基于单片机与物联网的智能辅助学习系统

孙步芹

（淮阴中等专业学校 江苏省淮安市 223300）

机器端指的是在特定的场所进行信息收集的固定电子化设备，负责将信息及时的传输至服务器端，实现学习资源的集中化处理。服务器端指的是将学习信息进行整合和计算的云服务器，是信息在机器端和学生端之间进行传输的桥梁。对此，应该加强对于这三部分的有效设计研究，必须引起有关技术研究人员的高度重视。

1 基于单片机与物联网的智能辅助学习系统的概念阐述

1.1 单片机的概念

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4 位、8 位单片机，发展到现在的300M 的高速单片机。

1.2 物联网的概念

物联网，顾名思义指的是通过物与物之间建立连接从而进行信息传递和数据流通的交互网络，能够将人类、机器、物质三部分通过信息流建立明确的关系，从而有助于人类分析整合所需信息，提高了工作的效率。其中物质主要指的是能够产生有效信息的各类存在形态的实物，包括气体、固体、液体以及混合物等，在智能辅助学习系统中则是指有效学习资源的物质承载实体，像教师讲课时包含知识内容的声波等均属于此类物质。

1.3 智能辅助学习系统的概念

智能辅助学习系统通常是基于单片机和物联网进行日常工作的，其中物联网负责将有效的学习资源信息进行收集和传输，单片机负责将信息进行整合和计算，并传输至学生端，能够为学生提供有效的学习资源或者是发出某些具有学习促进作用的信息，从而促进学生学习行为的高效率开展，为学生创设有效的客观学习条件。

2 基于单片机与物联网的智能辅助学习系统的设计意义分析

在对于基于单片机与物联网的智能辅助学习系统进行有效的设计之后，能够为学生提供更加优质的学习条件，加强对于学生的学习过程管理，从而促进了学生自主学习效率的进一步提升。如学习管理型智能辅助系统能够及时的向学生发出学习信号，使学生知悉需要进行学习的场所和时间，从而促使学生能够按时投入学习，降低了拖延问题的发生概率，有助于学生养成良好的学习习惯。

3 基于单片机与物联网的智能辅助学习系统的设计策略分析

3.1 加强基于单片机与物联网的资源提供型智能辅助学习系统设计的科学性

为了进一步提升资源提供型智能辅助学习系统的应用效率，促进学习资源传输速度的有效提高。对此，应该不断加强基于单片机与物联网的资源提供型智能辅助学习系统设计的科学性，建立健全相应的设计规范机制，从学生端、机器端、服务器端三方面入手，优化单片机所在机器端的数据收集效率，将物联网的数据采集和传输过程进行有效的结构设计，采取先进的数据管理技术，加强信息管理平台数据交互功能的高效应用，从而提升了智能辅助学习系统设计的科学性。

例如，下面将以一种资源提供型智能辅助学习系统为例，进行有关设计方案和策略的阐述和分析。目前由于部分小学生存在上课学习态度不认真的问题，难以真正有效的理解教师所教授的知识，从而使得其作业完成能力大大降低。在教师布置了有关的课后作业之后，由于家庭环境的影响，部分学生难以静下心来进行高质量的学习，加之以学习基础不牢固的原因，在家庭作业中遇到难以独立解决的知识盲点时，往往会采取直接照抄习题答案或者借助“小猿搜题”等手机软件进行答案搜索的方式试图蒙混过关，极大地降低了作业布置的有效性，难以形成有效的预习-学习-巩固的积极学习模式。设计人员应当利用单片机与物联网进行监督系统的建设，即在一组实例的基础上开发一种算法。而该算法计算的是一种相关性，学生在在一天之中到底可能会做多少题，而后教师借助这一监督系统对学生的做题情况进行检查监督，如果检查中发现学生学习状态存在问题，那教师就可以运用物联网与学生建立通信，并指出学生在学习过程中所存在的各种问题，这样可以显著提高学生学习效率。而在系统设计方面，主要分为学生端、机器端、服务器端三部分，其中学生端主要是指目前的智能化移动终端设备如可上网的智能手机、平板电脑等，机器端指的是安装在学校教室的音视频采集设备，能够将教师上课时的视频进行录制和存储，服务器端指的是在线的云服务平台，负责接收机器端传输的教学视频数据，并进行有效的整合和分类，能够提供视频存储和转播的功能。对此，应该对于安装在教室内的音视频采集设备进行有效的设计，将单片机和蓝牙控制模块进行电路的串联，同时在教室内安装相应的声音感应器，借助声音频率识别的物联网技术，在学生齐声喊出“老师好”这一同频的音频信号后，即可将电流传导至音视频采集设备的电源模块，触发蓝牙的自动连接，由单片机执行相应的程序运算功能，进行课程视频的录制。在下课时学生齐声喊出“老师再见”的同频音频信号后，遵循相同的原理，将流程进行反向执行，结束课堂视频的录制。之后由单片机自动执行数据上传程序，借助互联网通讯协议上传至服务器端的云服务平台，进行人工整合操作后，通过网站模块设计的互联网应用，借助视频的剪接标注技术，将课程视频按照相应的授课进度进行每一时点的知识点标注，如在视频进度条三分之一处标注“文言通假字知识梳理”字样，之后即可由学生在智能终端上进行自主的授课视频选取，极大地方便了学生进行视频的回看和总结，提升了智能辅助学习系统设计的科学性和人性化。

3.2 完善基于单片机与物联网的学习管理型智能辅助学习系统设计的规范性

为了有效的加强学习管理型智能辅助学习系统在学习监督过程中的作用发挥，更好地促进学生学习质量的进一步提高。鉴于此，应该根据学生实际的学习任务和学习要求，科学安排相应的学习计划，不断完善基于单片机与物联网的学习管理型智能辅助学习系统设计的规范性，加强学生端、服务器端、机器端的三方信息通讯，在硬件设计、电路设计以及程序设定等方面加强技术的成熟化应用，实现单片机和物联网系统所在机器端的智能化操控，从而加强人机交互界面的人性化，提升了智能辅助系统设计的规范性。

例如，下面将以一种学习管理型智能辅助学习系统为例，进行有关设计方案和策略的阐述和分析。目前在大学阶段，存在为数不少的学生沉迷手机的现象，极大地影响了学生的身体健康，不利于学生高效的完成专业知识的学习，极易造成荒废学业的现象发生。对此，应该设计一种行之有效的学习管理型智能辅助学习系统，以帮助学生进行学习的监督和管理。在系统设计方面，主要包括学生终端、服务云端以及机械终端三部分，应该采取智能化的网络传输协议将三者进行有效的联系，首先应该由学校教务老师根据不同学院学生晚自习的安排计划，在服务云端进行自习地点和时间的输入，并由云端服务器在晚自习开始的前1 小时向学生的手机进行信息的发送，提醒学生按时到场自习，在学生前往规定教室自习的时，应该将手机置于信息中规定的储机柜中，此时借助储机柜中单片机的程序执行功能，通过红外感应的物联网技术，自动识别所存手机的主人身份，实时反馈到云端进行核实，从而确保学生本人到场进行自习，促进了大学生学习自主性的有效提升，加强了智能辅助学习系统设计的规范性。其次，设计人员也可以将单片机运用在智能辅助学习系统控制模块的设计中，以便于提高智能辅助系统控制模块运行质量。如设计人员可以在终端采集设备安装时可以采用PICmicro 系列单片机，这主要是因为这种单片机系列具有较强的程序记忆功能，可以重复进行编程，其内置的ICD 功能能够使得控制端用户直接暂停辅助学习系统上的程序运行，查看用户端每个用户的使用情况，这样有利于教师收集学生学习信息，进而针对学生学习情况制定详细的教学计划。最后，设计人员在智能辅助学习系统设计时也应当运用级联nRF 做L01 无线模块进行数据的收集以及信息转换，以此实现点对多点的数据信息控制与数据通信。通过上述单片机与物联网智能辅助学习系统的建立，可以显著提高学生学习质量，为学生发展奠定扎实基础。

3.3 深化基于单片机与物联网的学习工具型智能辅助学习系统设计的智能性

为了更好地促进学生学习效率的有效提升，有针对性的解决学生在学习过程中出现的问题，从而有序地推进学习的可视化进度。鉴于此，应该根据不同学生的实际学习需求，观察分析其所在学习环境中存在的具体影响因素，结合学生实际存在的具体学习困难，对于学习工具型智能辅助系统进行有效的功能定位，通过对于单片机和物联网技术的高效应用，建立系统化的数据传输结构，加强学习信息的即时反馈，从而促进学习工具型智能辅助学习系统设计的智能性提升。

例如，下面将以一种学习工具型智能辅助学习系统为例，进行有关设计方案和策略的阐述和分析。这一智能辅助设备能够帮助小学生进行任何材质载体下的文字点读，从而有效的解决了传统读写笔使用成本高、使用限制多的问题。在进行智能读写笔的使用之前，应该由学生按住笔杆上端三分之一处的专用启动按钮三秒，使得蓝牙能够进行相互配对，之后点按智能操控菜单上显示的“开始学习”符号，就可以使单片机发出程序执行指令，开启相应的针孔摄像装置，将笔头所接触到的文字信息转化成视频进行录制。在智能读写笔的使用过程中，会随着导电触片的电流传导过程进行数据的传输，借助电力信息传感器物联网技术的应用，将电流信息转化为数据并由单片机所在的服务器端进行数据的分析，借助相应的程序执行过程对于信息进行有效的翻译，并通过TTS 语音引擎的方式，将文字信息进行自动化的语音读取并外放，从而实现实时的文字点读，极大地提升了小学生的文字信息获取速度，节约了查字典的大量时间，能够有效的提升小学生的文字学习效率。在智能读写笔使用完成之后，由学生点按“学习完成”符号，即可结束针孔摄像头的视频录制，单片机停止进行数据的实时分析，从而完成了相应的学习过程，有效的提升了智能辅助学习系统设计的智能性。又比如设计人员可以基于单片机与物联网进行智能手环的设计，并且将智能手环分为数据收集、数据分析两部分。首先就数据收集部分来看，这部分主要用于监测使用人员的心率数据以及动作数据。而为了实现这种功能，设计人员在进行手环设计时为手环安装了震动马达、加速度传感器、心率传感器、集成模拟前端、蓝牙芯片六部分，这六部分共同实现了数据的收集。其次就数据分析部分来讲，这一部分主要就是运用单片机与物联网来实现对收集数据的传输分析，而后根据数据分析得出相应的结果。通过上述智能手环的设计可以显著提高学生学习质量。

4 总结

综上所述，为了有效的满足学生对于学习资源的需求，加强学生的自主学习意识，为学生提供更加智能化的学习工具，从而促进信息化智能辅助学习系统的进一步构建。对此，本文首先对于基于单片机与物联网的智能辅助学习系统的概念进行了阐述，并结合了系统设计的三点意义，从加强资源提供型、学习管理型、学习工具型智能辅助学习系统设计的策略出发，提出了几点切实可行的完善措施，以期能够为促进智能辅助学习系统的高效设计与构建打下坚实的基础。