基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生課堂考勤管理系統(tǒng)

李珍香

摘要：針對目前高校所采用的多種課堂考勤管理方式所存在的不同問題，譬如采用傳統(tǒng)的要占用課堂時間，且有冒名頂替或不公平現(xiàn)象，采用現(xiàn)代的存在著代刷卡或?qū)W生通過速度慢或不衛(wèi)生等等，設(shè)計開發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的課堂考勤管理系統(tǒng)。系統(tǒng)綜合了無線傳感、RFID、ZigBee、3G 網(wǎng)絡(luò)與圖像識別等技術(shù)，既能準(zhǔn)確快速采集與傳輸記錄學(xué)生出勤信息，從而節(jié)省上課時間，提高學(xué)生出勤率，又方便教師及管理人員對學(xué)生出勤情況的實施、管理和提醒，具有較強(qiáng)的實用性。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；課堂考勤；RFID；圖像識別；ZigBee

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0021-03

一、引言

課堂考勤是加強(qiáng)對學(xué)生的組織紀(jì)律管理、規(guī)范學(xué)生日常學(xué)習(xí)與行為的一種必要手段，是高校日常教學(xué)管理工作的重要環(huán)節(jié)。加強(qiáng)對學(xué)生的考勤管理，是維護(hù)正常的教學(xué)紀(jì)律與秩序及人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要保證，同時也是保證學(xué)校各項教學(xué)工作得以順利實施及完成的首要環(huán)節(jié)，對推進(jìn)學(xué)校的學(xué)風(fēng)建設(shè)有著極為深遠(yuǎn)重要的意義[1，2]。近年來，隨著學(xué)生課堂容量的增多，傳統(tǒng)的通過教師在課堂上點到的管理方式越來越不能滿足實際需要，也隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和快速普及，各種考勤系統(tǒng)如IC卡考勤系統(tǒng)、指紋考勤系統(tǒng)、RFID考勤系統(tǒng)等等如雨后春筍般迅速涌現(xiàn)并逐步得到應(yīng)用。這些考勤系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)課堂考勤占用課堂時間的問題，在一定程度上大幅度提高了學(xué)生的出勤率，但仍存在著代刷卡、學(xué)生通過速度慢、管理不方便等問題。本文介紹的以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的智能課堂考勤管理系統(tǒng)，采用Android（安卓）移動開發(fā)框架，綜合了無線傳感技術(shù)、RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術(shù)、Zigbee技術(shù)、3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與圖像識別技術(shù)，能夠同時實現(xiàn)讀卡記錄、語音提示和攝像功能，除了能實現(xiàn)對學(xué)生的出勤實時考勤外，還能通過手機(jī)終端對學(xué)生的出勤進(jìn)行短信提醒，具有很強(qiáng)的實用性[3]。

二、系統(tǒng)原理

物聯(lián)網(wǎng)是面向?qū)嶓w世界的感知互動系統(tǒng)，其將能夠被獨立尋址的普通物理實體通過RFID、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)人與人、人與物、物與物在任何時間、任何地點的連接，從而進(jìn)行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)的核心是“連接”，主要特征是通過信息傳感設(shè)備等方式獲取物理世界的各種信息。本考勤系統(tǒng)參照物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層理論框架構(gòu)建，對應(yīng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集前端、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)處理后端三個部分。系統(tǒng)設(shè)計選擇星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示[4]。

圖1中包含了智能考勤系統(tǒng)中所有的無線節(jié)點模塊，其中智能考勤控制器是整個智能考勤系統(tǒng)的總控制器，數(shù)據(jù)采集前端采用RFID傳感器、攝像頭傳感器及信息匯集的協(xié)調(diào)器模塊，這些傳感器模塊通過特定的電路模塊與子控制器（ZigBee模塊）相連，終端可以是PC機(jī)、智能手機(jī)或平板電腦等。系統(tǒng)上電運(yùn)行時，前端傳感器將采集到的信息發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點上，再由該節(jié)點傳遞到考勤系統(tǒng)主控制器進(jìn)行處理[5]。

三、系統(tǒng)設(shè)計

1.系統(tǒng)硬件設(shè)計。統(tǒng)的硬件電路分為3層。底層為數(shù)據(jù)采集模塊，由高頻RFID IC卡讀寫模塊、攝像頭傳感器模塊和TI公司的ZigBee芯片CC2530構(gòu)成，CC2530為無線傳感網(wǎng)中的節(jié)點模塊，并同時控制傳感器檢測射頻RFID芯片信號和攝像信號。中間層為數(shù)據(jù)傳輸模塊，由兩塊CC2530構(gòu)成，其中一塊作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點與協(xié)調(diào)器自動組網(wǎng)，另一塊用于通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸RFID射頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并在協(xié)調(diào)器一端將數(shù)據(jù)通過異步串口通信交由嵌入式網(wǎng)關(guān)平臺處理。上層的數(shù)據(jù)處理模塊整個為一個嵌入式網(wǎng)關(guān)平臺，主要由核心板、DM9000A 10/100MB網(wǎng)卡、真彩色寬屏LCD、蜂鳴器、攝像頭、USB無線網(wǎng)卡和UART等組成。最后還需搭建平臺中的局域網(wǎng)，利用WiFi加入無線局域網(wǎng)，通過內(nèi)置程序與遠(yuǎn)程管理服務(wù)器進(jìn)行通信[6]。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2所示。

核心板中的主控制器采用三星的S5PV210高性能微處理器，該處理器基于ARM CortexTM-A8，主頻1GHZ、64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)和指令都為32KB一級緩存、512KB二級緩存，板中集成有8GB Mobile DDRII、4GB eMMc。高頻的RFID采用ISO 18000-6C模塊，頻率為928～1028MHz，可讀寫最大距離為1米的數(shù)據(jù)；攝像頭傳感器采用支持3種攝像頭（AV、CMOS和市面上所有USB攝像頭）的OV9650模塊。作為ZigBee模塊的CC2530具有射頻收發(fā)器產(chǎn)品中的許多優(yōu)良性能和強(qiáng)大的功能，其內(nèi)部集成了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU、可編程的Flash閃存、8KB RAM及其他一些功能模塊。為了簡化開發(fā)，使用CC2530支持的Z-Stack網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，其是由TI開發(fā)的遵循ZigBee協(xié)議規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧[7]。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計。

（1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計。生刷卡簽到主要集中在課前10分鐘時間內(nèi)，數(shù)據(jù)量較大，鑒于數(shù)據(jù)的安全性和數(shù)據(jù)庫性能方面的考慮，數(shù)據(jù)庫后臺采用SQL Server 2008，在SQL Server2008 Management Studio的對象資源管理器中建立“RFIDSAS”數(shù)據(jù)庫。庫中使用的主要表列舉如下：

Student：學(xué)生表，記錄學(xué)生的學(xué)號、姓名、性別、院系、選修課程、頭像等信息；

Teacher：教師表，記錄授課教師的教師編號、姓名、性別、所在學(xué)院、所授課程等信息；

Course：課程表，記錄課程的課程號、上課時間、上課地點、學(xué)時和學(xué)分等信息；

Instruction：授課表，主要記錄課程號、授課教師，開課班級等信息；

Option：選課表，記錄學(xué)生與所選課程的對應(yīng)關(guān)系；

Item：到課記錄表，記錄每個學(xué)生的到課情況信息，如所修課程、到課時間等。

（2）程序代碼。系統(tǒng)前端編程開發(fā)工具為C語言，后臺數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2008。以下為檢測刷卡的部分代碼：

void Zigbee_getWG（unsigned char *s）

{

unsigned char i；

for （i=0； i<70； i++）

s[i] = 0；

if （ZWG_rfid（） == 1）

{

sprintf（（char*）s， "Card： %02X %02X

%02X %02X %02X ＼r＼n"，

ZWG_card[0]， ZWG_card[1]，

ZWG_card[2]，

ZWG_card[3]， ZWG_card[4]）；

} else

{

sprintf（（char*）s， "Card： not have

card＼r＼n"）；

}

}

四、結(jié)語

本課堂考勤管理系統(tǒng)，運(yùn)用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)對學(xué)生到課的實時、自動考勤，解決了現(xiàn)有大學(xué)教學(xué)采用傳統(tǒng)點名存在的效率低下或采用RFID存在代刷卡等種種問題，而且通過系統(tǒng)方便管理者對學(xué)生出勤情況的考查、監(jiān)督甚至決策，對于老師也大大減少了學(xué)期末計算平時成績時的工作量，對于學(xué)生也能及時提醒，具有較好的實用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張亮.學(xué)生課堂考勤管理系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014，13（7）：84-85.

[2]楊丹.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].湖南大學(xué)，2012.

[3]基于RFID-SIM技術(shù)的高校教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗室科學(xué)，2016，19（5）：44-49.

[4]林延珊.高校移動考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[5]李勝，殷杰，郭超沛，等.基于RFID的課堂考勤系統(tǒng)的設(shè)計[J].軟件開發(fā)，2015（6）：74-75.

[6]曾寶國.Z-STACK議棧應(yīng)用開發(fā)分析[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2011，1（3）：71-73.

[7]于晶晶.基于RFID技術(shù)的學(xué)生考勤管理系統(tǒng)的研制[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2011.