一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法和检测装置

摘要

本发明公开了一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法和检测装置，属于传感器检测和学习监测技术领域。本发明通过在笔套上设置微惯性传感器、数据采集模块和数据处理模块，对笔的使用状态进行信息采集和状态分类，并根据使用状态获得学习时间。应用本发明提供的一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法和检测装置，可以智能的检测孩子的学习时间，无需家长现场监督，有助于孩子养成良好的学习习惯，提高学习成绩。

说明书

技术领域

本发明属于传感器和学习监测技术领域，涉及一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法。

背景技术

日常生活中，孩子在学习时需要全神贯注，然而由于各种因素的影响，如手机的干扰、自身状态等，往往造成孩子注意力分散，那么就要求家长能够合理的监督孩子学习，将孩子往健康积极的方面引导。家长为了保证孩子的学习时间，需要持续人为陪伴、观察孩子是否在认真学习。但是，家长常常忙于工作，无法抽出大量的时间来监督、陪伴孩子学习。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法，通过对笔的使用状态进行判别与统计，智能的检测孩子的学习时间，无需家长现场监督，有助于孩子养成良好的学习习惯，提高学习成绩。

一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法，包括以下几个步骤：

步骤一：将微惯性传感器安装在所使用笔的末端；

步骤二：数据采集模块对微惯性传感器的输出数据进行采集，然后发送到数据处理模块；其中数据采集的频率设置为10～20Hz。

步骤三：数据处理模块根据采集的数据进行处理，对笔的使用状态进行判断，得出三种状态，分别为正常书写状态、摆弄状态和闲置状态；

步骤四：根据笔的使用状态，对计时开始到结束时间段内的学习时间进行对应统计，得出学习时间的统计数据，通过蓝牙传输方式，发送到手机或电脑上的控制终端。

本发明的优点在于：

(1)本发明设计了一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法，根据对笔使用状态的判别，将笔的使用状态分为三种：正常书写状态、摆弄状态、闲置状态，方便用于学习时间的检测。

(2)本发明设计了一种学习时间检测方法，通过在笔套上安装检测装置，蓝牙传送数据，智能的检测孩子的学习时间，无需家长现场监督。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

孩子在线下学习时，需要家长抽出大量时间进行人为监督。为了解决这一问题，本发明提出一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法，通过对笔的使用状态进行判别与统计，智能的检测孩子的学习时间，无需家长监督。

本发明首先提供一种基于微惯性传感器的学习时间检测装置，所述的装置包括设置在笔套上的微惯性传感器、数据采集装置和数据处理装置，还包括设置在手机APP或电脑上的存储和显示终端。所述的数据采集装置实时采集微惯性传感器的三轴角速度和三轴加速度数据，并传输到数据处理模块。所述的数据处理模块将三轴角速度和加速度数据进行分析处理，得到三种笔的使用状态，分别为正常书写状态、摆弄状态和闲置状态；将所述的使用状态与学习时间的计时时间段相对应，得出学习时间的统计数据，并通过蓝牙传输到手机APP或电脑上的控制终端。所述的控制终端可以对学习时间进行存储和显示，并控制微惯性传感器、数据采集模块和数据处理模块的开关。

本发明还提供一种基于微惯性传感器的学习时间检测方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：将微惯性传感器、数据采集模块和数据处理模块安装在所使用笔的末端。

所述的微惯性传感器集成有3轴陀螺和3轴加速度计，用于采集笔的3轴角速度和3轴加速度信息；电路设计时，使陀螺、加速度计的Z轴尽可能与笔中轴线保持一致，误差应小于15度。

优选的，将所述的微惯性传感器、数据采集模块和数据处理模块集成在笔套上，然后将笔套套接于所使用笔的末端，并由外部控制终端通过蓝牙设备启动使用。

步骤二：数据采集模块以20Hz的采样频率对微惯性传感器的三轴陀螺和三轴加速度计输出数据进行连续采集，并发送到数据处理模块。

步骤三：数据处理模块根据采集的陀螺仪、加速度计数据进行处理分析，给出三种笔的使用状态，分别为正常书写状态、摆弄状态、闲置状态。

在日常生活中，笔的使用状态有很多种。为简化问题，本发明主要考虑学习使用时的以下三种状态：正常书写状态、摆弄状态和闲置状态。本发明根据陀螺仪、加速度计输出数据的大小，设定阈值，对笔使用状态进行判别。

(1)单一时刻笔的使用状态判别方法；

三轴陀螺测量值为(w_x,w_y,w_z)，三轴加速度计测量值为(a_x,a_y,a_z)，为针对陀螺角速率的阈值，T_a¹、T_a²为针对加速度的阈值，g为重力加速度，则笔的不同使用状态初步判别方法如下：(阈值的具体参数后面测试给出)

1)处于正常书写状态；

若笔处于正常书写状态，笔的末端会发生轻微的晃动，此时三轴陀螺测量值的绝对值之和处于阈值之间，三轴加速度计测量值与重力加速度g差值的绝对值处于阈值T_a¹、T_a²之间，判别公式如下：

2)处于摆弄状态；

若笔处于摆弄状态，笔的晃动速度或者幅度较大，则三轴陀螺测量值的绝对值之和大于阈值或者三轴加速度计测量值与重力加速度g差值的绝对值大于阈值T_a²，判别公式如下：

或

3)处于闲置状态；

若笔处于闲置状态，搁置在桌上或者握在手里不动，此时三轴陀螺测量值的绝对值之和小于阈值三轴加速度计测量值接近重力加速度g，判别公式如下：

(2)使用状态综合判定；

数据采集模块以20Hz的采样频率进行数据采集，因此每秒会有20次测量。以ΔT为一个统计时间单元，利用ΔT内的所有测量进行该统计时间单元内笔使用状态的最终判定。该ΔT可以设置为2秒。具体的判定方法如下：

对ΔT内每次测量的笔使用状态进行计数，以N₁、N₂、N₃代表正常书写、摆弄、闲置状态的次数，则有：

20·ΔT＝N₁+N₂+N₃

1)正常使用状态判定；

在ΔT内，正常书写的次数较多，摆弄次数较少，则认为该ΔT内笔处于正常使用状态，判别公式如下：

N₁≥10·ΔT

N₂≤3·ΔT

2)摆弄状态判定；

在ΔT内，摆弄的次数较多，则认为该ΔT内笔处于摆弄状态，判别公式如下：

N₂≥10·ΔT

3)闲置状态判定；

不满足以上两种情况的状态，则认为该ΔT内笔处于闲置状态。

步骤四：根据笔的使用状态，对计时开始到计时结束时间段内的学习时间进行统计，得到学习时间的统计数据通过蓝牙传输方式，发送到手机或电脑上的控制终端。

针对开始用笔到当前时刻，对每个ΔT单元的状态进行分类叠加，以M₁、M₂、M₃代表正常书写、摆弄、闲置状态的次数，则正常书写的时间T₁＝M₁·ΔT，摆弄的时间T₂＝M₂·ΔT，闲置的时间T₃＝M₃·ΔT，进而给出每种状态的时间相对总时间的比例关系，正常书写状态的时间绝对值即为学习时间，并通过蓝牙传输方式，向手机或其他正确匹配的控制终端设备发送用笔情况的统计数据，进而确定用笔人的学习时间。

所述的针对陀螺角速率的阈值针对加速度的阈值T_a¹、T_a²，可以根据具体用户的习惯和统计数据进行预先设置。