感应数码笔和电磁感应书写板和笔迹采集电路，所述笔迹采集电路将笔迹信号转化为数字信号。

优选地，所述图片信息采集单元包括用于拍照和/或录制视频的摄像单元和扫描单元中的至少一者。

优选地，所述通信单元包括、蓝牙通信单元、WiFi通信单元和2.4G自建局域网通信单元(参见中国专利申请201710705777.1中披露的内容)中的至少一者。

优选地，所述控制单元为微控制单元，内置图形处理器和/或存储器。

优选地，所述电源包括内置电源和外接电源中的至少一者。

优选地，还包括显示单元，所述显示单元设置在所述课桌本体的桌面上，所述显示单元显示交互数据。

本实用新型还提供一种教学系统，其包括：教师端设备，无线组网控制器和如上所述的课桌或课桌桌面；其中所述无线组网控制器连接所述教师端设备和所述课桌或课桌桌面，将所述课桌或课桌桌面采集的用户输入数据发送到所述教师端设备，并且/或者将所述教师端设备的交互数据推送到所述课桌或课桌桌面，以实现教师和学生之间的实时互动。

优选地，所述用户输入数据数据包括：按钮输入数据、电系感应书写数据和图像数据。

优选地，所述交互数据包括：课表信息、校内新闻展示、通知信息、作业信息、题目答案和作业批改结果。

本实用新型的有益效果包括但不限于：

1.通过给传统课桌增加嵌入式硬件和嵌入式软件系统，从而丰富了课桌的功能，使课桌增加了课堂互动，资料查询，资讯通知等功能，从而提升了学习的有效性和趣味性，同时功能的增加并没有带来文具的增加，因此并没有显著增加学生的负担。

2.通过笔迹采集技术，既能保持传统纸笔书写方式，不需要改变书写习惯，也能提升了学生通过书写答题或提问的互动体验。

3.除了支持常规wifi和/或蓝牙网络，并且支持自建区域2.4G网络，数据传输实时性强，学生和老师有更好的实时互动体验。

此外，本申请的技术方案还带来了许多其他的优点，这些优点将会在具体实施方式中详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为根据本实用新型的智能交互课桌的俯视图；

图2为根据本实用新型的智能交互课桌的电路原理框图；

图3为根据本实用新型的教学系统的系统结构框图；

图4为根据本实用新型的教学系统的流程图；和

图5为根据本实用新型的智能交互课桌的一种具体实施方式的电路原理框图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本申请中，除非特别指出或者根据上下文的理解可以得出不同的含义，否则各个术语具有本领域通常理解的含义。

在本申请中，术语连接包括有线连接和无线连接，只要能够达到连接之后，实现各个单元部件之间的功能配合即可。

以下结合附图和本实用新型优选的具体实施例对本实用新型作进一步地说明。

如图所示，根据本实用新型的智能交互课桌1包括课桌本体100和连接到课桌本体100的嵌入式系统200。

如图1所示，课桌本体100包括如下功能区：感应区110、按钮区120、显示区130、通信区140、电源区150、以及抢答按键160。

如图2所示，嵌入式系统200包括如下功能单元，即数据采集单元210、控制单元220、显示单元230、用于实现交互数据的传输的通信单元240、以及用于提供工作所需电力的电源250。

需要说明的是，嵌入式系统200可以结合于课桌本体的桌面的上表面并与之形成一体的外观形状，也可以根据具体应用将嵌入式系统200的各个单元分布式布置于课桌本体的任意部分，甚至部分单元外置。

在嵌入式系统200中，作为核心处理单元，所述控制单元220连接所述数据采集单元210和所述通信单元240，以便实现教师和学生的输入数据和交互数据的显示、处理以及远程通信。

控制单元220包括微控制单元(MCU)，并且内置有图像处理器和/或存储器。存储器可以为寄存器、缓存、内存和硬盘等。微控制单元安装有安卓系统，用于提供用户交互系统平台，并且还可以包括图形处理器(GPU)，以加速图像数据处理。

所述数据采集单元210包括内置于感应区110的电磁感应笔迹信息采集单元，所述电磁感应笔迹信息采集单元用于采集用户书写笔迹，并将笔迹信号转化为数字信号，通过所述显示单元230(下面将详细描述)在显示区120 显示，或者通过内置于通信区140的通信单元240发送给教师。

进一步地，所述笔迹信息采集单元包括电磁感应数码笔、电磁感应书写板和笔迹采集电路。用户通过电磁感应数码笔在感应区110的电磁感应书写板上书写，笔迹采集电路通过电磁感应定位原理，采集电磁感应数码笔笔尖在电磁感应书写板的位置坐标信息，并对位置坐标信息进行分析、处理，随后通过通信单元240将转化成的数字信息发送给控制单元220。

进一步地，数据采集单元210还可包括图片信息采集单元、按钮输入采集单元、触摸屏信息采集单元中的至少一者。所述图片信息采集单元包括用于拍照和/或录制视频的摄像单元和扫描单元中的至少一者。可选地，所述图片信息采集单元还可包括通过拍照或视频录制采集图像信息的摄像头，或者对写在屏幕、书写板或纸张上的内容进行扫描的扫描单元。

如图1所示，课桌本体100的上表面设置有按钮区120和抢答按键160，其中的各个按钮与相应的按钮电路连接，实现包括向上翻页、向下翻页、A-F、确认和/或清除等诸多功能。当然，本领域技术人员可以理解按钮功能可以根据使用场景进行添加。进一步地，学生可以通过设置在课桌本体100上的抢答按键160进行抢答。如此，通过设计丰富的命令选择按钮，根据本实用新型的课桌可以方便地实现学生完成客观题的作答，也可以方便地实现学生进行主观题的抢答。

这里需要说明的是，在同时使用按键输入、触摸输入或笔迹输入这三者时，采用的是中断触发，按键输入的优先级高于其他两种输入方式。也就是说，当有按钮按下时，控制单元220优先执行按钮操作。其他两种输入所对应的信息采集单元所采集到的数据会缓存到控制单元220的缓冲区。

针对不同的教学系统布局，通信单元240可以是蓝牙通信单元、WiFi通信单元和2.4G自建局域网通信单元(参见中国专利申请201710705777.1中披露的内容)中的至少一种。通信单元240可以将MCU处理的数据进行发送，也可以接收组网控制器发送的命令。

自建2.4G无线网络的优点在于保证每组终端设备处在不同的频段，相互之间不干扰。每个课桌作为终端，根据学生学号进行编号，答题结果也可以自然地与学号相互关联。

本领域技术人员可以理解，内置于电源区150的电源250可以是内置电源或外接电源或两者的结合。可选地，课桌本体100在两侧设置有USB接口、充电接口和电源指示，可以通过USB接口进行充电。当然，电源可以设置有电源调整电路，以将电池电源输出电压从交流220V电压调整为5V 或3.3V，给数据采集单元210、控制单元220、显示单元230、通信单元240 等供电。

可选地，嵌入式系统还可包括内置于显示区130的显示单元230，所述显示单元230设置在所述课桌本体100的桌面上，并且显示交互数据。进一步可选地，所述显示单元230可以为设置在显示区130的非触摸屏，用于显示交互信息，也可以由触摸屏构成，以通过触摸来输入操控信息，因此可以同时用作数据采集单元210。在本实用新型的一个实施方式中，显示单元包括液晶显示屏以及液晶显示电路，所述液晶显示屏中显示当前的工作状态，例如“开始选择”、“抢答”、“书写”等。

本实用新型还提供一种教学系统(如图3所示)，其包括教师端设备300、无线组网控制器400和由N个如上所述的智能交互课桌1组成的学生端设备 500。所述无线组网控制器400连接所述教师端设备300和所述学生端设备 500，将各个课桌1采集的用户输入数据发送到所述教师端设备300，并且/ 或者将所述教师端设备300的交互数据推送到所述智能交互课桌1，以实现教师和学生之间的实时互动。

具体而言，学生可以通过按动按钮等进行客观题作答，该答题数据传给 MCU后，MCU分析处理后通过无线发射电路发送到位于教室内的组网控制器400。组网控制器400可以同时接收多路智能交互课桌1发射的数据，并且通过串口、网口或者usb口连接到教师PC端设备300。PC端设备300安装有对应的应用软件，教师可以通过PC端和大屏一体机，对每个学生的客观题作答进行统计分析，如此即可以直观地看到学生客观题做题结果。

另外，对于主观题，学生可以通过将纸质文档、试卷、书本等放到位于桌面上的电磁感板上方，然后用电磁笔书写进行主观题作答。该答题数据被数字化并传给MCU，MCU分析处理后通过无线发射电路，发送到位于教室内的组网控制器400。组网控制器400可以同时接收多路智能交互课桌1发射的数据，通过串口、网口或者usb口连接到教师PC端设备300。PC端设备300 安装有对应的应用软件，教师可以通过PC端和大屏一体机，对每个学生在智能课桌上书写的学生的主观题进行查看讲解。

具体的交互过程如图4所示，在通过数据采集单元210得到学生输入的提问/答题/资料查询等信息后，控制单元220经过相应的安卓软件对数据进行处理，然后通过通信单元240，将处理后的数据传输给教师端设备或服务器，通过通信单元240接收教师端设备反馈的信息并且通过显示单元230进行显示。

具体地，教师端设备300可以是教师用的计算机、白板和大屏一体机中的一个或其组合。学生通过智能交互课桌1提交例如实时答题数据、电子化作业数据或学生提问数据，教师通过教师端设备300发布课表信息、通知信息、作业信息、题目答案，给对应学号的学生反馈作业批改结果，也可以推送校内新闻或学习资料等信息。

图5为根据本实用新型的智能交互课桌的一种具体实施方式的电路原理框图。

更进一步地，本实用新型的智能交互课桌1还可以包括多种功能单元：作为照明光源使用的LED照明单元，检测附近空气质量参数的空气质量检测单元，检测环境光照强弱参数的光照强弱检测单元等。如此，通过在显示区130显示空气质量信息和环境光照强弱信息，提示学生注意健康保护和用眼保护。

作为示例，根据本实用新型的智能交互课桌可以实现包括但不限于以下功能：

1.权限管理：通过定制安卓操作系统，可以根据使用对象对安装、访问、修改系统应用和第三方应用等权限进行限制。

2.资料存储：支持多语言、多方式(例如拼音、手写、语音等)查找功能。

3.自动笔迹记录：将通过传统书写式方式进行涂画和书写的笔迹自动存储并实时上传至云端，方便家长老师查看监督。

4.拍照上传：作业在拍照后实时上传，老师可以用手机或平板随时随地批改作业。

5.作业提醒：老师通过网络发布作业，课桌会显示每天的作业内容，还可以设置作业完成时间，以提醒学生交作业。

6.拍照存储：配合荧光笔等，将书本重点内容拍照存储，后期方便复习记忆。

7.数字化校园平台：提供校园信息内容的发布、共享、更新等等功能。

8.自动检测光线：光线低于参考值，可以提醒学生保护视力。

9.空气质量检测：例如甲醛、室内温度、湿度、PM2.5等常规环境参数。

10.上课提醒：提醒学生上课时间。

11.答案查询：不会做的题目，可以不用问老师，查询就可以知道答案。

12.益智游戏：娱乐学习两不误。

13.天气预警。

根据本实用新型的智能交互课桌或者课桌桌面可以实现学生和老师之间主观题和客观题的互动答题，纸笔书写互动，方便课堂互动，纸笔书写对学生视力没有影响。在采用自己组网的实施方式中，不受网速限制，实时性高。根据本实用新型的智能交互课桌或者课桌桌面将嵌入式软硬件系统集成到课桌内，并且结合电磁手写技术，将电磁感应板嵌入到正常的课桌里面，进而实现了学生主观题的作答数据采集，以及师生客观题的实时互动。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。