基于小程序云開發的通達自習通系統設計與實現

梁天鴻 聶佳偉 呂偉豪南京郵電大學通達學院

1 通達自習通設計和原理介紹

由于學院正方系統空教室查詢功能不向學生開放，許多學生在日常學習、期末復習或考研準備中，難以知曉學校教學樓是否有空教室以供自習。同時，存在單人占據一個自習室，后來者因擔心產生誤解和影響而放棄同教室自習，既造成校園自習室資源的浪費，也耽誤了學生寶貴自習時間。通達自習通以二維碼為媒介，配合后臺云數據庫管理，為學院有效管理自習教室提供了科學依據。

通達自習通是一款基于微信平臺，能實現對自習室進行科學管理與查詢的微信小程序，通過小程序的云開發功能，實現對自習室數據的記錄、修改、查詢。使用者在給予該小程序登錄接口的授權并調用權限后，對自習室已布置的靜態二維碼標簽掃描簽到，微信后臺會調用云函數自動記錄最新的數據，在云數據庫中對信息進行修改。使用者也可以查詢各個教室的使用情況及用戶的最近自習時間記錄，從而選擇合適的教室進行學習，采用定位計算距離并判斷的函數，限制只有在教室200 m內才能簽到，有效防止有人惡意掃碼占位。

2 小程序整體設計框架

2.1 前端框架介紹

在本程序的前端界面實現中，采用了適配微信小程序的語言wxml、wxss、js進行編譯。微信小程序的框架包含兩部分：View視圖層、App Service邏輯層。View層用來渲染頁面結構，AppService層用來邏輯處理、數據請求、接口調用，在兩個線程里運行。其中，視圖層使用WebView渲染，邏輯層使用JSCore運行，通過在app.json里創建各頁面Page的配置文件，以wxml和wxss編寫視圖層，由組件來進行展示；邏輯層中的動態數據均來自對應Page的data，可以通過setData方法修改數據，從而將數據進行處理后發送給視圖層。最后，基于系統層的JSBridage為視圖層與邏輯層間提供了數據傳輸和事件系統，可以讓開發者更方便地聚焦于數據與邏輯上。

2.2 后端設計開發

2.2.1 云開發環境配置

圖1 云開發流程

云開發是一套解決小程序前后端開發的云端工具，如圖1所示，提供了一整套云服務及簡單、易用的API和管理界面，以盡可能降低后端開發成本，讓開發者能夠專注于核心業務邏輯的開發，盡可能輕松地完成后端的操作和管理。

（1）云函數。是一段運行在云端的代碼，無需管理服務器，在開發工具內編寫、一鍵上傳部署即可運行后端代碼。完全使用Node.js編寫，可以操作云端數據庫和存儲空間。小程序提供了專門用于云函數調用的API，開發者可以在云函數內使用wx-server-sdk提供的getWXContext方法獲取到每次調用的上下文（appid、openid等），無需維護復雜的鑒權機制，即可獲取天然可信任的用戶登錄態（openid）。

（2）云數據庫。云開發提供了一個既可在小程序前端操作，也能在云函數中讀寫的MongoDB數據庫，可提供每日5萬次的數據庫讀取請求，滿足絕大部分小程序應用。另外，一個數據庫可以有多個集合（相當于關系型數據中的表），集合可看作一個JSON數組，數組中的每個對象就是一條記錄，記錄的格式是 JSON對象。通過對創建的數據庫進行修改，可以使用云函數來操作數據庫的讀寫。

（3）云存儲。云開發提供了一塊存儲空間，在小程序前端直接上傳/下載云端文件，在云開發控制臺可視化管理。微信平臺推出基于“無服務開發小程序”，即Serveless。基于Servelss架構的小程序依賴云平臺提供的后臺服務，使得在小程序端可以分別調用wx.cloude.uploadfile和wx.cloude.downloadfile完成上傳和下載云文件操作。

2.2.2 云數據庫設計

在數據庫的使用中，直接使用云數據庫功能，建立了一個class的云數據庫來存儲各個教室的使用情況。這個數據庫包含的字段有：教室人數、教室名、在該教室的簽到/簽退時間；每次簽到或者簽退，都會通過調用自己定義的qiandao云函數，來記錄教室的人數、時間與教室的變化。

3 掃碼簽到系統的實現

鑒于實現整個系統功能的需要，設計出了系統實現流程。

3.1 教室數據生成

首先，在小程序文件夾中建立cloud和miniprogram兩個目錄，并在package文件中配置，通過編寫數據庫函數cloud.database().collection(class)，在小程序云端創建教室數據庫。由于要充分利用每個自習教室，所以要將大量自習教室納入規劃，為每個空閑教室生成有唯一標識性的二維碼。其次，創建自習教室的同時，可以設置自習教室的正常使用時間和最大容量人數，若不在正常使用時間范圍內，或超過自習教室課容納人數，則不允許簽到或簽退操作。

3.2 定位距離限制

為了防止自習教室的靜態二維碼被故意保存后，在非自習教室區域外進行掃碼簽到、干擾正常使用，本團隊在程序中添加了distance∶function與wx.getLocation函數，對簽到進行距離限制。distance∶function函數是對使用者與簽到教室之間的距離進行計算，wx.getLocation函數是獲取簽到者經緯度，再調用distance∶function函數與設定好的經緯度進行計算，得到距離。通過條件語句進行判定，若簽到距離在200 m之內，就會跳轉簽到按鈕，否則將無法跳轉，不能進行簽到。

3.3 掃碼簽到/簽退

掃碼簽到是通達自習通的核心功能。首先，小程序中編有wx.scanCode函數，允許從相機和相冊中調取圖片進行掃碼。用戶在掃描相應自習教室的二維碼后，微信服務器向系統跳轉用戶的信息，系統判斷用戶的唯一性和自習教室否處于正常狀態（使用時間范圍內和可容納人數范圍內），將二維碼攜帶的信息及掃描用戶的微信openid發送到業務服務器，在簽到/簽退成功后，調用_getYMDTime與_getcurrentTime函數獲取此時刻時間，并將其存入定義的times數組中。其次，再將class數據庫與times數組中的數據渲染到界面上，顯示在哪個時刻在哪個教室簽到/簽退，并且簽到/簽退的同時都會調取qiandao云函數對數據庫中教室的人數進行實時修改，保證數據的準確。

4 結語

本設計項目可以基本解決自習教室資源和學生自習時間浪費的問題，實現自主簽到循環過程，有利于合理分配空閑教室，方便學生找到適合自己學習的教室。通達自習通現可在學院自習教室投入使用，運行狀況良好，但也存在不足之處，例如：定位簽到存在一定偏差，短距離內不能保證二維碼不會被學生誤掃，簽退功能對于人為因素敏感性高。當然，只要學生積極學習，并誠信使用通達自習通，所有問題都將迎刃而解。