基于物联网技术的学生课堂考勤管理系统

基于物联网技术的学生课堂考勤管理系统
作者：李珍香
来源：《教育教学论坛》2017年第16期
摘要：针对目前高校所采用的多种课堂考勤管理方式所存在的不同问题，譬如采用传统的要占用课堂时间，且有冒名顶替或不公平现象，采用现代的存在着代刷卡或学生通过速度慢或不卫生等等，设计开发了一种基于物联网技术的课堂考勤管理系统。

系统综合了无线传感、RFID、ZigBee、3G 网络与图像识别等技术，既能准确快速采集与传输记录学生出勤信息，从而节省上课时间，提高学生出勤率，又方便教师及管理人员对学生出勤情况的实施、管理和提醒，具有较强的实用性。

关键词：物联网；课堂考勤；RFID；图像识别；ZigBee
中图分类号：TP368.1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）16-0021-03
一、引言
课堂考勤是加强对学生的组织纪律管理、规范学生日常学习与行为的一种必要手段，是高校日常教学管理工作的重要环节。

加强对学生的考勤管理，是维护正常的教学纪律与秩序及人才培养质量的重要保证，同时也是保证学校各项教学工作得以顺利实施及完成的首要环节，对推进学校的学风建设有着极为深远重要的意义[1，2]。

近年来，随着学生课堂容量的增多，传统的通过教师在课堂上点到的管理方式越来越不能满足实际需要，也随着信息技术的迅猛发展和快速普及，各种考勤系统如IC卡考勤系统、指纹考勤系统、RFID考勤系统等等如雨后春笋般迅速涌现并逐步得到应用。

这些考勤系统解决了传统课堂考勤占用课堂时间的问题，在一定程度上大幅度提高了学生的出勤率，但仍存在着代刷卡、学生通过速度慢、管理不方便等问题。

本文介绍的以物联网技术为支撑的智能课堂考勤管理系统，采用Android（安卓）移动开发框架，综合了无线传感技术、RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术、Zigbee技术、3G网络技术与图像识别技术，能够同时实现读卡记录、语音提示和摄像功能，除了能实现对学生的出勤实时考勤外，还能通过手机终端对学生的出勤进行短信提醒，具有很强的实用性[3]。

二、系统原理
物联网是面向实体世界的感知互动系统，其将能够被独立寻址的普通物理实体通过RFID、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议通过网络实现人与人、人与物、物与物在任何时间、任何地点的连接，从而进行信息交换和通讯。

物联网的核心是“连接”，主要特征是通过信息传感设备等方式获取物理世界的各种信息。

本考勤系统参照物联网的感知层、网络层、应用层三层理论框架构建，对应系统的数据采集前端、数据传输网络和系统处理后端三个部分。

系统设计选择星型拓扑结构，其网络架构如图1所示[4]。

图1中包含了智能考勤系统中所有的无线节点模块，其中智能考勤控制器是整个智能考勤系统的总控制器，数据采集前端采用RFID传感器、摄像头传感器及信息汇集的协调器模块，这些传感器模块通过特定的电路模块与子控制器（ZigBee模块）相连，终端可以是PC机、智能手机或平板电脑等。

系统上电运行时，前端传感器将采集到的信息发送到协调器节点上，再由该节点传递到考勤系统主控制器进行处理[5]。

三、系统设计
1.系统硬件设计。

统的硬件电路分为3层。

底层为数据采集模块，由高频RFID IC卡读写模块、摄像头传感器模块和TI公司的ZigBee芯片CC2530构成，CC2530为无线传感网中的节点模块，并同时控制传感器检测射频RFID芯片信号和摄像信号。

中间层为数据传输模块，由两块CC2530构成，其中一块作为ZigBee网络中的节点与协调器自动组网，另一块用于通过无线网络传输RFID射频数据和图像数据，并在协调器一端将数据通过异步串口通信交由嵌入式网关平台处理。

上层的数据处理模块整个为一个嵌入式网关平台，主要由核心板、
DM9000A 10/100MB网卡、真彩色宽屏LCD、蜂鸣器、摄像头、USB无线网卡和UART等组成。

最后还需搭建平台中的局域网，利用WiFi加入无线局域网，通过内置程序与远程管理服务器进行通信[6]。

系统硬件架构如图2所示。

核心板中的主控制器采用三星的S5PV210高性能微处理器，该处理器基于ARM CortexTM-A8，主频1GHZ、64/32位内部总线结构、数据和指令都为32KB一级缓存、512KB 二级缓存，板中集成有8GB Mobile DDRII、4GB eMMc。

高频的RFID采用ISO 18000-6C模块，频率为928～1028MHz，可读写最大距离为1米的数据；摄像头传感器采用支持3种摄像头（AV、CMOS和市面上所有USB摄像头）的OV9650模块。

作为ZigBee模块的CC2530具有射频收发器产品中的许多优良性能和强大的功能，其内部集成了业界标准的增强型8051 CPU、可编程的Flash闪存、8KB RAM及其他一些功能模块。

为了简化开发，使用CC2530支持的Z-Stack网络协议栈，其是由TI开发的遵循ZigBee协议规范的网络协议栈[7]。

2.系统软件设计。

（1）数据库设计。

生刷卡签到主要集中在课前10分钟时间内，数据量较大，鉴于数据的安全性和数据库性能方面的考虑，数据库后台采用SQL Server 2008，在SQL Server2008 Management Studio的对象资源管理器中建立“RFIDSAS”数据库。

库中使用的主要表列举如下：
Student：学生表，记录学生的学号、姓名、性别、院系、选修课程、头像等信息；
Teacher：教师表，记录授课教师的教师编号、姓名、性别、所在学院、所授课程等信息；
Course：课程表，记录课程的课程号、上课时间、上课地点、学时和学分等信息；
Instruction：授课表，主要记录课程号、授课教师，开课班级等信息；
Option：选课表，记录学生与所选课程的对应关系；
Item：到课记录表，记录每个学生的到课情况信息，如所修课程、到课时间等。

（2）程序代码。

系统前端编程开发工具为C语言，后台数据库使用SQL Server 2008。

以下为检测刷卡的部分代码：
void Zigbee_getWG（unsigned char *s）
{
unsigned char i；
for （i=0； i
s[i] = 0；
if （ZWG_rfid（） == 1）
{
sprintf（（char*）s， "Card： %02X %02X
%02X %02X %02X ＼r＼n"，
ZWG_card[0]， ZWG_card[1]，
ZWG_card[2]，
ZWG_card[3]， ZWG_card[4]）；
} else
{
sprintf（（char*）s， "Card： not have
card＼r＼n"）；
}
}
四、结语
本课堂考勤管理系统，运用先进的物联网技术可实现对学生到课的实时、自动考勤，解决了现有大学教学采用传统点名存在的效率低下或采用RFID存在代刷卡等种种问题，而且通过系统方便管理者对学生出勤情况的考查、监督甚至决策，对于老师也大大减少了学期末计算平时成绩时的工作量，对于学生也能及时提醒，具有较好的实用价值。

参考文献：
[1]张亮.学生课堂考勤管理系统的开发与设计[J].产业与科技论坛，2014，13（7）：84-85.
[2]杨丹.基于物联网技术的学生考勤系统的设计与实现[D].湖南大学，2012.
[3]基于RFID-SIM技术的高校教学管理系统设计与实现[J].实验室科学，2016，19（5）：44-49.
[4]林延珊.高校移动考勤系统的设计与实现[D].电子科技大学，2013.
[5]李胜，殷杰，郭超沛，等.基于RFID的课堂考勤系统的设计[J].软件开发，2015（6）：74-75.
[6]曾宝国.Z-STACK议栈应用开发分析[J].物联网技术，2011，1（3）：71-73.
[7]于晶晶.基于RFID技术的学生考勤管理系统的研制[D].苏州：苏州大学，2011.。