课堂教学辅助系统及其通信方法技术方案

本发明专利技术公开了一种课堂教学辅助系统及其通信方法。上述系统包括：多个学生用设备，每个学生用设备均包括：第一无线收发装置，第一微控制器、输入输出装置；所述教师用设备，包括：第二无线收发装置，第二微控制器、USB转串口装置；上位机，包括：USB接口，其中，所述USB接口与所述教师用设备的所述USB转串口装置相连接。根据本发明专利技术提供的技术方案，可以使学生在课堂上和教师进行实时无线通讯，有效地提高了学生课堂参与度，提高了教学质量。

【技术实现步骤摘要】
课堂教学辅助系统及其通信方法
本专利技术涉及通信领域，具体而言，涉及一种课堂教学辅助系统及其通信方法。
技术介绍
中共中央、国务院印发的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》，提出要把提高质量作为教育改革发展的核心任务，把教育资源配置和学校工作重点集中到强化教学环节、提高教育质量上来。到课率和课堂参与度无疑是衡量课堂教学质量的基础性指标，而长期以来，国内大部分学校，采取的到课率统计方式仍为任课教师点到这种最为传统的方式，这种方式虽然简单，但是却直接浪费了教师的课堂授课时间，降低了教学质量。课堂上师生互动，也通常采用教师和学生一对一问答的方式，课堂参与度较低。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于公开了一种课堂教学辅助系统及其通信方法，以至少解决相关技术中采用传统课堂互动方式导致学生参与率低的问题。根据本专利技术的一个方面，公开了一种课堂教学辅助系统。根据本专利技术的课堂教学辅助系统包括：多个学生用设备，每个学生用设备均包括：第一无线收发装置，第一微控制器、输入输出装置，其中，所述第一微控制器经由所述输入输出装置收集来自于学生的数据，并经由所述第一无线收发装置发送至教师用设备；所述教师用设备，包括：第二无线收发装置，第二微控制器、USB转串口装置，其中，所述第二微控制器经由第二无线收发装置接收来自于所述第一无线收发装置的数据，并经由第二微控制器的串口及所述USB转串口装置发送给上位机；上位机，包括：USB接口，其中，所述USB接口与所述教师用设备的所述USB转串口装置相连接，所述上位机经由所述USB接口接收来自于所述教师用设备的所述数据，对所述数据进行处理并显示处理结果。根据本专利技术的另一方面，公开了一种课堂教学辅助系统的通信方法。根据本专利技术的课堂教学辅助系统的通信方法包括：上位机按照预定的第一下传控制指令协议将控制指令发送给教师用设备，其中，所述第一下传控制指令协议包括：指令类型字节、网络之间互连的协议IP开始地址字节、IP结束地址字节、预留位字节、结束符字节；所述教师用设备按照预定的第二下传控制指令协议将所述控制指令发送给多个学生用设备，其中，所述第二下传控制指令协议包括：引导字、指令类型字节、IP开始地址字节、IP结束地址字节、题目编号字节或预留的字节、结束符字节、预留位字节、循环冗余码校验字节。通过本专利技术提供的课堂教学辅助系统及其通信方法，解决了相关技术中课堂上师生互动，采用教师和学生一对一问答的方式，导致课堂参与度较低的问题，采用本专利技术提供的系统可以使学生在课堂上和教师进行实时无线通讯，对于教师提出的问题、课堂测验、课堂竞赛等互动式教学内容，学生都可以通过该系统做出回答，并将数据上传至上位机处理和显示，因此有效地提高了学生课堂参与度，提高了教学质量。附图说明图1是根据本专利技术实施例的课堂教学辅助系统的架构图；图2是根据本专利技术优选实施例的教师用设备的结构示意图；图3是根据本专利技术优选实施例的学生用设备的结构示意图；图4是根据本专利技术实施例的课堂教学辅助系统的通信方法的流程图；图5是根据本专利技术优选实施例的点名模式协议的信息交互示意图；图6是根据本专利技术优选实施例的答题模式协议的信息交互示意图；图7是根据本专利技术优选实施例的上位机的主程序流程图；图8是根据本专利技术优选实施例的教师用设备的主程序流程图；以及图9是根据本专利技术优选实施例的学生用设备的主程序流程图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的具体实现方式做一详细描述。图1是根据本专利技术实施例的课堂教学辅助系统的架构图。如图1所示，该课堂教学辅助系统包括：多个学生用设备10，每个学生用设备均包括：第一无线收发装置100，第一微控制器102、输入输出装置104，其中，上述第一微控制器102经由上述输入输出装置104收集来自于学生的数据，并经由上述第一无线收发装置100发送至教师用设备；上述教师用设备12，包括：第二无线收发装置120，第二微控制器122、USB转串口装置124，其中，上述第二微控制器102经由第二无线收发装置120接收来自于上述第一无线收发装置100的数据，并经由第二微控制器122的串口及上述USB转串口装置124发送给上位机；上位机14，包括：USB接口140，其中，上述USB接口140与上述教师用设备的上述USB转串口装置124相连接，上述上位机14经由上述USB接口140接收来自于上述教师用设备的上述数据，对上述数据进行处理并显示处理结果。相关技术中课堂上师生互动，采用教师和学生一对一问答的方式，导致课堂参与度较低的问题，采用图1所示的系统，可以使学生在课堂上和教师进行实时无线通讯，对于教师提出的问题、课堂测验、课堂竞赛等互动式教学内容，学生都可以通过该系统做出回答，并将数据上传至上位机处理和显示，因此有效地提高了学生课堂参与度，提高了教学质量。优选地，上述上位机14，还经由上述USB接口140向上述教师用设备发送控制指令；上述教师用设备12，还经由上述USB转串口装置124接收来自于上述上位机的控制指令，并经由上述第二无线收发装置120将上述控制指令发送至上述多个学生用设备10；上述多个学生用设备10，还经由上述第一无线收发装置100接收来自于上述教师用设备12的上述控制指令。其中，上述控制指令包括但不限于：点名指令、答题指令、停止指令，本系统可以设定为点名、答题和停止等模式，教师可通过上位机(例如，PC机)进行模式选择。在载波通信过程中，为保证系统的稳定性和抗干扰性，教师用设备和多个学生用设备之间通过无线信道(例如，433MHz频道)构建成一种星型拓扑结构的无线微网络。该网络是一个单跳系统，网络中所有学生用设备都与教师用设备进行双向通信,各学生节点间并不通信。优选实施过程中，各学生用设备主要负责收集学生输入的数据然后通过第一无线收发装置上传到教师用设备。教师用设备一方面负责接收来自各学生用设备上传的数据，并将数据打包把接收到的通过串口通信方式上传至上位PC机；另一方面接收来自上位机的控制指令，并将指令下发至各学生用设备，来完成题目下发，到课率统计等任务。上位机一方面负责接收教师用设备上传的数据，并对其进行相应的处理及显示，另一方面接收教师的控制指令，并通过教师用设备以广播方式下发到学生用设备。优选地，各个上述学生用设备均还包括：第一直流电源106，上述教师用设备还包括：第二直流电源126。优选实施过程中，第一直流电源106和第二直流电源126均可以为3.3V直流电源。考虑到将学生用设备和教师用设备设计为一种手持设备,故低功耗是一个重点考虑因素。优选地，如图2所示，教师用设备中，上述第一无线收发装置包括：无线射频芯片nRF905；第一微控制器为单片机MSP430系列MSP4302553；输入输出装置包括：发光二极管LED灯、按键；以及供电的3.3V直流电源。优选地，如图3所示，学生用设备中，上述第二无线收发装置包括：无线射频芯片nRF905；第二微控制器为单片机MSP430系列MSP4302553；上述USB转串口装置包括：USB转串口芯片CH304；以及供电的3.3V直流电源。微控制器是教师用设备和学生用设备的控制中心,本系统从低功耗方面考虑,选择TI公司生产的低功耗16位单片机MSP430G2553，该单片机供电范围为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种课堂教学辅助系统，其特征在于，包括：多个学生用设备，每个学生用设备均包括：第一无线收发装置，第一微控制器、输入输出装置，其中，所述第一微控制器经由所述输入输出装置收集来自于学生的数据，并经由所述第一无线收发装置发送至教师用设备；所述教师用设备，包括：第二无线收发装置，第二微控制器、USB转串口装置，其中，所述第二微控制器经由第二无线收发装置接收来自于所述第一无线收发装置的数据，并经由第二微控制器的串口及所述USB转串口装置发送给上位机；上位机，包括：USB接口，其中，所述USB接口与所述教师用设备的所述USB转串口装置相连接，所述上位机经由所述USB接口接收来自于所述教师用设备的所述数据，对所述数据进行处理并显示处理结果。

【技术特征摘要】
1.一种课堂教学辅助系统的通信方法，其特征在于，包括：上位机按照预定的第一下传控制指令协议将控制指令发送给教师用设备，其中，所述第一下传控制指令协议包括：指令类型字节、网络之间互连的协议IP开始地址字节、IP结束地址字节、预留位字节、结束符字节；所述教师用设备按照预定的第二下传控制指令协议将所述控制指令发送给多个学生用设备，其中，所述第二下传控制指令协议包括：引导字、指令类型字节、IP开始地址字节、IP结束地址字节、题目编号字节或预留的字节、结束符字节、预留位字节、循环冗余码校验字节；其中，所述课堂教学辅助系统包括：所述多个学生用设备、所述教师用设备以及所述上位机。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述教师用设备将控制指令发送给多个学生用设备之后，还包括：对于每个所述学生用设备，判断该学生用设备对应的唯一IP地址是否处于所述IP开始地址字节至IP结束地址字节范围内；该学生用设备确定所述唯一IP地址处于所述IP开始地址字节至IP结束地址字节范围内，接收所述控制指令。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在该学生用设备在接收所述控制指令之后，还包括：该学生用设备按照预定的第一应答协议向所述教师用设备返回第一应答指令，其中，所述第一应答协议包括：引导字、指令类型字节、该学生用设备对应的唯一IP地址字节、题目编号字节或预留的字节、结束符字节、预留位字节、循环冗余码...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学君，卓思超，栾海英，戴波，栾婧，江帆，李京，刘丽丽，蒋曼琳，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京;11