本实用新型涉及一种基于低功耗蓝牙技术的交互式教学反馈系统。
背景技术：
交互式教学反馈系统即课堂应答系统(Classroom Response System，简称CRS或Clicker)是近一二十年从国外引进的用来改进课堂教学质量的新技术教学设备之一。国内外经过多年的教育研究表明，即使是非常活跃的课堂也永远只有那么几个特定的学生在回答问题，大部分学生不愿意主动思考问题、回答问题，因此无论教师多么努力营造活跃的课堂气氛，大部分学生仍然没有真正参与到知识的探究中来，如何实现大多数学生能真正参与课堂教学活动，是课堂应答系统研究和发展的理论背景。
同时，随着我国高等教育规模的扩大，在校大学生的整体素质呈现下滑趋势，逃课现象普遍存在，严重影响着高等学府的学习氛围以及学生自身素质与专业水平。课堂点名作为高校课堂教学管理的有效手段，虽然是缓解这一问题的有效途径，但对人数较多的课堂，逐一点名却占据了一部分有效的教学时间。那么，如何实现精准、迅速、自动化的课堂点名，成为高校教师面临的棘手问题。
目前，课堂应答系统与课堂点名(考勤)系统是两个不同的系统，需要两套不同的设备，未实现有效的整合。这些方式无一例外都需要专门的终端设备(应答器或发射器)和专用的网络实现通信，使用时必须在安装有此类系统的地方才能进行，而且有些还要求用户通过GPRS或WIFI接入Internet，随着即时反馈技术使用范围的不断扩大，该类产品的费用也一直居高不下，给消费者带来了一定的经济负担，因此，安装、使用较难，价格昂贵是其进一步发展的一个瓶颈。
此外，课堂应答系统或课堂点名系统还存在一定的缺陷。例如由于使用专用无线通信网络，当多个相邻课堂在同时使用该系统时会出现信号干扰情况；未实现学生答题反应时间记录、数据统计、云端查询等功能；系统的功耗高、数据传输距离小、安全性低；未实现对学生的精确定位，容易代签到。
有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种基于低功耗蓝牙技术的交互式教学反馈系统，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单、设计合理、使用方便的基于低功耗蓝牙技术的交互式教学反馈系统。
本发明基于低功耗蓝牙技术的交互式教学反馈系统，包括：设置在每一个教室内的至少一个iBeacon蓝牙基站、一微控制器、一台PC机、一台投影仪；
还包括与所述的iBeacon蓝牙基站、微控制器分别通过蓝牙进行无线通讯连接，且通过获取iBeacon蓝牙基站输出的RSSI值，计算移动终端距离蓝牙基站的距离，确定移动终端是否在设定地门限范围内，进而确定移动终端的用户是否出勤，并输出该出勤信息至微控制器的移动终端；
所述微控制器通过USB串口与微控制器相连；所述微控制器电连接PC机，所述PC机电连接投影仪。
进一步地，还包括云端服务器，所述云端服务器与所述PC机通过互联网进行数据通讯连接。
进一步地，所述移动终端至少包括手机、pad、笔记本电脑。
进一步地，所述微控制器采用STM32L476RE微控制器为主控芯片，所述微控制器通过两个串口分别与PC机及低功耗蓝牙模块USR-BLE100相连。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
本实用新型提出的交互式教学反馈系统，通过蓝牙无线通讯连接移动终端与iBeacon蓝牙基站，能够方便的进行考勤以及课堂问答，方便用户使用，功耗低。
本实用新型也可以用于会展、商店、企事业单位等的员工考勤、人流量统计、会议投票、产品评价等方面，具有很好的市场前景和应用价值。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本实用新型基于低功耗蓝牙技术的交互式教学反馈系统的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参见图1，本实用新型一较佳实施例所述的基于低功耗蓝牙技术的交互式教学反馈系统，包括：
设置在每一个教室内的至少一个iBeacon蓝牙基站、一微控制器、一台PC机、一台投影仪；
还包括与所述的iBeacon蓝牙基站、微控制器分别通过无线蓝牙进行通讯连接。所述移动终端且通过获取iBeacon蓝牙基站输出的RSSI值，计算移动终端距离蓝牙基站的距离，确定移动终端是否在设定地门限范围内，进而确定移动终端的用户是否出勤，并输出该出勤信息至微控制器。(移动终端基于RSSI值计算距离是现有技术,但采用低成本、低功耗的iBeacon蓝牙基站计算距离并应用到考勤场合，是比较新的技术)
所述微控制器通过USB串口与微控制器相连；所述微控制器电连接PC机，所述PC机电连接投影仪。
本实施例的具体使用：
iBeacon蓝牙基站,用于在创建的广播区域内不断输出广播数据，所述广播数据至少包括基站自身ID、基站位置信息、RSSI值；
移动终端，包括考勤单元、问答单元，所述考勤单元，用于接收蓝牙基站输出的广播数据，根据收到的RISS值计算移动终端距离蓝牙基站的距离，通过判断该距离是否在设置的门限值内，从而判断学生是否在指定的教室内，获取学生到勤信息；生成考勤统计信息数据帧，将所述考勤信息帧通过蓝牙模块发送给微控制器，所述考勤统计信息数据帧包括：考勤信息标示位、到勤信息、移动终端的蓝牙MAC地址、基站位置信息；
移动终端获取学生的应答信息，生成应答信息帧，将所述应答信息帧通过蓝牙模块发送给微控制器，所述应答信息帧包括：应答信息标示位、应答信息、移动终端的蓝牙MAC地址；
微控制器，用于接收终端设备发送过来的帧信号，根据标识位来区分是考勤数据还是应答数据，提取出终端设备蓝牙的MAC地址，与数据库预先存储的每个学生个人信息对应的蓝牙MAC地址进行匹配；
若为应答数据，提取出帧数据中的到勤数据、Proximity UUID、Major、Minor信号，确定学生是在哪个教室，并用本地RTC时间判断学生是否到勤、是否迟到、是否早退，上传给微控制器；
若为应答数据，提取出应答信息，并连同本地时间戳一起上传给微控制器。
本实用新型集智能点名(考勤)系统与智能应答(投票)系统于一体，实现了点名与应答功能的有效整合。以智能手机代替专用的终端设备，用低功耗蓝牙代替专用通信网络，用iBeacon技术实现学生在教室内的定位，用户用蓝牙网络进行数据传输，不需付额外的费用。学生的学号、姓名、班级、课程等初始化信息，以及考勤结果、师生的交互情况等同时保存到本地服务器和云端服务器上，师生可以通过Web技术访问云端服务器来查询历史信息，实现课堂中教师与学生的互动。
本实用新型提出的交互式教学反馈系统分为iBeacon蓝牙基站、移动终端、控制端、微控制器数据处理软件、云平台等五部分，如图1所示。iBeacon蓝牙基站及控制端通过蓝牙与移动终端相连；控制端通过串口转USB接口与运行在PC上的微控制器数据处理软件相连；PC机与投影仪相连，并通过Internet网与云平台相连。
本系统采用配备CC2541芯片的iBeacon基站完成室内精确定位。iBeacon蓝牙基站通过蓝牙的广播频道传送信号，即向周围不断广播自身ID等数据。iBeacon广播的数据可以解析为4部分:Proximity UUID、Major、Minor和Measured Power。Proximity UUID是标准的32位标识符，本实用新型定义为项目类型(即考勤场景)和使用单位(学校)；Major和Minor都是16位可自行设定的标识符，本实用新型将Major用于标识校内的具体教学建筑，Minor用于标识教室编号(其中已包含了具体的楼层信息)；Measured Power对应广播中的Tx Power的值，表示距离iBeacon设备(即蓝牙基站)1米处测得的信号强度值(Received Signal Strength Indication，简称RSSI)，以补码结果显示，通过该值可以完成精确到米级的距离测量。通过iBeacon基站发送楼层号、教室号(即位置信息)给所有移动终端(手机)。
移动终端通过编写App来控制终端上的蓝牙模块。首先接收iBeacon基站广播的数据，然后根据移动终端接收到的RSSI值判断离iBeacon基站(即教室)的距离，通过两者之间的距离是否在设置的门限值内，从而判断学生是否在指定的教室内，获取到勤信息。最后将到勤信息、移动终端的蓝牙MAC地址、接收到iBeacon基站的数据(楼层号、教室号)等信息通过蓝牙发送给控制端，控制端再结合本地RTC时间来判断学生是否按时到勤，从而实现自动签到。根据这种方法在课前、上课后10分钟以内及上课结束前10分钟以内判断四次，从而判断是否迟到、是否早退。
移动终端除了判断出勤信息以外，还可以根据教师在大屏幕上显示的课堂测试题目(或问卷调查)，现场做出应答，并将应答信息(即答案)连同移动终端的蓝牙MAC地址等信息通过蓝牙发送给控制端。终端的到勤信息、蓝牙MAC地址、本地时间、接收到iBeacon基站的数据、应答信息等会同步保存到本地TinyDB数据库上。云端的考勤信息、历史记录等可通过运行在移动终端上的App软件随时查询。
控制端采用意法半导体(ST)公司的STM32L476RE微控制器为主控芯片，通过两个串口分别与微控制器及低功耗蓝牙模块USR-BLE100相连。蓝牙模块用于接收移动终端发送过来的考勤信息、位置信息及应答数据(题目答案或表决结果)，并结合本地RTC时间来判断学生是否按时到勤。控制端将这些数据在本地sqlite数据库上存储，并同时通过串口转USB接口发送给微控制器。
微控制器数据处理软件通过USB(虚拟串口)与控制端相连。主要用于随机点名与应答数据的统计分析，并将结果通过投影仪展示在大屏幕上，同时通过Internet网上传给云平台。微控制器数据处理软件采用VC++编写。通过产生随机函数并映射到学号上实现随机点名、提问，通过将文本转语音用PC机的声卡播放学生的名字，学生的图像同时显示在大屏幕上；学生对老师显示在大屏幕上的题目用移动终端(手机)回答问题，答案及学生回答情况的统计结果实时显示在大屏幕上。
云平台采用新浪云。新浪云的SAE提供数据库、计数器、验证码等很多服务，可靠性高，采用用多少付多少的弹性收费方式，开发与使用成本低，开发者不需要购买设备，也无需自己重新开发。本系统服务器端代码部署至新浪的SAE平台中。主要使用了SAE的MySQL服务、KVDB服务。其中MySQL服务主要作为主要业务数据的管理。KVDB服务用于在相关的业务代码中利用键值对的变量。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。