具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合附图对本发明实施例进行介绍。

请参阅图1和图2，本发明提供的基于毫米波雷达的学习状态监测装置包括监测装置本体1，所述监测装置本体1包括依次设置的顶盖11、中框12和底板13，所述顶盖11与中框12固定连接，例如可通过螺钉等连接件进行固定，所述底板13上设置有若干个凹槽，所述中框12的对应位置上设置有相应数量的卡扣，所述卡扣与凹槽一一对应扣合，通过对应位置的卡扣和凹槽紧密扣合实现中框12与底板13之间的稳定连接，所述中框12与底板13之间形成的容置空间中设置有PCB板，具体所述PCB板的布局和容置空间内的结构可相应同步调整，确保PCB板的布局与容置空间内的结构相匹配即可，本发明对此不作限定。

进一步地，所述底板13上还设置有至少一个磁吸件(图中未示出)，即所述学习状态监测装置可通过磁吸方式固定在学习桌的监测位置上，在监测位置处对应设置极性相反的磁吸件即可，安装方式灵活方便。具体地，为进行准确的学习状态监测，所述监测位置需位于人体前方且高度在人体处于坐姿时胸口至头部之间，因此可在学习桌上设置与桌面垂直的支撑板，在支撑板的预设高度处安装所述学习状态监测装置，具体所述预设该高度可根据用户的身高调节。

具体请参阅图3，所述PCB板上设置有传感模块10、毫米波雷达模块20 和控制模块30，所述传感模块10和毫米波雷达模块20均与控制模块30连接，其中所述传感模块10用于检测当前学习区域的环境数据并输出至控制模块30；所述毫米波雷达模块20用于向人体发射毫米波电磁信号并接收回波信号，以及将接收到的回波信号输出至控制模块30；所述控制模块30用于根据所述回波信号提取人体位置对应的目标数据，以及根据所述目标数据和环境数据获取当前学习区域内人体的书写状态信息和学习姿势信息后输出学习状态监测结果。其中所述控制模块30采用型号为STM32H750的MCU，当然在其它实施例中也可选用其它具有相同功能的MCU，本发明对此不作限定。

本实施例中，采用毫米波雷达模块20进行学习监测，无镜头设计因此不涉及用户隐私泄漏等弊端，同时其不受环境障碍物影响，例如烟雾、污垢、热源等等，还可隐藏在木材或塑料天花板等非金属材料后，避免儿童用户的误关闭操作，因此是非常优越的学习监测方式，本实施例在毫米波雷达探测的基础上进一步结合传感模块10监测到的环境数据进行综合监测，可获取准确的当前学习区域内人体的书写状态信息和学习姿势信息，并且在毫米波雷达模块 20开启工作向人体发射毫米波电磁信号并接收到回波信号后，无需对全部的回波信号进行计算处理，而是根据所述回波信号先提取人体位置对应的目标数据再根据所述目标数据和环境数据输出学习状态监测结果，在确保监测准确性的同时也大幅减小了数据计算量，实现低功耗高效率的学习状态监测。

进一步地，请一并参阅图4，所述传感模块10包括加速度传感器101，所述加速度传感器101与控制模块30连接，用于检测当前学习区域的加速度数据并输出至控制模块30。

本实施例中，通过加速度传感器101检测学习区域的加速度变化作为后续学习状态监测的依据，由于当所述学习状态监测装置安装在学习桌上相应的监测位置时，用户在桌面上进行书写或阅读动作时会将力传导到学习桌上，因此学习桌会出现轻微的晃动导致加速度数据的变化，因此通过采集加速度的变化作为学习状态监测的可靠数据基础，当然还可采用例如陀螺仪传感器等进行加速度数据的获取。

进一步地，所述控制模块30包括提取单元(图中未示出)、书写判断单元 (图中未示出)、姿势判断单元(图中未示出)和监测单元(图中未示出)；所述提取单元与毫米波雷达模块20连接，用于搜索所述回波信号中的最大振幅区域并提取所述最大振幅区域对应的目标回波数据；所述书写判断单元与加速度传感器101和提取单元连接，用于根据所述加速度数据和目标回波数据获取当前学习区域内人体的书写状态信息；所述姿势判断单元与提取单元连接，用于根据所述目标回波数据获取当前学习区域内人体的学习姿势信息；所述监测单元与书写判断单元和姿势判断单元连接，用于对所述书写状态信息和学习姿势信息进行数据分析后输出学习状态监测结果。

本实施例中，请一并参阅图5，当监测装置本体1内的毫米波雷达模块20 向学习区域中的人体发射毫米波电磁信号后，将接收到经过人体反射后的回波信号，该回波信号为包含有振幅信息和相位信息的复数数据，不仅仅包含人体目标的径向距离与径向速度信息，还包含身体各个部位例如手臂等丰富的微动信息，这些微动信息能够很好的帮助雷达对人体目标进行运动状态区分与参数提取，因此若全部进行学习状态监测分析则需要处理的数据量很大，导致监测的功耗过高且效率低，本实施例中则先根据回波信号对人体位置进行定位，由于毫米波雷达信号对人体穿透性不好，回波振幅很高，且根据收到的回波时间差可计算出回波对应的距离，因此在所述回波信号的复数数组中寻找到最大振幅值，该最大振幅值对应的距离即为人体与监测装置本体1之间的距离，并根据最大振幅值所处波形的宽度确定最大振幅区域，该最大振幅区域对应的距离范围即为人体学习活动区域，在回波信号中提取该最大振幅区域对应的目标回波数据，通过所述目标回波数据进行学习姿势和书写状态分析，大幅减少了数据处理量提高处理效率，更有利于实现高效实时的学习状态监测。

进一步地，所述书写判断单元具体用于根据所述加速度数据和目标回波数据判断当前学习区域内的人体是否在书写以及书写持续时长。

本实施例中，通过加速度数据和目标回波数据综合判断当前学习区域内人体的书写状态信息，当在书写时，手臂会持续有规律的微动，根据毫米波雷达模块20探测到的手臂微动值和间隔时长可以判断出是否在书写，同时人在书写时会把力传导到书桌上，让书桌出现轻微有规律的晃动，通过加速度传感器检测到的加速度数据也可以判断出是否在书写，并记录下书写持续时长，两种传感器结合有效补充了毫米波雷达的探测盲区，可提高书写状态判断的准确度。

具体实施时，当物体移向或远离雷达时，其反射的线性调频脉冲的频率和相位都会改变，由于毫米波雷达模块20发射信号波长为毫米级别，任何很小的变化都将会导致很大的相位变化，因此在进行学习状态监测时，通过对目标回波数据中的相位进行均方差计算后根据均方差大小可得到微动值，当持续第一判断时间检测得到的微动值大于预设微动值，或者当持续第一判断时间均检测到大于0的加速度数据时判断为在书写并开始计时；直到持续第二判断时间检测得到的微动值小于预设微动值，或者当持续第二判断时间均检测到加速度为0时判断为不在书写，此时结束计时得到书写持续时长。

进一步地，所述姿势判断单元具体用于根据所述目标回波数据获取当前学习区域内人体与监测装置本体之间的距离，根据所述距离识别当前的姿势类型和对应的姿势持续时长。

本实施例中，通过目标回波数据中的振幅可获取当前学习区域内人体与检测装置本体之间的距离，由于正常坐姿与不良坐姿时头部距离雷达之间的距离不相同，因此可根据所述距离来识别当前的姿势类型，例如正常坐姿、前倾坐姿、后仰坐姿等，具体预先针对不同学习姿势对应设置相应的距离范围，判断毫米波雷达实际探测到的距离所落入的距离范围来进行姿势类型的识别，并对每种学习姿势的持续时间进行计时得到姿势持续时长，以实现准确的学习姿态识别监测。

进一步地，所述监测单元具体用于判断当前的姿势类型是否为预设不良姿势并在预设不良姿势的持续时长大于第一预设时间时输出坐姿提示信息，以及在书写持续时长大于第二预设时间时输出疲劳提示信息。

本实施例中，学习状态监测结果包括对学习姿势和书写状态的监测判断，具体将若干姿势类型标记为预设不良姿势，例如低头姿势以及后仰姿势等，若当前姿势类型判断为预设不良姿势且持续时长大于第一预设时间时输出坐姿提示信息，以提醒书桌前的用户注意坐姿、及时纠正，避免长时间的不良坐姿对用户身体发育的影响，同时在书写持续时长大于第二预设时间时输出疲劳提示休息，提醒用户当前已连续学习较长时间，需适当休息调节，通过准确的学习状态监测提示有效纠正用户不良的学习习惯，达到劳逸结合的学习效果。

进一步地，所述传感模块10还包括有霍尔传感器102、光敏传感器103 和温湿度传感器104，所述霍尔传感器102、光敏传感器103和温湿度传感器 104均与所述控制模块30连接，所述霍尔传感器102用于检测当前学习状态监测装置的位移信息从而判断是否安装在相应的监测位置，例如在学习状态监测装置安装完成后进行位置标定，后续若检测到发生位移，则根据移动的距离和方向判断其是否还安装在预设的有效监测区域内，确保学习状态监测装置始终在有效区域内工作；所述光敏传感器103和温湿度传感器104分别用于检测当前学习区域的光强信息和温湿度信息，通过检测学习区域的光强信息可判断当前学习区域内用户的学习意图以调节雷达发射频率，例如在当前学习区域的光强大于预设光强时，此时用户学习倾向较大，控制所述毫米波雷达模块20 以第一频率发射毫米波电磁信号；在当前学习区域的光强小于预设光强时，例如用户关灯时，说明当前用户学习倾向较小，控制所述毫米波雷达模块20以第二频率发射毫米波电磁信号，且所述第二频率小于第一频率，即在用户没有学习意图时以较低的发射频率发射信号，进一步节约监测功耗。

进一步地，所述监测装置本体1内还进一步设置有通信模块40、电源模块50、麦克风60和扬声器70，所述通信模块40、电源模块50、麦克风60 和扬声器70均与控制模块30连接，所述通信模块40可采用蓝牙模块、WIFI 模块或者蜂窝通信模块，实现与移动终端之间的通信连接进行远程控制；所述电源模块50用于为学习状态监测装置中各功能模块进行供电，可采用干电池或充电电池等实现；所述麦克风60用于采集音频信息，所述音频信息可以是用户输入的语音信息或者当前学习环境下的背景音频信息等，通过所述音频信息实现语音控制或者辅助学习状态判断；所述扬声器70用于输出语音提示信息，便于用户获知当前学习状态提示信息以及学习状态监测装置的工作状态。

由以上产品实施例可知，本发明提供的基于毫米波雷达的学习状态监测装置通过结合毫米波雷达信号和传感信号对学习区域内人体的书写状态和学习姿势进行综合监测，有效提高了学习状态监测的准确性且避免了侵犯用户隐私的问题。

本发明另一实施例提供一种基于毫米波雷达的学习状态监测方法，如图6 所示，包括如下步骤：

S100、检测当前学习区域的环境数据；

S200、向学习区域内的人体发射毫米波电磁信号并接收回波信号；

S300、根据所述回波信号提取人体位置对应的目标数据，并根据所述目标数据和环境数据获取当前学习区域内人体的书写状态信息和学习姿势信息后输出学习状态监测结果。

进一步地，所述检测当前学习区域的环境数据，具体包括：

检测当前学习区域的加速度数据。

进一步地，所述根据所述回波信号提取人体位置对应的目标数据，并根据所述目标数据和环境数据获取当前学习区域内人体的书写状态信息和学习姿势信息后输出学习状态监测结果，包括：

搜索所述回波信号中的最大振幅区域并提取所述最大振幅区域对应的目标回波数据；

根据所述加速度数据和目标回波数据获取当前学习区域内人体的书写状态信息；

根据所述目标回波数据获取当前学习区域内人体的学习姿势信息；

对所述书写状态信息和学习姿势信息进行数据分析后输出学习状态监测结果。

需要说明的是，上述各步骤之间并不必然存在一定的先后顺序，本领域普通技术人员，根据本发明实施例的描述可以理解，不同实施例中，上述各步骤可以有不同的执行顺序，亦即，可以并行执行，亦可以交换执行等等，具体实施方式请参考上述对应的产品实施例，此处不再赘述。

本发明的另一种实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述方法实施例的干细胞图像采集方法。例如，执行以上描述的图6中的方法步骤S100至步骤S300。

综上所述，本发明公开的基于毫米波雷达的学习状态监测装置、方法及介质中，所述基于毫米波雷达的学习状态监测装置包括监测装置本体，所述监测装置本体内设置有用于检测当前学习区域的环境数据的传感模块；用于向人体发射毫米波电磁信号并接收回波信号的毫米波雷达模块；用于根据所述回波信号提取人体位置对应的目标数据，以及根据所述目标数据和环境数据获取当前学习区域内人体的书写状态信息和学习姿势信息后输出学习状态监测结果的控制模块。本发明实施例通过结合毫米波雷达信号和传感信号对学习区域内人体的书写状态和学习姿势进行综合监测，有效提高了学习状态监测的准确性且避免了侵犯用户隐私的问题。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存在于计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络电子设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

除了其他之外，诸如"能够"、"能"、"可能"或"可以"之类的条件语言除非另外具体地陈述或者在如所使用的上下文内以其他方式理解，否则一般地旨在传达特定实施方式能包括(然而其他实施方式不包括)特定特征、元件和/或操作。因此，这样的条件语言一般地还旨在暗示特征、元件和/或操作对于一个或多个实施方式无论如何都是需要的或者一个或多个实施方式必须包括用于在有或没有输入或提示的情况下判定这些特征、元件和/或操作是否被包括或者将在任何特定实施方式中被执行的逻辑。

已经在本文中在本说明书和附图中描述的内容包括能够提供基于毫米波雷达的学习状态监测装置、方法及介质的示例。当然，不能够出于描述本公开的各种特征的目的来描述元件和/或方法的每个可以想象的组合，但是可以认识到，所公开的特征的许多另外的组合和置换是可能的。因此，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下能够对本公开做出各种修改。此外，或在替代方案中，本公开的其他实施例从对本说明书和附图的考虑以及如本文中所呈现的本公开的实践中可能是显而易见的。意图是，本说明书和附图中所提出的示例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。尽管在本文中采用了特定术语，但是它们在通用和描述性意义上被使用并且不用于限制的目的。