一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧課堂考勤系統(tǒng)設計

陳良 許春香 豆云峰 石瑩瑩 蔡威振

【摘 要】在當今高校的課堂教學中，進行課堂考勤是教學過程的首要環(huán)節(jié)也是重要環(huán)節(jié)，它是保證高校教師各項教學工作保質(zhì)保量完成的基礎，也是提高高校學生的紀律意識、保證學生的日常學習效果的一種常用方法。因此，高?？梢圆捎梦锫?lián)網(wǎng)技術設計一款學生考勤系統(tǒng)，實現(xiàn)對學生的科學考勤與統(tǒng)計。

【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術;學生考勤系統(tǒng);RFID技術

【中圖分類號】TP391.44;TN929.5;TP311.52【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2020）10-0054-03

物聯(lián)網(wǎng)技術能夠通過各種物理信息感知設備將現(xiàn)實生活中的信息轉換為計算機能夠識別的信息，最終實現(xiàn)促使“物體開口說話”的目標[1]。對于學生考勤管理來說，能夠實現(xiàn)對學生的管理，有效維護學校的整體秩序。在以往的考勤管理中，通常是通過教師課堂點名的方式掌握學生實際到課堂的情況，但是教師面對學生數(shù)量較多的情況時，這樣的考勤管理無法在短時間內(nèi)完成。針對這一情況，學?？梢栽O計基于物聯(lián)網(wǎng)技術的考勤系統(tǒng)，滿足對學生考勤的需求，為教師帶來更大的便利。

1 考勤系統(tǒng)的總體功能模塊

在考勤系統(tǒng)的總體功能模塊中，主要包含兩大模塊：一是硬件功能模塊;二是軟件功能模塊。具體如圖1所示。

從圖1可以看出，在硬件功能模塊中，主要包括主控制器、攝像頭、液晶顯示器、傳感器、串口;在軟件功能模塊中，主要包括兩個部分，即前臺數(shù)據(jù)庫部分和后臺數(shù)據(jù)庫部分。其中，后臺數(shù)據(jù)庫部分主要是對每個學生的考勤信息進行存儲，前臺數(shù)據(jù)庫部分主要是將學生的考勤信息通過相應的用戶界面展示給教師及其他管理人員[2]。軟件功能模塊的主要功能為對串口數(shù)據(jù)進行獲取、檢測及顯示考勤信息和進行語音播報。

2 考勤系統(tǒng)設計

整個系統(tǒng)采用了B/S三層架構模式，包括表示層、邏輯層及訪問層，具體設計如下。

2.1 考勤系統(tǒng)架構設計

在考勤系統(tǒng)中，用戶能夠訪問到前臺的網(wǎng)頁及后臺的考勤管理程序兩個部分，而訪問層的數(shù)據(jù)庫不能夠直接訪問。從用戶的角度來看，在客戶端顯示的網(wǎng)頁是表示層，數(shù)據(jù)庫為訪問層，服務器程序為邏輯層，這3層構成考勤系統(tǒng)的B/S三層架構模式。這種三層架構模式不僅有明確的分工，還有清晰的流程，以及能夠有效地反映出考勤系統(tǒng)內(nèi)部的各種需求（如圖2所示）。

從圖2可以看出，每一位用戶都可以通過表示層中的客戶端程序訪問Web服務器。教師可以通過客戶端程序向Web服務器發(fā)送查詢某班級的考勤信息，此時這一操作信息就會向業(yè)務層或者邏輯層進行發(fā)送。

在業(yè)務層中，如果Web服務器接收表示層的操作信息，就會對該操作信息進行分析和處理。比如，當Web服務器接收到教師發(fā)來的操作信息之后，就會對該信息進行邏輯分析，從而按照相應的流程進行處理，并且讀取相應數(shù)據(jù)的信息。

在數(shù)據(jù)層中，系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)庫的響應實現(xiàn)對信息的管理及存儲。比如，在數(shù)據(jù)庫接收到訪問數(shù)據(jù)庫的信息后，系統(tǒng)就會對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行查詢操作，最終實現(xiàn)教師對某班級考勤信息的查詢。

2.2 考勤系統(tǒng)功能模塊設計

模塊化設計能夠將復雜程度較高的事物分解成容易處理的小事物，這樣不僅能夠降低設計的復雜程度，還能夠通過降低工作量實現(xiàn)效率的提升[3]。在考勤系統(tǒng)功能模塊設計中，需要注意以下問題：一是功能模塊的整體規(guī)模需要合理。在設計中，如果功能模塊的規(guī)模較大，就不能夠發(fā)揮模塊化設計的優(yōu)勢，而模塊規(guī)模較小又會增加系統(tǒng)運行的時間，因此應該設計合理的模塊規(guī)模。一般來說，在模塊規(guī)模設計中，可以根據(jù)其中的代碼語句進行判斷。二是模塊高度和深度需要適中。深度指的是模塊最后一級子模塊中的層次數(shù)，是對軟件結構復雜程度的一種反映。一般來說，如果軟件規(guī)模為中等，那么其深度在10個左右最為合適。寬度指的是模塊最后層次中的模塊的最大數(shù)量，一般來說，中等規(guī)模的軟件，寬度在24～56個最合理。三是模塊之間需要有明確的關系，即在系統(tǒng)中子模塊應該歸屬于自身的上級模塊，并且能夠對子模塊及其上級模塊位置進行調(diào)整。四是模塊接口復雜程度要降低。在模塊化設計中，接口復雜程度越低，越有利于程序的開發(fā)，同時便于之后的維護。

2.3 考勤系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

在數(shù)據(jù)庫設計中，主要進行了兩個方面的內(nèi)容設計，一方面是概念設計，另一方面是物理設計。在概念設計方面，系統(tǒng)主要應用實體—聯(lián)系的方法進行設計。在學生考勤系統(tǒng)中，主要包括班主任、任課教師、RFID卡、班級、專業(yè)、學生、課程等實體對象。其中，班主任的屬性包括ID、姓名、性別、聯(lián)系電話、職稱及登錄密碼等;任課教師的屬性包括ID、姓名、性別、聯(lián)系電話、職稱及登錄密碼等;RFID卡的屬性包括RFID卡號、與卡號相對應的學號及學生的狀態(tài);專業(yè)的屬性包括ID、年級及專業(yè)名;班級的屬性包括ID、班級名、專業(yè)及班主任等;學生的屬性包括學生姓名、學生年齡、性別、學號、專業(yè)、聯(lián)系電話等;課程的屬性包括ID、課程名、專業(yè)、類型、學時、教材等。在物理設計中，使用SOL Server數(shù)據(jù)庫定義庫文件，該文件主要是用于存儲班主任、教師、管理學等的信息及存儲關于學生信息的表，主要包括管理員表、班主任表、任課教師表、專業(yè)表、班級表、學生表、RFID表、課程表、授課表、日志表、參數(shù)表、考勤表等。

3 考勤系統(tǒng)的實現(xiàn)

在設計完成之后，需要將系統(tǒng)設計的內(nèi)容和步驟通過設計語言轉換成為計算機能夠識別和理解的形式。

3.1 硬件平臺的實現(xiàn)

RFID技術相較于傳統(tǒng)的識別技術，其本身在信息收集過程中具有更強的主動性。該技術除了能夠對信息進行自動識別和采集之外，還能夠同時對多個電子標簽進行識別。這些優(yōu)點促使RFID技術十分適合在學生考勤系統(tǒng)中應用[4]。同時，在RFID技術中，其采集學生考勤信息主要是通過對電子標簽的識別進行采集，電子標簽本身不易損壞，成本較低，并且還能避免系統(tǒng)出現(xiàn)因為學生過多而導致的安全隱患。在對不同類型電子標簽進行比較之后，選擇無源RFID系統(tǒng)對學生考勤平臺進行搭建。該系統(tǒng)主要包括3個部分的內(nèi)容，即RFID標簽、RFID技術讀寫器和系統(tǒng)的硬件平臺[5]。其中，在RFID讀寫器中使用無接觸讀寫IC MFRC522芯片，通過UART控制接口和計算機相連接，用于對電子標簽進行讀取，其支持的讀取距離為70 mm以內(nèi)。

3.2 數(shù)據(jù)庫連接的實現(xiàn)

在學生考勤系統(tǒng)中，要想實現(xiàn)系統(tǒng)中各個模塊功能，除了需要使用一定的代碼語言進行編寫以外，還需要數(shù)據(jù)庫的支撐，促使系統(tǒng)能夠進行數(shù)據(jù)交換，而能夠連接代碼和數(shù)據(jù)庫之間的樞紐就是數(shù)據(jù)庫連接。在本系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫路連接主要是通過定義的包含文件，通過文件之中的函數(shù)就能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接，其中的部分代碼如下：

3.3 系統(tǒng)模塊的實現(xiàn)

在系統(tǒng)模塊實現(xiàn)中，包括系統(tǒng)登錄模塊、系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)用戶管理模塊、RFID卡管理模塊等內(nèi)容。其中，在系統(tǒng)登錄模塊中，不同的用戶可以通過該模塊登錄系統(tǒng)，例如任課教師、管理員等，還能夠以不同的用戶為基礎開放不同的功能。同時，在用戶登錄過程中要求輸入驗證碼，這樣可以防止破解登錄密碼現(xiàn)象的發(fā)生，可以通過getChkCode_t（）函數(shù)實現(xiàn)驗證碼的生成。在系統(tǒng)管理模塊中，當用戶登錄系統(tǒng)之后，在系統(tǒng)管理模塊就能夠按照自身的實際情況對登錄密碼進行修改。對于管理用戶來說，不僅能夠修改密碼，還能夠設置考勤參數(shù)[6]。在用戶管理模塊方面，該模塊只能管理員使用，管理員在登錄系統(tǒng)之后，能夠對用戶信息進行瀏覽，并且能夠對用戶信息進行添加、刪除等操作。在RFID卡管理模塊方面，管理員通過該模塊對RFID卡和學生進行匹配，能夠查看RFID卡中的日志及進行卡掛失操作。在信息管理模塊，主要包括專業(yè)信息模塊、班級信息模塊、課程信息模塊、學生信息模塊，管理員能夠通過這些模塊根據(jù)實際情況對專業(yè)信息、班級信息、課程信息及學生信息進行調(diào)整。在學生考勤數(shù)據(jù)管理模塊中，班主任登錄系統(tǒng)之后能夠對學生的考勤數(shù)據(jù)進行補錄、修改及刪除。在學生考勤信息查詢模塊中，任課教師及班主任在登錄系統(tǒng)之后，可以對學生的考勤信息進行查詢，并且能夠以不同的條件為基礎查詢學生的不同信息，比如學生專業(yè)、課程、學號、日期等都是查詢條件。在學生考勤信息評價模塊中，能夠實現(xiàn)對學生考勤信息的統(tǒng)計，并且以學校的相關規(guī)定對學生進行相應的考核評定，同時班主任可以通過該模塊查看不同考核評價。

4 結語

以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎的學生考勤系統(tǒng)能夠有效提升信息數(shù)據(jù)的傳輸速度和可靠性，因此學生考核系統(tǒng)的設計能夠幫助教師解決上課點名費時費力的問題，同時能夠幫助管理人員通過考勤系統(tǒng)對學生、教師的出勤率進行查詢，幫助學校更好地管理學生和教師，提升學校智能化管理水平，促進智慧校園的建設。

參 考 文 獻

[1]李珍香.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生課堂考勤管理系統(tǒng)[J].教育教學論壇，2017（16）：21-23.

[2]潘潔，趙翠芹，梁雪，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的考勤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術，2018，14（12）：9-10，13.

[3]沈小莉.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生考勤評價系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2014.

[4]魏偉，張連浩，張磊.基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術的校園智能簽到系統(tǒng)[J].電子制作，2019（1）：35-36.

[5]張雅瓊，華正龍.基于物聯(lián)網(wǎng)與Android平臺的課堂考勤系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].微型電腦應用，2019，35（4）：42-44.

[6]喻臻鈺，楊昆，袁凌云，等.基于物聯(lián)網(wǎng)與Android平臺的考勤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].軟件導刊，2016，15（10）：67-71.