基于樹莓派的輔導(dǎo)員學(xué)生管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張征宇 任玲玲 方夢瑤 范雅靜 程 攀

安陽工學(xué)院

0 引言

隨著校園信息化工作的推廣，許多高校已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化校園，各種管理系統(tǒng)層出不窮，然而，在實(shí)際的使用過程中，已有的系統(tǒng)暴露了不足：首先，已有的一些辦公系統(tǒng)不具備平臺(tái)兼容性，彼此是分立的系統(tǒng)，雖有管理功能，但是輔導(dǎo)員和學(xué)生都需要下載和注冊各種軟件，使用過程繁瑣，且更容易泄露個(gè)人信息；其次，現(xiàn)有系統(tǒng)不具備智能性，本質(zhì)上都是常規(guī)數(shù)據(jù)庫的衍生，無法智能化地解決常見問題；最后，已有的系統(tǒng)雖然有語音提醒功能，但是提示內(nèi)容單一，且多為常見的機(jī)器人以及虛擬電話，容易引起學(xué)生誤會(huì)以及反感。因此，開發(fā)出更便利的面向?qū)W生友好且適用于輔導(dǎo)員工作這一特殊應(yīng)用場景的系統(tǒng)成為新的需求。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)通過Python語言編程控制SIM7600CE，串口通信發(fā)送AT指令等待返回，完成對SIM7600CE的控制，通過在樹莓派上搭建Nginx服務(wù)器，借助Nginx的占有內(nèi)存少、并發(fā)能力強(qiáng)、易于開發(fā)、部署方便以及支持多語言等特點(diǎn)，將自己的網(wǎng)站以及微信公眾號(hào)的服務(wù)程序部署在樹莓派服務(wù)器上，并且可借助NATAPP進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)穿透，實(shí)現(xiàn)訪問跨區(qū)域范圍的服務(wù)器。

通過設(shè)置單個(gè)用戶的電話以及短信提醒任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中所有用戶的任務(wù)的提醒。使用超文本標(biāo)記語言html完成網(wǎng)站前端的搭建，學(xué)生可以完成簽到任務(wù)、人臉識(shí)別簽到以及使用Python的Django框架管理網(wǎng)站。Django是基于MVC構(gòu)建的框架，模型視圖控件（Model View Controler，MVC）是一個(gè)設(shè)計(jì)模式，強(qiáng)制性地使應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出分開，使管理更加方便、快捷。此外，本系統(tǒng)將借助微信開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，使用微信公眾號(hào)幫助管理者快捷查看微信簽到情況、任務(wù)的發(fā)布與修改以及語音或短信提醒內(nèi)容的修改。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊

選用樹莓派作為主控，與常見的51單片機(jī)和STM32等嵌入式微控制器相比，其不僅可以完成相同的IO引腳控制，還能運(yùn)行相應(yīng)的操作系統(tǒng)，并且將服務(wù)器布置在樹莓派上，簡單地完成對網(wǎng)站后臺(tái)的管理以及微信公眾號(hào)后臺(tái)管理服務(wù)程序。

2.2 SIM7600CE-T通信模塊

系統(tǒng)采用SIM7600CE實(shí)現(xiàn)電話撥打以及短信發(fā)送等功能。SIM7600CE是一款4G芯片，可通過AT指令進(jìn)行簡單控制，其性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價(jià)比高，可以低功耗地實(shí)現(xiàn)SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。在使用芯片時(shí)，為其添加串口、電源以及SIM卡接口等模塊，可以使本模塊完全配合樹莓派實(shí)現(xiàn)撥打電話、短信發(fā)送上網(wǎng)等功能。

因?yàn)槌Ｒ?guī)的SIM卡會(huì)經(jīng)常拔插，可能會(huì)接觸到ESD產(chǎn)生源，因此，要防止在強(qiáng)干擾的狀況下出現(xiàn)SIM卡掉落的情況，就需要ESD保護(hù)器件，來避免工作在設(shè)計(jì)參數(shù)的極限附近。SMF05C型ESD器件，是利用電阻與穩(wěn)壓二極管的電路組合對連接的電路進(jìn)行過壓和限流保護(hù)，對SIM卡接口起到保護(hù)作用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 學(xué)生功能模塊

學(xué)生功能模塊包含個(gè)人信息管理、人臉識(shí)別簽到、待辦任務(wù)模塊等。學(xué)生通過學(xué)校的學(xué)號(hào)以及郵箱進(jìn)行注冊登錄，并拍照完成面部信息的采集。系統(tǒng)后臺(tái)將采集的面部信息存入到百度人臉庫中，將學(xué)號(hào)和郵箱存入樹莓派的MySQL數(shù)據(jù)庫中。在任務(wù)代辦模塊，學(xué)生可以關(guān)注微信公賬號(hào)獲取任務(wù)、任務(wù)反饋情況，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫反饋給輔導(dǎo)員微信端，方便輔導(dǎo)員實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)查詢。

3.2 輔導(dǎo)員功能模塊

輔導(dǎo)員可以進(jìn)入后臺(tái)網(wǎng)頁查看學(xué)生信息狀態(tài)和任務(wù)完成情況。后臺(tái)管理采用Django管理頁面，圖形化數(shù)據(jù)庫頁面，通過Django提供的框架，將數(shù)據(jù)庫中的信息圖形化，能夠更加直接地展現(xiàn)出學(xué)生信息狀態(tài)。即使不懂?dāng)?shù)據(jù)庫的管理者，也可以通過點(diǎn)擊頁面中的按鈕去查看簽到情況、發(fā)布任務(wù)等，如圖2所示。另外，輔導(dǎo)員可以設(shè)置定時(shí)提醒學(xué)生完成發(fā)布的任務(wù)統(tǒng)計(jì)，并將反饋數(shù)據(jù)信息發(fā)送到管理員的微信端。在微信端，輔導(dǎo)員可以使用文字或語音方式發(fā)送指令，微信公眾號(hào)收到消息會(huì)進(jìn)行語音或文字解析，并進(jìn)行關(guān)鍵字匹配等，最后，將處理后的信息反饋給輔導(dǎo)員。微信界面展示如圖3所示。

圖2 任務(wù)發(fā)布管理界面

圖3 微信測試界面

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)利用樹莓派搭建服務(wù)器，通過對4G芯片的控制、Django框架的編程以及微信平臺(tái)的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生方便、高效、智能的管理，且系統(tǒng)整體簡明、實(shí)現(xiàn)容易、成本造價(jià)較低，擁有良好的市場前景與改進(jìn)空間。