基于樹莓派的輔導員學生管理系統設計

張征宇 任玲玲 方夢瑤 范雅靜 程 攀

安陽工學院

0 引言

隨著校園信息化工作的推廣，許多高校已經實現了數字化校園，各種管理系統層出不窮，然而，在實際的使用過程中，已有的系統暴露了不足：首先，已有的一些辦公系統不具備平臺兼容性，彼此是分立的系統，雖有管理功能，但是輔導員和學生都需要下載和注冊各種軟件，使用過程繁瑣，且更容易泄露個人信息；其次，現有系統不具備智能性，本質上都是常規數據庫的衍生，無法智能化地解決常見問題；最后，已有的系統雖然有語音提醒功能，但是提示內容單一，且多為常見的機器人以及虛擬電話，容易引起學生誤會以及反感。因此，開發出更便利的面向學生友好且適用于輔導員工作這一特殊應用場景的系統成為新的需求。

1 系統的整體設計方案

本系統通過Python語言編程控制SIM7600CE，串口通信發送AT指令等待返回，完成對SIM7600CE的控制，通過在樹莓派上搭建Nginx服務器，借助Nginx的占有內存少、并發能力強、易于開發、部署方便以及支持多語言等特點，將自己的網站以及微信公眾號的服務程序部署在樹莓派服務器上，并且可借助NATAPP進行內網穿透，實現訪問跨區域范圍的服務器。

通過設置單個用戶的電話以及短信提醒任務，實現對系統中所有用戶的任務的提醒。使用超文本標記語言html完成網站前端的搭建，學生可以完成簽到任務、人臉識別簽到以及使用Python的Django框架管理網站。Django是基于MVC構建的框架，模型視圖控件（Model View Controler，MVC）是一個設計模式，強制性地使應用程序的輸入、處理和輸出分開，使管理更加方便、快捷。此外，本系統將借助微信開發平臺進行二次開發，使用微信公眾號幫助管理者快捷查看微信簽到情況、任務的發布與修改以及語音或短信提醒內容的修改。系統工作流程如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 控制模塊

選用樹莓派作為主控，與常見的51單片機和STM32等嵌入式微控制器相比，其不僅可以完成相同的IO引腳控制，還能運行相應的操作系統，并且將服務器布置在樹莓派上，簡單地完成對網站后臺的管理以及微信公眾號后臺管理服務程序。

2.2 SIM7600CE-T通信模塊

系統采用SIM7600CE實現電話撥打以及短信發送等功能。SIM7600CE是一款4G芯片，可通過AT指令進行簡單控制，其性能穩定，外觀小巧，性價比高，可以低功耗地實現SMS和數據信息的傳輸。在使用芯片時，為其添加串口、電源以及SIM卡接口等模塊，可以使本模塊完全配合樹莓派實現撥打電話、短信發送上網等功能。

因為常規的SIM卡會經常拔插，可能會接觸到ESD產生源，因此，要防止在強干擾的狀況下出現SIM卡掉落的情況，就需要ESD保護器件，來避免工作在設計參數的極限附近。SMF05C型ESD器件，是利用電阻與穩壓二極管的電路組合對連接的電路進行過壓和限流保護，對SIM卡接口起到保護作用。

3 系統軟件設計

3.1 學生功能模塊

學生功能模塊包含個人信息管理、人臉識別簽到、待辦任務模塊等。學生通過學校的學號以及郵箱進行注冊登錄，并拍照完成面部信息的采集。系統后臺將采集的面部信息存入到百度人臉庫中，將學號和郵箱存入樹莓派的MySQL數據庫中。在任務代辦模塊，學生可以關注微信公賬號獲取任務、任務反饋情況，通過后臺數據庫反饋給輔導員微信端，方便輔導員實時統計查詢。

3.2 輔導員功能模塊

輔導員可以進入后臺網頁查看學生信息狀態和任務完成情況。后臺管理采用Django管理頁面，圖形化數據庫頁面，通過Django提供的框架，將數據庫中的信息圖形化，能夠更加直接地展現出學生信息狀態。即使不懂數據庫的管理者，也可以通過點擊頁面中的按鈕去查看簽到情況、發布任務等，如圖2所示。另外，輔導員可以設置定時提醒學生完成發布的任務統計，并將反饋數據信息發送到管理員的微信端。在微信端，輔導員可以使用文字或語音方式發送指令，微信公眾號收到消息會進行語音或文字解析，并進行關鍵字匹配等，最后，將處理后的信息反饋給輔導員。微信界面展示如圖3所示。

圖2 任務發布管理界面

圖3 微信測試界面

4 結束語

本系統利用樹莓派搭建服務器，通過對4G芯片的控制、Django框架的編程以及微信平臺的二次開發，實現了對學生方便、高效、智能的管理，且系統整體簡明、實現容易、成本造價較低，擁有良好的市場前景與改進空間。