一種基于壓力傳感器的考勤管理系統(tǒng)

林小娟，蔡健文，張芳，周柏

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山，528137）

0 引言

課堂考勤是學(xué)校教學(xué)管理中的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的簽到考勤方式，分為人工點(diǎn)名和信息技術(shù)手段點(diǎn)名兩種。人工點(diǎn)名方式，點(diǎn)名者需要將點(diǎn)名冊(cè)學(xué)生的名字全部讀一遍，從而確認(rèn)學(xué)生出勤情況，所花費(fèi)時(shí)間與學(xué)生人數(shù)規(guī)模成正比，效率低，耗費(fèi)精力大，且無(wú)法精確記錄學(xué)生出勤時(shí)長(zhǎng)。信息技術(shù)手段點(diǎn)名，一般采用外在裝置例如打卡機(jī)、信息采集裝置等采集簽到信息，以上兩種方式都無(wú)法精確記錄學(xué)生出勤時(shí)長(zhǎng)，且很難核實(shí)學(xué)生身份的真實(shí)性。綜上，本文提出一種基于壓力傳感器的考勤管理系統(tǒng)，使用人臉識(shí)別技術(shù)核實(shí)學(xué)生身份，通過(guò)壓力傳感器來(lái)記錄每一個(gè)學(xué)生的出勤時(shí)長(zhǎng)。

1 考勤系統(tǒng)概述

■1.1 系統(tǒng)硬件方面

如圖1所示，系統(tǒng)硬件包括座椅、壓力傳感器、主控模塊、電源模塊、NB-IOT通信模塊、A/D轉(zhuǎn)換器等。

圖1 考勤座椅結(jié)構(gòu)示意圖

具體包括椅座、與椅座轉(zhuǎn)動(dòng)連接的靠背、靠背上開(kāi)設(shè)有容納腔和走線(xiàn)槽，容納腔位于靠背的上側(cè)，走線(xiàn)槽位于靠背的左側(cè)邊或右側(cè)邊，走線(xiàn)槽的槽口可拆卸安裝有走線(xiàn)板，走線(xiàn)板與走線(xiàn)槽適配，走線(xiàn)槽的一端與容納腔連通，走線(xiàn)槽的另一端開(kāi)設(shè)有走線(xiàn)孔，走線(xiàn)孔位于椅座一側(cè)。

安裝時(shí)，將主控模塊、電源模塊、NB-IOT通信模塊、以及A/D轉(zhuǎn)換器先連接好，將走線(xiàn)板打開(kāi)，從走線(xiàn)槽與容納腔的連通處，將連接好的主控模塊、電源模塊、NB-IOT通信模塊、以及A/D轉(zhuǎn)換器置入容納腔內(nèi)，并將A/D轉(zhuǎn)換器和壓力傳感器的連接線(xiàn)沿走線(xiàn)槽布放，穿過(guò)走線(xiàn)孔，與坐墊內(nèi)的壓力傳感器連接，在通電后確認(rèn)主控模塊、電源模塊、NB-IOT通信模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、以及壓力傳感器正常工作，最后將走線(xiàn)板安裝在走線(xiàn)槽上，完成座椅的安裝。

如圖2所示，使用時(shí)，壓力傳感器,檢測(cè)座椅上的壓力信號(hào),由于9個(gè)壓力傳感器以九宮格的形式等間距排布，當(dāng)上課考勤時(shí)，學(xué)生正常坐在座椅上，均可檢測(cè)到壓力信號(hào)，不會(huì)存在檢測(cè)盲區(qū)；接著，A/D轉(zhuǎn)換器將該壓力信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得出一個(gè)壓力值，主控模塊通過(guò)壓力值判斷座椅上是否有人，示例性地，若壓力傳感器沒(méi)有檢測(cè)到壓力信號(hào)（壓力信號(hào)狀態(tài)為OFF），則主控模塊判斷座椅上沒(méi)人；若壓力傳感器檢測(cè)到壓力信號(hào)（壓力信號(hào)狀態(tài)為ON），則主控模塊判斷座椅上有人，根據(jù)系統(tǒng)工作策略判斷程序以進(jìn)行檢測(cè)。NB-IOT通信模塊將主控模塊的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行上報(bào)，從而完成自動(dòng)考勤。

圖2 考勤座椅電路框圖

■1.2 系統(tǒng)軟件方面

本考勤系統(tǒng)包括“課堂開(kāi)始前”、“課堂開(kāi)始及考勤”、“課堂結(jié)束”“狀態(tài)處理”四個(gè)模塊。

考勤系統(tǒng)的工作流程:“課堂開(kāi)始前”模塊，學(xué)生通過(guò)考勤系統(tǒng)點(diǎn)擊簽到模塊，系統(tǒng)啟動(dòng)手機(jī)前置攝像頭，通過(guò)人臉識(shí)別功能匹配是否學(xué)生本人。匹配成功后，學(xué)生掃描教師現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布的課堂二維碼進(jìn)行簽到并選擇座椅進(jìn)行個(gè)人ID綁定。隨后進(jìn)入“課堂開(kāi)始及考勤”、“課堂結(jié)束”模塊，系統(tǒng)根據(jù)座椅上的壓力傳感器記錄學(xué)生出勤時(shí)長(zhǎng)，精確記錄學(xué)生遲到、早退、曠課等情況。課堂結(jié)束后，由“狀態(tài)處理”處理模塊判斷考生最終出勤狀態(tài)，并自動(dòng)生成所有學(xué)生課堂累計(jì)出勤時(shí)長(zhǎng)及考勤狀態(tài)，作為課程出勤考核依據(jù)，達(dá)到課堂精確化管理的目的。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

■2.1 “課堂開(kāi)始前”模塊

如圖3所示，教師用戶(hù)登陸系統(tǒng)發(fā)布簽到二維碼和設(shè)置課堂開(kāi)始結(jié)束時(shí)間，學(xué)生用戶(hù)點(diǎn)擊簽到模塊，啟用人臉識(shí)別功能后，掃描簽到二維碼并填寫(xiě)教室座位號(hào)，以此完成學(xué)生的身份確認(rèn)和個(gè)人ID與座椅的綁定工作。有特殊情況的學(xué)生可以通過(guò)在“請(qǐng)假”模塊進(jìn)行相應(yīng)申請(qǐng)。

圖3 “課堂開(kāi)始前”模塊工作策略圖

■2.2 “課堂開(kāi)始及考勤”模塊

如圖4所示，課堂上課時(shí)間觸發(fā)后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)工作策略。識(shí)別每個(gè)簽到學(xué)生的座位壓力傳感器狀態(tài)（ON代表座位有人，OFF代表座位沒(méi)人）。判斷狀態(tài)是否為ON，若是，直接進(jìn)入“考勤”狀態(tài)，若狀態(tài)為OFF，標(biāo)記該生“遲到”狀態(tài)，進(jìn)入 “考勤”狀態(tài)，具體如下：

圖4 “課堂開(kāi)始及考勤”模塊工作策略圖

步驟一：識(shí)別每個(gè)簽到學(xué)生的座位壓力傳感器狀態(tài)，判斷狀態(tài)是否為ON，若是，進(jìn)入步驟二；若否，進(jìn)入步驟三；

步驟二：判定學(xué)生在座位上，累計(jì)其出勤時(shí)長(zhǎng)T1；

步驟三：判定學(xué)生不在座位上，累計(jì)其缺勤時(shí)長(zhǎng)T2，進(jìn)入步驟四；

步驟四：判斷T2是否大于T0（T0為課程時(shí)長(zhǎng)＊考勤系數(shù)，由教師設(shè)置考勤系數(shù)），若T2大于T0，判斷為T(mén)RUE，進(jìn)入步驟五；否則T2小于等于T0，判斷為FALSE，不作處理，回到步驟一。

步驟五：標(biāo)記該生狀態(tài)為“曠課”。

■2.3 “課堂結(jié)束”模塊

如圖5所示，識(shí)別每個(gè)簽到學(xué)生的座位壓力傳感器狀態(tài)，判斷狀態(tài)是否為ON，若是，不作處理；若狀態(tài)為OFF，標(biāo)記該生“早退”狀態(tài)。

圖5 “課堂結(jié)束”模塊工作策略圖

■2.4 “狀態(tài)處理”模塊

當(dāng)課堂結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)該生狀態(tài)數(shù)量，若該生沒(méi)有任何標(biāo)記，則認(rèn)為正常出勤；

若學(xué)生只具備“遲到”“早退”“曠課”其中一種狀態(tài)時(shí)，直接記錄；

若學(xué)生具備“遲到”“早退”兩種狀態(tài)時(shí)，同時(shí)記錄；

若學(xué)生具備“遲到”“曠課”兩種狀態(tài)時(shí)，只記錄該生“曠課”；

若學(xué)生具備“早退”“曠課”兩種狀態(tài)時(shí)，只記錄該生“曠課”；

若學(xué)生具備“遲到”“早退”“曠課”三種狀態(tài)時(shí)，只記錄該生“曠課”。

3 結(jié)語(yǔ)

目前,人工點(diǎn)名方式在高校課堂管理中依然占據(jù)較大比例，耗時(shí)長(zhǎng)，點(diǎn)名效率較低。其余一些信息采集裝置技術(shù)仍然很難做到自動(dòng)化、精確化管理,滿(mǎn)足不了課程考勤需求。本文提出一種基于壓力傳感器的考勤管理系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，考勤效率高，可有效減輕教師負(fù)擔(dān)，避免冒名代簽情況，以及可以實(shí)時(shí)生成并保存每次的出勤情況，做到自動(dòng)化、精確化管理，適用于會(huì)議、高校課堂、培訓(xùn)等應(yīng)用情景。