基于物聯網技術的學生課堂考勤管理系統

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，譬如采用傳統的要占用課堂時間，且有冒名頂替或不公平現象，采用現代的存在著代刷卡或學生通過速度慢或不衛生等等，設計開發了一種基于物聯網技術的課堂考勤管理系統。系統綜合了無線傳感、RFID、ZigBee、3G 網絡與圖像識別等技術，既能準確快速采集與傳輸記錄學生出勤信息，從而節省上課時間，提高學生出勤率，又方便教師及管理人員對學生出勤情況的實施、管理和提醒，具有較強的實用性。

關鍵詞：物聯網；課堂考勤；RFID；圖像識別；ZigBee

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

一、引言

課堂考勤是加強對學生的組織紀律管理、規范學生日常學習與行為的一種必要手段，是高校日常教學管理工作的重要環節。加強對學生的考勤管理，是維護正常的教學紀律與秩序及人才培養質量的重要保證，同時也是保證學校各項教學工作得以順利實施及完成的首要環節，對推進學校的學風建設有著極為深遠重要的意義[1，2]。近年來，隨著學生課堂容量的增多，傳統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，也隨著信息技術的迅猛發展和快速普及，各種考勤系統如IC卡考勤系統、指紋考勤系統、RFID考勤系統等等如雨后春筍般迅速涌現并逐步得到應用。這些考勤系統解決了傳統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生的出勤率，但仍存在著代刷卡、學生通過速度慢、管理不方便等問題。本文介紹的以物聯網技術為支撐的智能課堂考勤管理系統，采用Android（安卓）移動開發框架，綜合了無線傳感技術、RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術、Zigbee技術、3G網絡技術與圖像識別技術，能夠同時實現讀卡記錄、語音提示和攝像功能，除了能實現對學生的出勤實時考勤外，還能通過手機終端對學生的出勤進行短信提醒，具有很強的實用性[3]。

二、系統原理

物聯網是面向實體世界的感知互動系統，其將能夠被獨立尋址的普通物理實體通過RFID、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議通過網絡實現人與人、人與物、物與物在任何時間、任何地點的連接，從而進行信息交換和通訊。物聯網的核心是“連接”，主要特征是通過信息傳感設備等方式獲取物理世界的各種信息。本考勤系統參照物聯網的感知層、網絡層、應用層三層理論框架構建，對應系統的數據采集前端、數據傳輸網絡和系統處理后端三個部分。系統設計選擇星型拓撲結構，其網絡架構如圖1所示[4]。

圖1中包含了智能考勤系統中所有的無線節點模塊，其中智能考勤控制器是整個智能考勤系統的總控制器，數據采集前端采用RFID傳感器、攝像頭傳感器及信息匯集的協調器模塊，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、智能手機或平板電腦等。系統上電運行時，前端傳感器將采集到的信息發送到協調器節點上，再由該節點傳遞到考勤系統主控制器進行處理[5]。

三、系統設計

1.系統硬件設計。統的硬件電路分為3層。底層為數據采集模塊，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構成，CC2530為無線傳感網中的節點模塊，并同時控制傳感器檢測射頻RFID芯片信號和攝像信號。中間層為數據傳輸模塊，由兩塊CC2530構成，其中一塊作為ZigBee網絡中的節點與協調器自動組網，另一塊用于通過無線網絡傳輸RFID射頻數據和圖像數據，并在協調器一端將數據通過異步串口通信交由嵌入式網關平臺處理。上層的數據處理模塊整個為一個嵌入式網關平臺，主要由核心板、DM9000A 10/100MB網卡、真彩色寬屏LCD、蜂鳴器、攝像頭、USB無線網卡和UART等組成。最后還需搭建平臺中的局域網，利用WiFi加入無線局域網，通過內置程序與遠程管理服務器進行通信[6]。系統硬件架構如圖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位內部總線結構、數據和指令都為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米的數據；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具有射頻收發器產品中的許多優良性能和強大的功能，其內部集成了業界標準的增強型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，使用CC2530支持的Z-Stack網絡協議棧，其是由TI開發的遵循ZigBee協議規范的網絡協議棧[7]。

2.系統軟件設計。

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

Student：學生表，記錄學生的學號、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、學時和學分等信息；

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，記錄學生與所選課程的對應關系；

Item：到課記錄表，記錄每個學生的到課情況信息，如所修課程、到課時間等。

（2）程序代碼。系統前端編程開發工具為C語言，后臺數據庫使用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、結語

本課堂考勤管理系統，運用先進的物聯網技術可實現對學生到課的實時、自動考勤，解決了現有大學教學采用傳統點名存在的效率低下或采用RFID存在代刷卡等種種問題，而且通過系統方便管理者對學生出勤情況的考查、監督甚至決策，對于老師也大大減少了學期末計算平時成績時的工作量，對于學生也能及時提醒，具有較好的實用價值。

參考文獻：

[1]張亮.學生課堂考勤管理系統的開發與設計[J].產業與科技論壇，2014，13（7）：84-85.

[2]楊丹.基于物聯網技術的學生考勤系統的設計與實現[D].湖南大學，2012.

[3]基于RFID-SIM技術的高校教學管理系統設計與實現[J].實驗室科學，2016，19（5）：44-49.

[4]林延珊.高校移動考勤系統的設計與實現[D].電子科技大學，2013.

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

[6]曾寶國.Z-STACK議棧應用開發分析[J].物聯網技術，2011，1（3）：71-73.

[7]于晶晶.基于RFID技術的學生考勤管理系統的研制[D].蘇州：蘇州大學，2011.