本实用新型属于教育教学领域，具体涉及一种智能交互文具盒及教学系统。
背景技术：
目前教育方式变革，师生之间更多地互动交流学习是大家倡导的学习方式。有些学校为了增强师生互动，单独购买了平板、抢答器、台式电脑等教学产品，但是这样的产品功能单一，尺寸较大，不方便收纳携带。再加上平板、台式电脑等产品还集成有各种游戏，娱乐性很强，如果学生在课堂上用这些产品玩游戏，会影响学生的学习注意力，学习效果，也不利于老师维持教学秩序，提升教学质量。
技术实现要素：
本实用新型将交互式教学系统相关的终端设备集成到文具盒内，解决了以上所述的一个或多个问题。
本实用新型涉及一种智能交互文具盒，针对现有文具盒功能单一的问题，将嵌入式软硬件系统集成到文具盒内，不仅能实现传统文具盒的收纳功能，更能因为提供教师和学生的互动教学途径，达到提升学习的有效性和趣味性的目的。
本实用新型提供一种智能交互文具盒，包括：盒体，所述盒体设有用于容纳文具的容纳空间；和盒盖，所述盒盖覆盖所述盒体，其中所述文具盒还包括如下单元：任选的显示单元；数据采集单元；通信单元；电源；和控制单元，所述电源和控制单元连接所述显示单元、所述数据采集单元和所述通信单元。
在一些实施方式中，在所述的智能交互文具盒中，所述显示单元显示交互数据；所述数据采集单元采集用户输入数据；所述通信单元实现交互数据的传输；所述电源提供工作所需电力；和所述控制单元控制所述显示单元、所述数据采集单元和所述通信单元，以便实现用户输入数据和交互数据的显示、处理以及远程通信。
优选地，所述显示单元包括触摸显示屏和非触摸显示屏中的至少一者。
优选地，所述显示单元设置在盒盖的上表面和下表面中的至少一者。
优选地，所述数据采集单元包括笔迹信息采集单元、图片信息采集单元、按钮输入采集单元、触摸屏信息采集单元中的至少一者。
优选地，所述笔迹信息采集单元包括电磁感应笔迹采集单元、点阵笔迹采集单元和红外超声笔迹采集单元中的至少一者。
优选地，所述笔迹信息采集单元包括：电磁感应数码笔和电磁感应书写板，或红外超声数码笔和红外超声笔迹采集器，或电阵数码笔和印有点阵的纸张。
优选地，所述图片信息采集单元包括用于拍照和/或录制视频的摄像单元和扫描单元中的至少一者。
优选地，所述通信单元包括移动通信单元、蓝牙通信单元、WiFi通信单元和2.4G自建局域网通信单元(参见中国专利申请201710705777.1中披露的内容)中的至少一者。
优选地，所述控制单元为微控制单元，内置图形处理器。
优选地，所述电源包括内置电源和外接电源中的至少一者。
优选地，还包括LED照明单元、空气质量检测单元和光照强弱检测单元中的至少一者。
本实用新型还提供一种教学系统，其包括：教师端设备，无线组网系统和如上所述的文具盒；其中所述无线组网控制器连接所述教师端设备和所述文具盒，将所述文具盒采集的用户输入数据发送到所述教师端设备，并且/或者将所述教师端设备的交互数据推送到所述文具盒，以实现教师和学生之间的实时互动。
优选地，所述用户输入数据数据包括：实时答题数据、电子化作业数据和学生提问数据。
优选地，所述交互数据包括：课表信息、校内新闻展示、通知信息、作业信息、题目答案和作业批改结果。
本实用新型的有益效果包括但不限于：
1.通过给传统文具盒增加嵌入式硬件和嵌入式软件系统，从而丰富了文具盒的功能，使文具盒增加了课堂互动，资料查询，资讯通知等功能，从而提升了学习的有效性和趣味性，同时功能的增加并没有带来文具的增加，因此并没有显著增加学生的负担。
2.通过超声红外笔迹定位、点阵笔迹采集、电磁笔迹采集等笔迹采集技术，既能保持传统纸笔书写方式，不需要改变书写习惯，也能提升了学生通过书写答题或提问的互动体验。
3.除了支持常规的移动通信和/或wifi和/或蓝牙网络，并且支持自建区域2.4G网络，数据传输实时性强，学生和老师有更好的实时互动体验。
此外，本申请的技术方案还带来了许多其他的优点，这些优点将会在具体实施方式中详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为根据本实用新型的智能交互文具盒的立体透视图；
图2为根据本实用新型的智能交互文具盒的俯视图；
图3为根据本实用新型的智能交互文具盒的左右视图；
图4为根据本实用新型的智能交互文具盒的电路原理框图；
图5为根据本实用新型的教学系统的流程图；
图6为根据本实用新型的教学系统的系统结构框图；和
图7为根据本实用新型的智能交互文具盒的一种具体实施方式的电路原理框图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本申请中，除非特别指出或者根据上下文的理解可以得出不同的含义，否则各个术语具有本领域通常理解的含义。
在本申请中，术语连接包括有线连接和无线连接，只要能够达到连接之后，实现各个单元部件之间的功能配合即可。
以下结合附图和本实用新型优选的具体实施例对本实用新型作进一步地说明。
如图1和图2中所示，根据本实用新型的智能交互文具盒1包括文具盒本体100和连接到文具盒本体100的嵌入式系统200。
文具盒本体100由盒盖110和盒体120这两部分构成。盒盖110在上表面设置有显示区140和按键区130。盒体120在朝向使用者的正面设置有红外检测区150，在左右两侧表面设置有充电口160、电源指示灯170以及USB接口180，如图3所示。
嵌入式系统200包括如下功能单元，即数据采集单元210、控制单元220、显示单元230、用于实现交互数据的传输的通信单元240、以及用于提供工作所需电力的电源250，如图4所示。
需要说明的是，嵌入式系统200可以结合于盒盖110的上表面并与之形成一体的外观形状，也可以根据具体应用将嵌入式系统200的各个单元分布式布置于盒盖110和盒体120的任意部分，甚至部分单元外置。
在嵌入式系统200中，作为核心处理单元，所述控制单元220连接所述显示单元230、所述数据采集单元210和所述通信单元240，以便实现教师和学生的输入数据和交互数据的显示、处理以及远程通信。
控制单元220包括微控制单元(MCU)，并且内置有存储器。存储器可以为寄存器、缓存、内存和硬盘等。微控制单元安装有安卓系统，用于提供用户交互系统平台，并且还可以包括图形处理器(GPU)，以加速图像数据处理。
所述数据采集单元210采集学生的输入数据，经过处理后，在所述显示单元230显示，或者通过通信单元发送给教师。
显示单元230可以为设置在显示区140的非触摸屏，用于显示交互信息，也可以由触摸屏构成，以通过触摸来输入操控信息，因此可以同时用作数据采集单元210。在这种情况下，数据采集单元210包括显示单元230。如图1和2所示，显示单元230设置在盒盖110的上表面。当然，本领域技术人员可以理解显示单元230也可设置在盒盖110的下表面，以便打开盒盖110即可使用。
除了上述触摸屏，数据采集单元210还可以包括其他形式的信息输入和采集单元。下文将详述。
如图2所示，盒盖110在上表面与显示单元230并列设置有按钮区130，其中的各个按钮与按键电路连接，实现包括向上翻页、向下翻页、A-D、确认、清除和/或抢答等诸多功能。如此，通过设计丰富的命令选择按钮，根据本实用新型的文具盒可以方便地实现学生完成客观题的作答，也可以方便地实现学生进行主观题的抢答。
进一步地，数据采集单元210还可以内置各种笔迹信息采集单元。例如，采用电磁感应数码笔和电磁感应书写板，或红外超声数码笔和红外超声笔迹采集器，或电阵数码笔和印有点阵的纸张。如图1所示，文具盒体120在面对使用者的侧面设置有红外超声笔迹采集口150，结合配套的数码笔进行笔迹信息采集。根据本实用新型的文具盒支持多款数码笔输入，其可以将数码笔笔尖在数位板的位置坐标信息发送给笔迹采集单元，在经过处理和分析后，通过例如串行通信传输给控制单元220。
这里需要说明的是，在同时使用按键输入、触摸输入或笔迹输入这三者时，采用的是中断触发，按键输入的优先级高于其他两种输入方式。也就是说，当有按钮按下时，控制单元220优先执行按钮操作。其他两种输入所对应的信息采集单元所采集到的数据会缓存到控制单元220的缓冲区。
再进一步地，数据采集单元210还可包括通过拍照或视频录制采集图像信息的摄像头，或者对写在屏幕、书写板或纸张上的内容进行扫描的扫描单元。
针对不同的教学系统布局，通信单元240可以是移动通信单元、蓝牙通信单元、WiFi通信单元和2.4G自建局域网通信单元中的至少一种。
本领域技术人员可以理解，电源250可以是内置电源或外接电源或两者的结合。如图3所示，文具盒体100在两侧设置有USB接口150、充电接口160和电源指示170，可以通过USB接口150进行充电。当然，电源可以设置有电源调整电路，以将电池电源输出电压调整为3.3V，给数据采集单元210、控制单元220、显示单元230、通信单元240等供电。
如图6所示，本实用新型还提供一种教学系统，其包括教师端设备300、无线组网系统400和由N个如上所述的智能交互文具盒1组成的学生端设备500。所述无线组网系统400连接所述教师端设备300和所述学生端设备500，将各个文具盒1采集的用户输入数据发送到所述教师端设备300，并且/或者将所述教师端设备300的交互数据推送到所述文具盒1，以实现教师和学生之间的实时互动。
具体的交互过程如图5所示，在通过数据采集单元210得到学生输入的提问/答题/资料查询等信息后，控制单元220经过相应的安卓软件对数据进行处理，然后通过通信单元240，将处理后的数据传输给教师端设备或服务器，通过通信单元240接收教师端设备反馈的信息并且通过显示单元230进行显示。
具体地，教师端设备300可以是教师用的计算机、白板和大屏一体机中的一个或其组合。学生通过智能交互文具盒1提交例如实时答题数据、电子化作业数据或学生提问数据，教师通过教师端设备300发布课表信息、通知信息、作业信息、题目答案，给对应学号的学生反馈作业批改结果，也可以推送校内新闻或学习资料等信息。
图7为根据本实用新型的智能交互文具盒的一种具体实施方式的电路原理框图。
更进一步地，本实用新型的智能交互文具盒1还可以包括多种功能单元：作为照明光源使用的LED照明单元，检测附近空气质量参数的空气质量检测单元，检测环境光照强弱参数的光照强弱检测单元等。如此，通过在显示单元显示空气质量信息和环境光照强弱信息，提示学生注意健康保护和用眼保护。
作为示例，根据本实用新型的智能交互文具盒可以实现包括但不限于以下功能：
1.权限管理：通过定制安卓操作系统，可以根据使用对象对安装、访问、修改系统应用和第三方应用等权限进行限制。
2.字典：支持多语言、多方式(例如拼音、手写、语音等)查找功能。
3.自动笔迹记录：将通过传统书写式方式进行涂画和书写的笔迹自动存储并实时上传至云端，方便家长老师查看监督。
4.拍照上传：作业在拍照后实时上传，老师可以用手机或平板随时随地批改作业。
5.作业提醒：老师通过网络发布作业，文具盒会显示每天的作业内容，还可以设置作业完成时间，以提醒学生交作业。
6.拍照存储：配合荧光笔等，将书本重点内容拍照存储，后期方便复习记忆。
7.数字化校园平台：提供校园信息内容的发布、共享、更新等等功能。
8.自动检测光线：光线低于参考值，可以提醒学生保护视力。
9.空气质量检测：例如甲醛、室内温度、湿度、PM2.5等常规环境参数。
10.上课提醒：提醒学生上课时间。
11.答案查询：不会做的题目，可以不用问老师，查询就可以知道答案。
12.益智游戏：娱乐学习两不误。
13.打电话：下课的时候，可以跟家长打电话，上课时可以自动关机，保证孩子好好学习。
14.天气预警。
根据本实用新型的智能交互文具盒可以让学生的学习由被动受教变成主动学习，师生之间还可以在文具盒上快速、便捷和简单地开展沟通、分享、作业和学习指导，实现随时随地的移动学习。
需要说明的是，虽然附图中按某顺序显示了各个步骤，并不表示这些步骤只能按照显示或者描述的顺序执行，只要不存在逻辑矛盾，步骤执行顺序可以不同于所显示的。
本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。