基于TGAM腦波傳感的隨身考試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

王鴻磊 林波 張雪松 周文婭

摘要：以提高學(xué)生專注度，幫助注意力缺陷綜合癥的學(xué)生增強集中注意力的能力，提高學(xué)習(xí)效率為目標，提出一種基于TGAM腦波傳感的隨身題庫系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)章節(jié)練習(xí)、AI圖靈機器人智能學(xué)習(xí)、試題答題、精準錯題推送等在線學(xué)習(xí)和考試功能，學(xué)生佩戴TGAM腦機接口設(shè)備通過藍牙將采集的眨眼強度和注意力強度的腦電波信號傳送給手機，手機App通過判斷眨眼的行為完成下一步選題，通過注意力專注的強度完成確認，實現(xiàn)腦電波控制答題。

關(guān)鍵詞：腦電波；Android；藍牙；MySQL；SQLite

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）25-0100-02

Design and Implementation of Portable Examination System Based on TGAM Brain Wave Sensor

WANG Hong-lei 1，2* ，LIN Bo 1， ZHANG Xue-song 1 ， ZHOU Ya-wen 1

（1.School of Information and Electrical Engineering， Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou 221140，China；2.School of Computer Science and Technology， China University of Mining Technology， Xuzhou 221116，China）

Abstract： Today， more and more inseparable from the mobile phone， a portable examination app is a way to use fast time to charge learning in the debris. The TGAM-based personal exam system design is the use of brainwaves to carry out personal exams， both to liberate normal hands， but also to help patients with cerebral infarction sequelae or disabled through the normal examination.

Key words： Brainwaves； Android； Bluetooth； MySQL；SQLite

本設(shè)計獲得2017年淮海經(jīng)濟區(qū)大學(xué)生計算機設(shè)計聯(lián)賽團體賽一等獎。項目采用C/S架構(gòu)，服務(wù)器端租用阿里云服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫使用MySQL，采用Tomcat作為Web應(yīng)用服務(wù)器，同時接入百度云推送服務(wù)實現(xiàn)精準推送，開通短信服務(wù)用于注冊、找回密碼的驗證?？蛻舳藶锳ndroid平臺APP，包含學(xué)習(xí)模塊、測試模塊和智能問答模塊等，其中智能問答模塊接入AI圖靈機器人實現(xiàn)智能回復(fù)。該APP有兩種觸發(fā)模式，其一普通模式，采用手指按鍵觸發(fā)；其二TGAM模式，佩戴含有TGAM模塊的頭戴設(shè)備通過采集腦電波信號實現(xiàn)非接觸式觸發(fā)。

TGAM模塊是神念科技提供的腦電解決方案，它使用干電極讀取人的大腦信號，可以過濾掉周圍的噪音和電器的干擾，并將檢測到的大腦信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號。本設(shè)計在此基礎(chǔ)上焊接了藍牙模塊使得能將數(shù)據(jù)發(fā)送給Android手機，APP在TGAM模式下會監(jiān)聽和解析藍牙數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的操作。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計

基于TGAM模塊隨身題庫系統(tǒng)由客戶端、PC端和服務(wù)器端構(gòu)成，主要功能如圖1所示。

1.1 服務(wù)器端主要功能

1.1.1 用戶登錄、注冊和找回密碼

服務(wù)端接入阿里云短信服務(wù)，以實現(xiàn)客戶端進行登錄、注冊和找回密碼時能向用戶發(fā)送生成的驗證碼。

1.1.2 消息推送

服務(wù)都按接入百度云推送，以實現(xiàn)服務(wù)都按根據(jù)用戶的做題情況推送一些試題。

1.2 手機客戶端主要功能

1.2.1 智能問答

客戶端接入圖靈機機器人，以實現(xiàn)當(dāng)用戶有疑問或想放松時能自動回答，例如：輸入關(guān)鍵字返回預(yù)先設(shè)定內(nèi)容。

1.2.2 試題學(xué)習(xí)

用戶在獲得到服務(wù)器中的試題后可進行順序、隨機和指定范圍的查看試題進行學(xué)習(xí)，每個試題后包含了對本題的解析。

1.2.3 試題測試

用戶可進行順序、隨機和指定返回對試題進行測試。在測試頁面中含有定時功能，時間結(jié)束后自動進行評分，并跳轉(zhuǎn)到測試結(jié)果頁面。在測試結(jié)果頁面中，用戶可將測試情況上傳到服務(wù)器中，服務(wù)器會根據(jù)用戶上傳的測試結(jié)果生成排行榜。

2 系統(tǒng)詳細設(shè)計

該系統(tǒng)基于C/S通信模型并結(jié)合Servlet技術(shù)和JDBC數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，使用Java語言編寫，使用JDBC鏈接Mysql數(shù)據(jù)庫。

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用MySQL設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)功能分析，將分別出實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫主要表格包括學(xué)科表、選擇題表、判斷題表和管理員表。將各實體、實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的關(guān)系模式，建立數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表，關(guān)系模式如圖3所示。

2.2 客戶端TGAM模式系統(tǒng)設(shè)計

在本模式中因給雙手不方便的人群使用，所以精簡一些功能。整個TGAM模式中所有頁面基于一個Activity通過監(jiān)聽并解析TGAM模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，利用Fragment組件實現(xiàn)不同功能。其中當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)中Blink數(shù)值達到80時進行一次光標移動、Attention數(shù)值達到60時執(zhí)行一次點擊事件模擬，主界面運行流程圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 客戶端普通模式

用戶在未登錄的情況也可下載服務(wù)器中的試題在學(xué)習(xí)模塊中進行查看，如圖5所示，學(xué)習(xí)中心界面中詳細給出題目的內(nèi)容并且每一題都包含題目的解析。但用戶想要進行測試或同步用戶測試數(shù)據(jù)時APP會提示需要登錄，下圖6為登錄后的界面，顯示了用戶歷史答題情況。

3.2 客戶端TGAM模式

當(dāng)APP進入第二種模式并在初始化完成后請求打開藍牙，當(dāng)藍牙未開啟時會在標題欄下方顯示提示。藍牙已開啟會自動查找TGAM模塊的藍牙信號，連接成功后用戶可通過眨眼移動光標，如圖7所示，通過較高的專注度來進行模擬確認點擊，如圖8所示。

4 結(jié)束語

本設(shè)計通過租用阿里云服務(wù)器獲得公共IP使得可以隨時隨地進行訪問。接入百度云推送實現(xiàn)服務(wù)器端，根據(jù)用戶測試情況向客戶端推送試題。利用阿里云短信服務(wù)實現(xiàn)客戶端請求發(fā)送短信驗證碼，服務(wù)端驗證驗證碼正確性后方可進行注冊、找回密碼?？蛻舳私尤階I圖靈機器人實現(xiàn)智能回復(fù)。雖然本系統(tǒng)設(shè)計還不完善但我相信隨身考試與腦電波相結(jié)合這個方向會隨著科技的進步和人們對知識的渴求會變得繽紛多彩。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】