基于Cortex-A53的實(shí)驗(yàn)考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高宇鵬 昝鄉(xiāng)鎮(zhèn) 王希武 楊璐

摘要：針對(duì)目前多數(shù)高校實(shí)踐課考勤中手動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及錄入教務(wù)系統(tǒng)的工作量大、學(xué)生的實(shí)踐授課時(shí)間難統(tǒng)一等問題，借助學(xué)校Cortex-A53架構(gòu)體系的ARM實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)考勤系統(tǒng)。系統(tǒng)功能分為系統(tǒng)設(shè)置、教師管理、學(xué)生考勤和考勤數(shù)據(jù)分析四大模塊，生成的考勤數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入教務(wù)系統(tǒng)中。學(xué)生可以自主選擇實(shí)踐課的上課時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并歸入對(duì)應(yīng)班級(jí)。實(shí)踐表明，采用該系統(tǒng)發(fā)揮了學(xué)生的自主性、減輕了教師的工作量、提高了教師的工作效率。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)考勤系統(tǒng);Cortex-A53架構(gòu);手工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);實(shí)踐課

中圖分類號(hào)：TN915.06-34;G64;TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2020）07-67-05

0引言

近年來，高校不斷深化實(shí)踐教學(xué)改革，組建實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)，實(shí)踐教學(xué)中逐步形成“以學(xué)生實(shí)踐操作為主，教師理論講授為輔。許多高校的課程設(shè)計(jì)由實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)中的多位教師承擔(dān)，教師在安排實(shí)踐課程時(shí)，可能因?yàn)榘嗉?jí)中部分學(xué)生的選修課時(shí)間段不同而難以在統(tǒng)一時(shí)間點(diǎn)上實(shí)踐課?？紤]讓學(xué)生自主選擇上課時(shí)間，但是這對(duì)授課教師的要求就會(huì)更高，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是必須要保證教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)日程完全一致;二是對(duì)學(xué)生考勤的工作量增加了。以某校為例，該校的學(xué)生考勤方式主要采用記分冊(cè)手工考勤，授課教師按班級(jí)考勤，每學(xué)期結(jié)束后還需要將學(xué)生的考勤信息錄入教務(wù)系統(tǒng)中，如果學(xué)生上課自主選擇授課時(shí)間與授課教師，會(huì)極大的增加授課教師的工作量。

為了解決上述問題，我們開發(fā)了實(shí)驗(yàn)考勤系統(tǒng)，以某校為例，借助校Cortex-A53架構(gòu)體系的ARM實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，每學(xué)期初為每位學(xué)生發(fā)放一張考勤卡，學(xué)期末收回。學(xué)生在課前刷卡簽到，課后刷卡簽退，系統(tǒng)自動(dòng)記錄學(xué)生的考勤信息，學(xué)期結(jié)束后，教師從數(shù)據(jù)庫中將學(xué)生的考勤信息按班級(jí)或按授課教師兩種方式導(dǎo)出至Excel表格，并將該Excel表導(dǎo)入學(xué)校的教務(wù)系統(tǒng)中，從而減輕授課教師的考勤工作量。

1系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 RFID技術(shù)

RF[D全稱為Radio Frequency Identification，是一種無線射頻識(shí)別技術(shù)。系統(tǒng)中使用的考勤卡為基于RFID技術(shù)的Ic卡，讀卡頻率為13.56M。完整的RFID系統(tǒng)應(yīng)該由電子標(biāo)簽、RFID讀寫器和控制終端三部分構(gòu)成。電子標(biāo)簽主要由天線和芯片兩部分組成，天線主要用于實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽和RFID讀卡器之間信息的傳遞通信，芯片用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。讀寫器是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心，主要用來讀取電子標(biāo)簽中芯片的數(shù)據(jù)?？刂平K端可以是PC機(jī)或者嵌入式計(jì)算機(jī)，主要用于存放數(shù)據(jù)庫和考勤系統(tǒng)的軟件部分。圖1為RFID系統(tǒng)的工作原理圖。

當(dāng)電子標(biāo)簽靠近讀寫器到達(dá)一定范圍之內(nèi)，讀寫器就會(huì)給電子標(biāo)簽發(fā)送固定頻率的電磁波信號(hào)，系統(tǒng)中采用的固定頻率為13.56M，電子標(biāo)簽接收到頻率后，其內(nèi)部的LC串聯(lián)諧振電路會(huì)產(chǎn)生電荷，當(dāng)存儲(chǔ)電荷的電容兩端電壓達(dá)到2V時(shí)，電子標(biāo)簽獲得的能量能維持其正常工作了凹，然后電子標(biāo)簽將芯片存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和接收到的電磁波信號(hào)一起通過內(nèi)部的天線發(fā)送給讀寫器，讀寫器接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行內(nèi)部解碼獲得數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口傳送給控制終端?？刂平K端主要有普通PC機(jī)或嵌入式計(jì)算機(jī)。

1.2動(dòng)態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

在$5P6818開發(fā)板上移植數(shù)據(jù)庫難度較大，需要考慮版本是否匹配等各種因素，后期維護(hù)較為繁瑣。本系統(tǒng)開發(fā)中，采用Sqlite數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫的建立采用動(dòng)態(tài)創(chuàng)建而不是移植。圖2描述了數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建過程，在啟動(dòng)系統(tǒng)主界面后，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫表的初始化業(yè)務(wù)，調(diào)用自己編寫的DBCon類來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建過程中，首先檢測(cè)數(shù)據(jù)庫是否已創(chuàng)建，如果未創(chuàng)建則執(zhí)行addDatabase函數(shù)進(jìn)行創(chuàng)建，否則直接打開數(shù)據(jù)庫。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表，數(shù)據(jù)庫表的創(chuàng)建與數(shù)據(jù)庫同理。

2系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

2.1業(yè)務(wù)流程分析

實(shí)驗(yàn)考勤系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程分析主要實(shí)現(xiàn)學(xué)生簽到業(yè)務(wù)，涉及的參與者主要有教師、學(xué)生和管理員。從圖3中可看出系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程主要分為四個(gè)階段，第一階段主要是管理員進(jìn)行初始化系統(tǒng)設(shè)備工作和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置等。第二階段主要是教師導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的班級(jí)，并將考勤卡的信息和學(xué)生進(jìn)行一一的匹配，然后將考勤卡發(fā)放給學(xué)生。第三階段主要是學(xué)生上課和下課考勤簽到，學(xué)生在上課時(shí)不需要關(guān)注班級(jí)，只需要簽到即可，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將學(xué)生的簽到信息匹配到對(duì)應(yīng)的班級(jí)中。第四階段主要是管理員和教師進(jìn)行考勤數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，教師可以直接選擇對(duì)應(yīng)的班級(jí)統(tǒng)計(jì)考勤信息，管理員可以按照學(xué)院、時(shí)間等方式統(tǒng)計(jì)學(xué)生的考勤信息。

2.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

2.1節(jié)中詳細(xì)分析了實(shí)驗(yàn)考勤系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，通過對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的分析，將系統(tǒng)的功能模塊劃分為系統(tǒng)設(shè)置、教師管理、學(xué)生考勤、考勤數(shù)據(jù)分析四個(gè)大的功能模塊。各個(gè)功能模塊又進(jìn)行了子模塊的劃分。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

系統(tǒng)設(shè)置由設(shè)備初始化、教師和班級(jí)信息設(shè)置、權(quán)限匹配和時(shí)間段設(shè)置子功能組成，主要作用是完成串口連接初始化、數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、教師和班級(jí)信息添加、教師管理對(duì)應(yīng)班級(jí)的權(quán)限設(shè)置，上/下課考勤時(shí)間段的設(shè)置等。

教師管理由導(dǎo)入管理、導(dǎo)出管理、卡片分配和考勤監(jiān)控子功能組成，主要作用是將學(xué)生的信息和13.56M的Ic卡號(hào)的信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，為每位學(xué)生匹配一張Ic卡，在上下課的考勤過程中，教師進(jìn)行監(jiān)督防止學(xué)生代刷，然后按照我校教務(wù)系統(tǒng)中成績(jī)錄入格式要求，將學(xué)生的考勤數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表中，導(dǎo)入到教務(wù)系統(tǒng)中，取代手工統(tǒng)計(jì)學(xué)生的考勤信息。

學(xué)生考勤由上課簽到、下課簽退和考勤記錄功能組成，主要作用是完成上下課的簽到，可以查看自己本學(xué)期所有的考勤記錄。

考勤數(shù)據(jù)分析由班級(jí)統(tǒng)計(jì)分析、月統(tǒng)計(jì)分析、學(xué)期統(tǒng)計(jì)分析、正常考勤分析和未簽到統(tǒng)計(jì)子功能組成，主要作用是按照班級(jí)、學(xué)期等統(tǒng)計(jì)方式將學(xué)生的考勤情況以柱狀圖展現(xiàn)，篩選正常簽到的學(xué)生列表和未簽到的學(xué)生列表，為教師評(píng)定平時(shí)成績(jī)提供依據(jù)。