基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)

孫步芹

（淮陰中等專業(yè)學(xué)校 江蘇省淮安市 223300）

機器端指的是在特定的場所進行信息收集的固定電子化設(shè)備，負(fù)責(zé)將信息及時的傳輸至服務(wù)器端，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的集中化處理。服務(wù)器端指的是將學(xué)習(xí)信息進行整合和計算的云服務(wù)器，是信息在機器端和學(xué)生端之間進行傳輸?shù)臉蛄?。對此，?yīng)該加強對于這三部分的有效設(shè)計研究，必須引起有關(guān)技術(shù)研究人員的高度重視。

1 基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的概念闡述

1.1 單片機的概念

單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時的4 位、8 位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的300M 的高速單片機。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義指的是通過物與物之間建立連接從而進行信息傳遞和數(shù)據(jù)流通的交互網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)⑷祟悺C器、物質(zhì)三部分通過信息流建立明確的關(guān)系，從而有助于人類分析整合所需信息，提高了工作的效率。其中物質(zhì)主要指的是能夠產(chǎn)生有效信息的各類存在形態(tài)的實物，包括氣體、固體、液體以及混合物等，在智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)中則是指有效學(xué)習(xí)資源的物質(zhì)承載實體，像教師講課時包含知識內(nèi)容的聲波等均屬于此類物質(zhì)。

1.3 智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的概念

智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)通常是基于單片機和物聯(lián)網(wǎng)進行日常工作的，其中物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)將有效的學(xué)習(xí)資源信息進行收集和傳輸，單片機負(fù)責(zé)將信息進行整合和計算，并傳輸至學(xué)生端，能夠為學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)資源或者是發(fā)出某些具有學(xué)習(xí)促進作用的信息，從而促進學(xué)生學(xué)習(xí)行為的高效率開展，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有效的客觀學(xué)習(xí)條件。

2 基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計意義分析

在對于基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行有效的設(shè)計之后，能夠為學(xué)生提供更加優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)條件，加強對于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程管理，從而促進了學(xué)生自主學(xué)習(xí)效率的進一步提升。如學(xué)習(xí)管理型智能輔助系統(tǒng)能夠及時的向?qū)W生發(fā)出學(xué)習(xí)信號，使學(xué)生知悉需要進行學(xué)習(xí)的場所和時間，從而促使學(xué)生能夠按時投入學(xué)習(xí)，降低了拖延問題的發(fā)生概率，有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3 基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計策略分析

3.1 加強基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的資源提供型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性

為了進一步提升資源提供型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的應(yīng)用效率，促進學(xué)習(xí)資源傳輸速度的有效提高。對此，應(yīng)該不斷加強基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的資源提供型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性，建立健全相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范機制，從學(xué)生端、機器端、服務(wù)器端三方面入手，優(yōu)化單片機所在機器端的數(shù)據(jù)收集效率，將物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸過程進行有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取先進的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，加強信息管理平臺數(shù)據(jù)交互功能的高效應(yīng)用，從而提升了智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性。

例如，下面將以一種資源提供型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)為例，進行有關(guān)設(shè)計方案和策略的闡述和分析。目前由于部分小學(xué)生存在上課學(xué)習(xí)態(tài)度不認(rèn)真的問題，難以真正有效的理解教師所教授的知識，從而使得其作業(yè)完成能力大大降低。在教師布置了有關(guān)的課后作業(yè)之后，由于家庭環(huán)境的影響，部分學(xué)生難以靜下心來進行高質(zhì)量的學(xué)習(xí)，加之以學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不牢固的原因，在家庭作業(yè)中遇到難以獨立解決的知識盲點時，往往會采取直接照抄習(xí)題答案或者借助“小猿搜題”等手機軟件進行答案搜索的方式試圖蒙混過關(guān)，極大地降低了作業(yè)布置的有效性，難以形成有效的預(yù)習(xí)-學(xué)習(xí)-鞏固的積極學(xué)習(xí)模式。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)利用單片機與物聯(lián)網(wǎng)進行監(jiān)督系統(tǒng)的建設(shè)，即在一組實例的基礎(chǔ)上開發(fā)一種算法。而該算法計算的是一種相關(guān)性，學(xué)生在在一天之中到底可能會做多少題，而后教師借助這一監(jiān)督系統(tǒng)對學(xué)生的做題情況進行檢查監(jiān)督，如果檢查中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)存在問題，那教師就可以運用物聯(lián)網(wǎng)與學(xué)生建立通信，并指出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所存在的各種問題，這樣可以顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。而在系統(tǒng)設(shè)計方面，主要分為學(xué)生端、機器端、服務(wù)器端三部分，其中學(xué)生端主要是指目前的智能化移動終端設(shè)備如可上網(wǎng)的智能手機、平板電腦等，機器端指的是安裝在學(xué)校教室的音視頻采集設(shè)備，能夠?qū)⒔處熒险n時的視頻進行錄制和存儲，服務(wù)器端指的是在線的云服務(wù)平臺，負(fù)責(zé)接收機器端傳輸?shù)慕虒W(xué)視頻數(shù)據(jù)，并進行有效的整合和分類，能夠提供視頻存儲和轉(zhuǎn)播的功能。對此，應(yīng)該對于安裝在教室內(nèi)的音視頻采集設(shè)備進行有效的設(shè)計，將單片機和藍(lán)牙控制模塊進行電路的串聯(lián)，同時在教室內(nèi)安裝相應(yīng)的聲音感應(yīng)器，借助聲音頻率識別的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在學(xué)生齊聲喊出“老師好”這一同頻的音頻信號后，即可將電流傳導(dǎo)至音視頻采集設(shè)備的電源模塊，觸發(fā)藍(lán)牙的自動連接，由單片機執(zhí)行相應(yīng)的程序運算功能，進行課程視頻的錄制。在下課時學(xué)生齊聲喊出“老師再見”的同頻音頻信號后，遵循相同的原理，將流程進行反向執(zhí)行，結(jié)束課堂視頻的錄制。之后由單片機自動執(zhí)行數(shù)據(jù)上傳程序，借助互聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議上傳至服務(wù)器端的云服務(wù)平臺，進行人工整合操作后，通過網(wǎng)站模塊設(shè)計的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，借助視頻的剪接標(biāo)注技術(shù)，將課程視頻按照相應(yīng)的授課進度進行每一時點的知識點標(biāo)注，如在視頻進度條三分之一處標(biāo)注“文言通假字知識梳理”字樣，之后即可由學(xué)生在智能終端上進行自主的授課視頻選取，極大地方便了學(xué)生進行視頻的回看和總結(jié)，提升了智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性和人性化。

3.2 完善基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)管理型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)范性

為了有效的加強學(xué)習(xí)管理型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)在學(xué)習(xí)監(jiān)督過程中的作用發(fā)揮，更好地促進學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的進一步提高。鑒于此，應(yīng)該根據(jù)學(xué)生實際的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)要求，科學(xué)安排相應(yīng)的學(xué)習(xí)計劃，不斷完善基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)管理型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)范性，加強學(xué)生端、服務(wù)器端、機器端的三方信息通訊，在硬件設(shè)計、電路設(shè)計以及程序設(shè)定等方面加強技術(shù)的成熟化應(yīng)用，實現(xiàn)單片機和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所在機器端的智能化操控，從而加強人機交互界面的人性化，提升了智能輔助系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)范性。

例如，下面將以一種學(xué)習(xí)管理型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)為例，進行有關(guān)設(shè)計方案和策略的闡述和分析。目前在大學(xué)階段，存在為數(shù)不少的學(xué)生沉迷手機的現(xiàn)象，極大地影響了學(xué)生的身體健康，不利于學(xué)生高效的完成專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，極易造成荒廢學(xué)業(yè)的現(xiàn)象發(fā)生。對此，應(yīng)該設(shè)計一種行之有效的學(xué)習(xí)管理型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以幫助學(xué)生進行學(xué)習(xí)的監(jiān)督和管理。在系統(tǒng)設(shè)計方面，主要包括學(xué)生終端、服務(wù)云端以及機械終端三部分，應(yīng)該采取智能化的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議將三者進行有效的聯(lián)系，首先應(yīng)該由學(xué)校教務(wù)老師根據(jù)不同學(xué)院學(xué)生晚自習(xí)的安排計劃，在服務(wù)云端進行自習(xí)地點和時間的輸入，并由云端服務(wù)器在晚自習(xí)開始的前1 小時向?qū)W生的手機進行信息的發(fā)送，提醒學(xué)生按時到場自習(xí)，在學(xué)生前往規(guī)定教室自習(xí)的時，應(yīng)該將手機置于信息中規(guī)定的儲機柜中，此時借助儲機柜中單片機的程序執(zhí)行功能，通過紅外感應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自動識別所存手機的主人身份，實時反饋到云端進行核實，從而確保學(xué)生本人到場進行自習(xí)，促進了大學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的有效提升，加強了智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)范性。其次，設(shè)計人員也可以將單片機運用在智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計中，以便于提高智能輔助系統(tǒng)控制模塊運行質(zhì)量。如設(shè)計人員可以在終端采集設(shè)備安裝時可以采用PICmicro 系列單片機，這主要是因為這種單片機系列具有較強的程序記憶功能，可以重復(fù)進行編程，其內(nèi)置的ICD 功能能夠使得控制端用戶直接暫停輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)上的程序運行，查看用戶端每個用戶的使用情況，這樣有利于教師收集學(xué)生學(xué)習(xí)信息，進而針對學(xué)生學(xué)習(xí)情況制定詳細(xì)的教學(xué)計劃。最后，設(shè)計人員在智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計時也應(yīng)當(dāng)運用級聯(lián)nRF 做L01 無線模塊進行數(shù)據(jù)的收集以及信息轉(zhuǎn)換，以此實現(xiàn)點對多點的數(shù)據(jù)信息控制與數(shù)據(jù)通信。通過上述單片機與物聯(lián)網(wǎng)智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建立，可以顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，為學(xué)生發(fā)展奠定扎實基礎(chǔ)。

3.3 深化基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)工具型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的智能性

為了更好地促進學(xué)生學(xué)習(xí)效率的有效提升，有針對性的解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，從而有序地推進學(xué)習(xí)的可視化進度。鑒于此，應(yīng)該根據(jù)不同學(xué)生的實際學(xué)習(xí)需求，觀察分析其所在學(xué)習(xí)環(huán)境中存在的具體影響因素，結(jié)合學(xué)生實際存在的具體學(xué)習(xí)困難，對于學(xué)習(xí)工具型智能輔助系統(tǒng)進行有效的功能定位，通過對于單片機和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高效應(yīng)用，建立系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，加強學(xué)習(xí)信息的即時反饋，從而促進學(xué)習(xí)工具型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的智能性提升。

例如，下面將以一種學(xué)習(xí)工具型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)為例，進行有關(guān)設(shè)計方案和策略的闡述和分析。這一智能輔助設(shè)備能夠幫助小學(xué)生進行任何材質(zhì)載體下的文字點讀，從而有效的解決了傳統(tǒng)讀寫筆使用成本高、使用限制多的問題。在進行智能讀寫筆的使用之前，應(yīng)該由學(xué)生按住筆桿上端三分之一處的專用啟動按鈕三秒，使得藍(lán)牙能夠進行相互配對，之后點按智能操控菜單上顯示的“開始學(xué)習(xí)”符號，就可以使單片機發(fā)出程序執(zhí)行指令，開啟相應(yīng)的針孔攝像裝置，將筆頭所接觸到的文字信息轉(zhuǎn)化成視頻進行錄制。在智能讀寫筆的使用過程中，會隨著導(dǎo)電觸片的電流傳導(dǎo)過程進行數(shù)據(jù)的傳輸，借助電力信息傳感器物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，將電流信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)并由單片機所在的服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)的分析，借助相應(yīng)的程序執(zhí)行過程對于信息進行有效的翻譯，并通過TTS 語音引擎的方式，將文字信息進行自動化的語音讀取并外放，從而實現(xiàn)實時的文字點讀，極大地提升了小學(xué)生的文字信息獲取速度，節(jié)約了查字典的大量時間，能夠有效的提升小學(xué)生的文字學(xué)習(xí)效率。在智能讀寫筆使用完成之后，由學(xué)生點按“學(xué)習(xí)完成”符號，即可結(jié)束針孔攝像頭的視頻錄制，單片機停止進行數(shù)據(jù)的實時分析，從而完成了相應(yīng)的學(xué)習(xí)過程，有效的提升了智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的智能性。又比如設(shè)計人員可以基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)進行智能手環(huán)的設(shè)計，并且將智能手環(huán)分為數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析兩部分。首先就數(shù)據(jù)收集部分來看，這部分主要用于監(jiān)測使用人員的心率數(shù)據(jù)以及動作數(shù)據(jù)。而為了實現(xiàn)這種功能，設(shè)計人員在進行手環(huán)設(shè)計時為手環(huán)安裝了震動馬達、加速度傳感器、心率傳感器、集成模擬前端、藍(lán)牙芯片六部分，這六部分共同實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收集。其次就數(shù)據(jù)分析部分來講，這一部分主要就是運用單片機與物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)對收集數(shù)據(jù)的傳輸分析，而后根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出相應(yīng)的結(jié)果。通過上述智能手環(huán)的設(shè)計可以顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。

4 總結(jié)

綜上所述，為了有效的滿足學(xué)生對于學(xué)習(xí)資源的需求，加強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，為學(xué)生提供更加智能化的學(xué)習(xí)工具，從而促進信息化智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的進一步構(gòu)建。對此，本文首先對于基于單片機與物聯(lián)網(wǎng)的智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的概念進行了闡述，并結(jié)合了系統(tǒng)設(shè)計的三點意義，從加強資源提供型、學(xué)習(xí)管理型、學(xué)習(xí)工具型智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的策略出發(fā)，提出了幾點切實可行的完善措施，以期能夠為促進智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的高效設(shè)計與構(gòu)建打下堅實的基礎(chǔ)。