[发明专利]一种基于生物信号的远程教学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种不受时间、地点的限制的基于生物信号的远程教学系统。

背景技术

随着WI-FI网络技术、3G网络技术的成熟，智能手机、手提计算机的普及，作为远程教育的另一种学习方式移动学习也开始得到广泛应用。远程教育作为终身学习的一种手段，已被人们接受。但是，远程教育的学习与课堂学习的最大区别是：课堂学习是在教师的监管下完成的，而远程教育的学习是一种自主学习。由于没有教师的监管，加上人的自身原因及环境因素等等，使得远程教学的学习效果很难达到课堂学习的效果。有些学习者甚至无法完成学习任务。最大缺陷就是缺少教师这个角色。

人的学习状态可分为三种。在专心学习时，注意力集中，在生理上表现为脑电波有规律比较平稳（称α频率在8Hz-13Hz）；兴奋时（称β频率在13Hz以上），表现为频率变快，幅度变大，脉搏变快，皮温，皮电上升，持续时间不易过长；学习疲劳时（称θ频率在4Hz-7Hz），表现为注意力分散，脑电波比较杂乱。总趋势频率变慢。脉搏、皮温和皮电等生物信号也会变慢。睡眠后，脉搏（心率）减慢，血压下降，新陈代谢变慢，呼吸次数减少。正常的平均脉搏76次/分。（皮温，皮电由于个体差异，将影响采集变化量）

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种能创造一个虚拟‘教师’角色，对学习者进行远程管理或监控的基于生物信号的远程教学系统。

本发明采用如下技术方案：

一种基于生物信号的远程教学系统，其特征在于：包括：头带式采集器，用于脑电波信号采集和处理且包括有电极、第一信号处理电路和第一数据传输模块；腕带式采集器，用于皮温、脉搏信号采集和处理且包括有皮温采集器、脉搏波检测器和第二数据传输模块；学习终端，接收来自所述第一、第二数据传输模块传输的信号，处理后得到生理信息数据并通过Internet传输至远端；远端管理平台，通过Internet接收学习终端传输来的生理信息数据比对处理，且根据比对结果进行学习内容控制与干预的反馈。

进一步的，所述第一信号处理电路包括与电极相连的前置放大电路、与第一数据传输模块相连的输出放大电路以及连接于前置放大电路和输出放大电路之间的负反馈电路。

进一步的，所述前置放大电路采用INA333数据放大器，该放大器的差分输入端与电极相连，一输出端与输出放大电路输入端相连，另一参考输出端与负反馈电路输出端相连，所述输出放大电路包括一第一运放器，该第一运放器的信号输入端与所述前置放大电路的输出端之间串联一第二电阻，该第一运放器的输出端与其信号输入端之间并联有一第一电容，且该第一运放器的输出端与前置放大电路的参考输出端相连，所述负反馈电路包括一第二运放器，该第二运放器的信号输入端与所述前置放大电路的输出端之间串联有第一电阻，该第二运放器的输出端与其信号输入端之间并联有一第三电阻和一第二电容，且该第二运放器的输出端与所述第一数据传输模块的输入端相连。

进一步的，所述第一数据传输模块为第一USB接口，所述头带式采集器还包括有第一模/数转换电路，该第一模/数转换电路连接于所述第一信号处理电路输出端和该第一USB接口输入端之间。

进一步的，所述皮温采集器的输出端与所述第二数据传输模块相连，且包括温度采集变换电路、功率放大电路，温度采集变换电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，温度采集变换电路包括矩形波振荡器、热敏电阻型温度传感器，热敏电阻型温度传感器与矩形波振荡器的运算放大器的负极引脚上的电阻串联。

进一步的，脉搏波检测器的输出端与所述第二数据传输模块相连，且包括信号拾取电路、第二信号处理电路，信号拾取电路的输出端与第二信号处理电路的输入端相连，信号拾取电路包括透射遮光式光电传感器，透射遮光式光电传感器包括红外发光二极管、光敏三极管，红外发光二极管的光线与光敏三极管的感光窗口对准，被测的腕动脉处在红外发光二极管、光敏三极管之间。

进一步的，第二信号处理电路包括阻抗变换电路、低通滤波电路、放大电路、整形电路，阻抗变换电路的输入端与信号拾取电路的输出端相连，阻抗变换电路、低通滤波电路、放大电路、整形电路依次相连。

进一步的，所述第二数据传输模块为第二USB接口，所述腕带式采集器还包括第二有模/数转换电路，该第二模/数转换电路连接于所述皮温采集器和脉搏波检测器的输出端和该第二USB接口输入端之间。

进一步的，所述第一数据传输模块/第二数据传输模块为蓝牙模块，该蓝牙模块采用蓝牙芯片BC358239A。