基于便携式ECG分析技术的预防考试失常系统

摘要

本发明涉及学生预防考试发挥失常监测领域，尤其涉及到一种基于ECG分析的便携式预防考试发挥失常的监测设备，包括用于采集心电信号以及信号传输的心电采集组件、用于接收心电信号并进行预处理和分析的心电显示和激励组件和用于将心电信号进行算法处理分析并存储的云后台分析处理终端，所述心电采集组件包括用于接触人体并进行心电信号采集的心电采集贴片、用于接收心电信号并进行识别处理的ECG芯片、用于将心电信号进行传输的信号传输模块以及用于心电采集组件供电的柔性电源供电设备；本发明结构简单，操作方便，实现了在ECG信号监测和数据反馈激励调节，使得监测数据更加准确和代表性，大大提高了该产品使用的实用性和高效性。

说明书

技术领域

本发明涉及学生预防考试监测技术领域，尤其涉及到一种基于便携式ECG分析技术的预防考试失常系统。

背景技术

很多人平时学习不错，可是一到正规考试就发挥失常，考试成绩甚至没有达到平时水平，在高考等此类重要考试中出现这种情况，学生会因为发挥失常考不上理想学校而遗恨终身，而在学生的生涯中，考试是必不可少的，是自我水平检测和老师教学指导的参考和调节手段，一些学生平时学习很好，就怕考试发挥失常，影响自我水平的测量，影响老师相对应的教学计划，无法实现学生针对性的学习提高，而目前，市场上还没有用于提升考试发挥水平以及预防考试发挥失利的产品或系统, 进一步讲，也不存在有关ECG信号监测和分析技术对保障考生考试发挥及提高考试发挥水平的技术和设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决上述存在的问题，而提供了一种基于便携式ECG分析技术的预防考试失常系统，本发明结构简单，操作方便，实现了在ECG信号监测和数据反馈激励调节，使得监测数据更加准确和代表性，大大提高了该产品使用的实用性和高效性。

本发明的目的是通过如下措施来实现的：

一种基于便携式ECG分析技术的预防考试失常系统，包括用于采集心电信号以及信号传输的心电采集组件、用于接收心电信号并进行预处理和分析的心电显示和激励组件和用于将心电信号进行算法处理分析并存储的云后台分析处理终端；

所述心电采集组件包括用于接触人体并进行心电信号采集的心电采集贴片、用于接收心电信号并进行识别处理的ECG芯片、用于将心电信号进行传输的信号传输模块以及用于心电采集组件供电的柔性电源供电设备，ECG是electrocardiogram的缩写，ECG信号也称为心电图信号；

所述心电显示和激励组件包括用于接收心电采集组件采集的心电信号数据的信号接收设备、用于对信号接收设备的心电信号进行初步处理和分析的预处理模块、用于对使用者进行干预和指导的激励设备、用于分析和记录使用者基于激励设备指导缓解的状态分析模块、用于将预处理后的心电数据上传至云后台分析处理终端并接收反馈的数据传输交互模块、用于将心电信号数据进行图像展示的图像模块；

所述云后台分析处理终端包括用于接收心电显示和激励组件传递的初步分析心电信号的信号处理模块、用于对接收心电信号进行核心算法处理分析的算法模块、利用核心算法分析使用者发挥失常的学习情形分类模块、用于将心电信号数据进行数据激励和反馈的激励反馈模块以及用于将心电信号数据进行后台保存的存储模块，其中所述信号处理模块与所述数据传输交互模块进行信号传输并接收来自数据传输交互模块的心电信号，所述激励反馈模块将算法结果数据传递给数据传输交互模块然后再经数据传输交互模块传输给状态分析模块进而指示激励设备做出相应调节；其中算法模块的心电信号分析算法为：

X(r)=

Y(r)=

r：心电信号波峰值；

T：采样周期；

N：采样点的个数；

X(r)为

Y(r)：所属范围区间为0-100，定义为用户情绪压力值，值越大代表压力越大；

t：当前时间与开始考试时间的时间差，以秒为单位；

根据r、T、N等采集数据进行算法处理，从而基于X(r)、Y(r)、t分析出用户在氛围、生题、压力等因素方面的考试状态，从而采取不同方式的激励手段对用户进行激励调节，让考生进入最佳考试状态；

当t≤120s，X(r)>60时，通过核心算法分析学习情形分类模块定义学生的考试状态为氛围紧张；

当t>120s，Y(r)>60，X(r)<60时，通过核心算法分析学习情形分类模块定义学生的考试状态为压力紧张；

当t>120s，Y(r)>60，X(r)>60时，通过核心算法分析学习情形分类模块定义学生的考试状态为生题紧张；

并且针对不同的考试状态，通过不同的语音或音乐指导学生调解自己的情绪，让考生进入最佳考试状态。

优选的，所述ECG芯片和信号传输模块设置在所述心电采集贴片内部，如此设置，心电采集贴片使用较为方便，采用电极贴模式，使用时放置于胸前进行吸附，采集心电信号数据更加准确，而且可以长时间佩戴，不会产生穿戴疲累。

进一步优选的，所述信号传输模块为蓝牙传输协议或者5G网络传输协议。

优选的，所述柔性电源供电设备为0.35mm的超薄柔性锂电池，如此设置，0.35mm超薄锂电池，可以反复弯曲10000次，超窄6mm宽度，超小3mAh容量，具有防针刺、防爆、防水、防燃烧、防震动、防腐蚀等优点。

优选的，所述激励设备为音响或者耳机，如此设置，通过激励设备进行语音指导和提示调节，让考生进入最佳考试状态。

优选的，所述学习情形分类模块包括氛围紧张模块、生题紧张模块和压力紧张模块。

进一步优选的，所述状态分析模块还包括与所述氛围紧张模块相对应的一级语音提醒模块、与所述生题紧张模块相对应的二级语音提醒模块和与所述压力紧张模块相对应的三级语音提醒模块；该监测系统根据考试人员的心电信号数据判断当前考生处于何种学习情形分类中，然后通过不同的语音激励方式进行干预，让考生进入最佳考试状态；当考试人员的心电信号采集和分析数据值处于氛围紧张模块时，激励设备触发一级语音提醒模块，背景播放舒缓音乐，同时柔声重复播放以下内容：“请闭上眼睛，深呼吸，深呼吸，无论结果如何，你已经尽力了”；当考生心电信号经过核心算法得出的数据处于生题紧张模块时，激励设备触发二级语音提醒模块，背景播放舒缓音乐，同时柔声重复播放以下内容：“这道题难度大，别人也不一定会，请放松，深呼吸，相信自己”，如果2分钟后，系统根据考生心电信号分析该考生还是比较紧张还是处于生题紧张模块时，激励设备触发二级语音提醒模块，重复播放以下内容“可以试一试先做后面试题，随后再考虑这道，加油”；当考生心电信号经过核心算法得出的数据处于压力紧张模块时，激励设备触发三级语音提醒模块，背景播放舒缓音乐，同时柔声重复播放以下内容：“眼睛看远方，放松，放松......你一直在努力,相信自己一定会成功，放松，放松......”，如此进行智能调节，让考生进入最佳考试状态。

本发明的有益效果是：

1. 本发明结构简单，操作方便，在使用者自我平静状态下，将该设备的电极贴贴附在胸部，多个心电采集贴片对考生进行心电数据信号进行采集，进而记录在ECG芯片上，然后ECG芯片将使用者在考试状态下的心电图信号通过信号传输模块将采集的实时心电数据传输给心电显示和激励组件，信号传输模块可采用蓝牙传输协议或5G网络传输的任一种，其中，采用0.35mm超薄锂电池对心电采集组件进行供电，其可以反复弯曲10000次，超窄6mm宽度，超小3mAh容量，并具有防针刺、防爆、防水、防燃烧、防震动、防腐蚀等优点，采集心电信号更加准确和有效，使得考生在考试状态下的监测数据更加准确和代表性，考生通过考前多次模拟训练，在真正考试时能够快速进入考试状态，并且在遇到困难时会自动产生心理暗示，从而达到提升考试状态，预防考试发挥失常的目的；

2. 本发明的心电显示和激励组件的信号接收设备对考生心电图信号数据进行收集和规整处理，其中信号接收设备可采用蓝牙或者网络传输协议，且信号接收设备与所述信号传输模块相对应，便捷操作，然后将心电图信号数据传输给预处理模块，进行对信号接收设备的心电信号进行初步处理和算法解析，然后将心电图信号数据传输给数据传输交互模块和图像模块，数据传输交互模块可以采用蓝牙传输或者网络传输，且数据传输交互模块将预处理解析的心电图信号数据传递给云后台分析处理终端；图像模块用于将考生的实时心电图信号进行图像转换和直观呈现，便于后期进行回调查看和实时调节；

3. 本发明的信号处理模块接收数据传输交互模块传递的预处理解析心电图信号，然后将信号传递给算法模块，算法模块对接收的心电信号进行核心算法处理分析，然后利用核心算法分析使用者发挥失常的学习情形分类模块进行考试情形分类，且学习情形分类模块包括氛围紧张模块、生题紧张模块和压力紧张模块，然后学习情形分类模块将算法数据结果值通过激励反馈模块将数据传输给心电显示和激励组件的数据传输交互模块，然后数据传输交互模块将通过核心算法的结果值发送状态分析模块，然后进行分级归类和触发激励设备进行分级调节，其中，状态分析模块包括与所述氛围紧张模块相对应的一级语音提醒模块、与所述生题紧张模块相对应的二级语音提醒模块和与所述压力紧张模块相对应的三级语音提醒模块，本发明通过对考生在考试状态下实时的心电图信号进行监测，然后通过核心算法进行实时的解析和归类，然后进行定向的状态分级调节，让考生进入最佳考试状态，发挥出正常或超常水平，大大提高了该产品使用的实用性和高效性。

附图说明

图1为本发明的整体结构原理流程框图。

图中标号：1-心电采集组件，11-心电采集贴片，12-ECG芯片，13-信号传输模块，14-柔性电源供电设备，2-心电显示和激励组件，21-信号接收设备，22-预处理模块，23-激励设备，24-状态分析模块，25-数据传输交互模块，26-图像模块，27-一级语音提醒模块，28-二级语音提醒模块，29-三级语音提醒模块，3-云后台处理终端，31-信号处理模块，32-算法模块，33-学习情形分类模块，34-激励反馈模块，35-存储模块，36-氛围紧张模块，37-生题紧张模块，38-压力紧张模块。

具体实施方式

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：结合图1所示，一种基于便携式ECG分析技术的预防考试失常系统，包括用于采集心电信号以及信号传输的心电采集组件1、用于接收心电信号并进行预处理和分析的心电显示和激励组件2和用于将心电信号进行算法处理分析并存储的云后台分析处理终端3；

所述心电采集组件1包括用于接触人体并进行心电信号采集的心电采集贴片11、用于接收心电信号并进行识别处理的ECG芯片12、用于将心电信号进行传输的信号传输模块13以及用于心电采集组件供电的柔性电源供电设备14，所述柔性电源供电设备14为0.35mm的超薄柔性锂电池，如此设置，0.35mm超薄锂电池，可以反复弯曲10000次，超窄6mm宽度，超小3mAh容量，具有防针刺、防爆、防水、防燃烧、防震动、防腐蚀等优点，其中ECG是electrocardiogram的缩写，ECG信号也称为心电图信号；

所述ECG芯片12和信号传输模块13设置在所述心电采集贴片11内部，如此设置，心电采集贴片使用较为方便，采用电极贴模式，使用时放置于胸前进行吸附，采集心电信号数据更加准确，而且可以长时间佩戴，不会产生穿戴疲累，所述信号传输模块13为蓝牙传输协议或者5G网络传输协议；

该产品结构简单，操作方便，在使用者自我平静状态下，将该设备的电极贴贴附在胸部，多个心电采集贴片对考生进行心电数据信号进行采集，进而记录在ECG芯片上，然后ECG芯片将使用者在考试状态下的心电图信号通过信号传输模块将采集的实时心电数据传输给心电显示和激励组件，信号传输模块可采用蓝牙传输协议或5G网络传输的任一种，其中，采用0.35mm超薄锂电池对心电采集组件进行供电，其可以反复弯曲10000次，超窄6mm宽度，超小3mAh容量，并具有防针刺、防爆、防水、防燃烧、防震动、防腐蚀等优点，采集心电信号更加准确和有效，使得考生在考试状态下的监测数据更加准确和代表性；便于后续的改进和提升，考生通过考前多次模拟训练，在真正考试时能够快速进入考试状态，并且在遇到困难时会自动产生心理暗示，从而达到提升考试状态，预防考试发挥失常的目的；

所述心电显示和激励组件2包括用于接收心电采集组件采集的心电信号数据的信号接收设备21、用于对信号接收设备的心电信号进行初步处理和分析的预处理模块22、用于对使用者进行干预和指导的激励设备23、用于分析和记录使用者基于激励设备指导缓解的状态分析模块24、用于将预处理后的心电数据上传至云后台分析处理终端并接收反馈的数据传输交互模块25、用于将心电信号数据进行图像展示的图像模块26，其中，所述激励设备23为音响或者耳机，如此设置，通过激励设备进行语音指导和提示调节，让考生进入最佳考试状态；

心电显示和激励组件2的信号接收设备21对考生心电图信号数据进行收集和规整处理，其中信号接收设备可采用蓝牙或者网络传输协议，且信号接收设备21与所述信号传输模块13相对应，便捷操作，然后将心电图信号数据传输给预处理模块22，进行对信号接收设备的心电信号进行初步处理和算法解析，然后将心电图信号数据传输给数据传输交互模块25和图像模块26，数据传输交互模块25可以采用蓝牙传输或者网络传输，且数据传输交互模块25将预处理解析的心电图信号数据传递给云后台分析处理终端3；图像模块26用于将考生的实时心电图信号进行图像转换和直观呈现，也便于后期进行回调查看和实时的过程状态调节；

所述云后台分析处理终端3包括用于接收心电显示和激励组件传递的初步分析心电信号的信号处理模块31、用于对接收心电信号进行核心算法处理分析的算法模块32、利用核心算法分析使用者发挥失常的学习情形分类模块33、用于将心电信号数据进行数据激励和反馈的激励反馈模块34以及用于将心电信号数据进行后台保存的存储模块35，其中所述信号处理模块31与所述数据传输交互模块25进行信号传输并接收来自数据传输交互模块25的心电信号，所述激励反馈模块34将算法结果数据传递给数据传输交互模块25然后再经数据传输交互模块25传输给状态分析模块24进而指示激励设备23做出相应调节；其中算法模块的心电信号分析算法为：

X(r)=

Y(r)=

r：心电信号波峰值；

T：采样周期；

N：采样点的个数；

X(r)为

Y(r)：所属范围区间为0-100，且定义为用户情绪压力值，值越大代表压力越大；

t：当前时间与开始考试时间的时间差，以秒为单位；

根据r、T、N等采集数据进行算法处理，从而基于X(r)、Y(r)、t分析出用户在氛围、生题、压力等因素方面的考试状态，从而采取不同方式的激励手段对用户进行激励调节，让考生进入最佳考试状态；

当t≤120s，X(r)>60时，通过核心算法分析学习情形分类模块定义学生的考试状态为氛围紧张；

当t>120s，Y(r)>60，X(r)<60时，通过核心算法分析学习情形分类模块定义学生的考试状态为压力紧张；

当t>120s，Y(r)>60，X(r)>60时，通过核心算法分析学习情形分类模块定义学生的考试状态为生题紧张；

并且针对不同的考试状态，通过不同的语音或音乐指导学生调解自己的情绪，让考生进入最佳考试状态。

所述学习情形分类模块33包括氛围紧张模块36、生题紧张模块37和压力紧张模块38，根据市场调研发现，在考试过程中，影响考生发挥的主要因素有三大类，一类是刚进入考场静待考试以及考试前几分钟焦急的考试氛围影响，占比26.2%；二类是进入考试答题模式后面临试卷内容产生的影响考试发挥的焦虑，越是焦急，越是解答不出，也就是试卷生题带来的影响，占比42.6%；三类是进入考试答题之后，面对单一难题和时间煎熬的影响，百思不得其解产生的发挥失常问题，占比31.2%；所述状态分析模块24还包括与所述氛围紧张模块36相对应的一级语音提醒模块27、与所述生题紧张模块37相对应的二级语音提醒模块28和与所述压力紧张模块38相对应的三级语音提醒模块29；该监测系统根据考试人员的心电信号数据判断当前考生处于何种学习情形分类中，然后通过不同的语音激励方式进行干预，让考生进入最佳考试状态；当考试人员的心电信号采集和分析数据值，当考生心电信号经过核心算法得出的数据处于氛围紧张模块时，激励设备触发一级语音提醒模块，背景播放舒缓音乐，同时柔声重复播放以下内容：“请闭上眼睛，深呼吸，深呼吸，无论结果如何，你已经尽力了”；当考生心电信号经过核心算法得出的数据处于生题紧张模块时，激励设备触发二级语音提醒模块，背景播放舒缓音乐，同时柔声重复播放以下内容：“这道题难度大，别人也不一定会，请放松，深呼吸，相信自己”，如果2分钟后，系统根据考生心电信号分析该考生还是比较紧张还是处于生题紧张模块时，激励设备再次触发二级语音提醒模块，重复播放以下内容“可以试一试先做后面试题，随后再考虑这道，加油”；当考生心电信号经过核心算法得出的数据处于压力紧张模块时，激励设备触发三级语音提醒模块，背景播放舒缓音乐，同时柔声重复播放以下内容：“眼睛看远方，放松，放松......你一直在努力,相信自己一定会成功，放松，放松......”，如此进行智能调节，让考生进入最佳考试状态；

信号处理模块31接收数据传输交互模块25传递的预处理解析心电图信号，然后将信号传递给算法模块32，算法模块32对接收的心电信号进行核心算法处理分析，然后利用核心算法分析使用者发挥失常的学习情形分类模块33进行考试情形分类，且学习情形分类模块33包括氛围紧张模块、生题紧张模块和压力紧张模块，然后学习情形分类模块33将算法数据结果值通过激励反馈模块34将数据传输给心电显示和激励组件的数据传输交互模块25，然后数据传输交互模块25将通过核心算法的结果值发送状态分析模块24，然后进行分级归类和触发激励设备进行分级调节，其中，状态分析模块24包括与所述氛围紧张模块相对应的一级语音提醒模块、与所述生题紧张模块相对应的二级语音提醒模块和与所述压力紧张模块相对应的三级语音提醒模块，同时心电监测信号数据和算法分析处理数据通过存储模块进行云端存储，方便后续的方案改进和提升；本发明通过对考生在考试状态下实时的心电图信号进行监测，然后通过核心算法进行实时的解析和归类，然后进行定向的状态分级调节，让考生进入最佳考试状态，发挥出正常或超常水平，大大提高了该产品使用的实用性和高效性。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。