一种基于物联网的智慧课堂考勤系统设计

陈良 许春香 豆云峰 石莹莹 蔡威振

【摘 要】在当今高校的课堂教学中，进行课堂考勤是教学过程的首要环节也是重要环节，它是保证高校教师各项教学工作保质保量完成的基础，也是提高高校学生的纪律意识、保证学生的日常学习效果的一种常用方法。因此，高校可以采用物联网技术设计一款学生考勤系统，实现对学生的科学考勤与统计。

【关键词】物联网技术;学生考勤系统;RFID技术

【中图分类号】TP391.44;TN929.5;TP311.52【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2020）10-0054-03

物联网技术能够通过各种物理信息感知设备将现实生活中的信息转换为计算机能够识别的信息，最终实现促使“物体开口说话”的目标[1]。对于学生考勤管理来说，能够实现对学生的管理，有效维护学校的整体秩序。在以往的考勤管理中，通常是通过教师课堂点名的方式掌握学生实际到课堂的情况，但是教师面对学生数量较多的情况时，这样的考勤管理无法在短时间内完成。针对这一情况，学校可以设计基于物联网技术的考勤系统，满足对学生考勤的需求，为教师带来更大的便利。

1 考勤系统的总体功能模块

在考勤系统的总体功能模块中，主要包含两大模块：一是硬件功能模块;二是软件功能模块。具体如图1所示。

从图1可以看出，在硬件功能模块中，主要包括主控制器、摄像头、液晶显示器、传感器、串口;在软件功能模块中，主要包括两个部分，即前台数据库部分和后台数据库部分。其中，后台数据库部分主要是对每个学生的考勤信息进行存储，前台数据库部分主要是将学生的考勤信息通过相应的用户界面展示给教师及其他管理人员[2]。软件功能模块的主要功能为对串口数据进行获取、检测及显示考勤信息和进行语音播报。

2 考勤系统设计

整个系统采用了B/S三层架构模式，包括表示层、逻辑层及访问层，具体设计如下。

2.1 考勤系统架构设计

在考勤系统中，用户能够访问到前台的网页及后台的考勤管理程序两个部分，而访问层的数据库不能够直接访问。从用户的角度来看，在客户端显示的网页是表示层，数据库为访问层，服务器程序为逻辑层，这3层构成考勤系统的B/S三层架构模式。这种三层架构模式不仅有明确的分工，还有清晰的流程，以及能够有效地反映出考勤系统内部的各种需求（如图2所示）。

从图2可以看出，每一位用户都可以通过表示层中的客户端程序访问Web服务器。教师可以通过客户端程序向Web服务器发送查询某班级的考勤信息，此时这一操作信息就会向业务层或者逻辑层进行发送。

在业务层中，如果Web服务器接收表示层的操作信息，就会对该操作信息进行分析和处理。比如，当Web服务器接收到教师发来的操作信息之后，就会对该信息进行逻辑分析，从而按照相应的流程进行处理，并且读取相应数据的信息。

在数据层中，系统能够通过数据库的响应实现对信息的管理及存储。比如，在数据库接收到访问数据库的信息后，系统就会对数据库中的数据进行查询操作，最终实现教师对某班级考勤信息的查询。

2.2 考勤系统功能模块设计

模块化设计能够将复杂程度较高的事物分解成容易处理的小事物，这样不仅能够降低设计的复杂程度，还能够通过降低工作量实现效率的提升[3]。在考勤系统功能模块设计中，需要注意以下问题：一是功能模块的整体规模需要合理。在设计中，如果功能模块的规模较大，就不能够发挥模块化设计的优势，而模块规模较小又会增加系统运行的时间，因此应该设计合理的模块规模。一般来说，在模块规模设计中，可以根据其中的代码语句进行判断。二是模块高度和深度需要适中。深度指的是模块最后一级子模块中的层次数，是对软件结构复杂程度的一种反映。一般来说，如果软件规模为中等，那么其深度在10个左右最为合适。宽度指的是模块最后层次中的模块的最大数量，一般来说，中等规模的软件，宽度在24～56个最合理。三是模块之间需要有明确的关系，即在系统中子模块应该归属于自身的上级模块，并且能够对子模块及其上级模块位置进行调整。四是模块接口复杂程度要降低。在模块化设计中，接口复杂程度越低，越有利于程序的开发，同时便于之后的维护。

2.3 考勤系统数据库设计

在数据库设计中，主要进行了两个方面的内容设计，一方面是概念设计，另一方面是物理设计。在概念设计方面，系统主要应用实体—联系的方法进行设计。在学生考勤系统中，主要包括班主任、任课教师、RFID卡、班级、专业、学生、课程等实体对象。其中，班主任的属性包括ID、姓名、性别、联系电话、职称及登录密码等;任课教师的属性包括ID、姓名、性别、联系电话、职称及登录密码等;RFID卡的属性包括RFID卡号、与卡号相对应的学号及学生的状态;专业的属性包括ID、年级及专业名;班级的属性包括ID、班级名、专业及班主任等;学生的属性包括学生姓名、学生年龄、性别、学号、专业、联系电话等;课程的属性包括ID、课程名、专业、类型、学时、教材等。在物理设计中，使用SOL Server数据库定义库文件，该文件主要是用于存储班主任、教师、管理学等的信息及存储关于学生信息的表，主要包括管理员表、班主任表、任课教师表、专业表、班级表、学生表、RFID表、课程表、授课表、日志表、参数表、考勤表等。

3 考勤系统的实现

在设计完成之后，需要将系统设计的内容和步骤通过设计语言转换成为计算机能够识别和理解的形式。

3.1 硬件平台的实现

RFID技术相较于传统的识别技术，其本身在信息收集过程中具有更强的主动性。该技术除了能够对信息进行自动识别和采集之外，还能够同时对多个电子标签进行识别。这些优点促使RFID技术十分适合在学生考勤系统中应用[4]。同时，在RFID技术中，其采集学生考勤信息主要是通过对电子标签的识别进行采集，电子标签本身不易损坏，成本较低，并且还能避免系统出现因为学生过多而导致的安全隐患。在对不同类型电子标签进行比较之后，选择无源RFID系统对学生考勤平台进行搭建。该系统主要包括3个部分的内容，即RFID标签、RFID技术读写器和系统的硬件平台[5]。其中，在RFID讀写器中使用无接触读写IC MFRC522芯片，通过UART控制接口和计算机相连接，用于对电子标签进行读取，其支持的读取距离为70 mm以内。

3.2 数据库连接的实现

在学生考勤系统中，要想实现系统中各个模块功能，除了需要使用一定的代码语言进行编写以外，还需要数据库的支撑，促使系统能够进行数据交换，而能够连接代码和数据库之间的枢纽就是数据库连接。在本系统中实现数据库路连接主要是通过定义的包含文件，通过文件之中的函数就能够实现数据库连接，其中的部分代码如下：

3.3 系统模块的实现

在系统模块实现中，包括系统登录模块、系统管理模块、系统管理模块、系统用户管理模块、RFID卡管理模块等内容。其中，在系统登录模块中，不同的用户可以通过该模块登录系统，例如任课教师、管理员等，还能够以不同的用户为基础开放不同的功能。同时，在用户登录过程中要求输入验证码，这样可以防止破解登录密码现象的发生，可以通过getChkCode_t（）函数实现验证码的生成。在系统管理模块中，当用户登录系统之后，在系统管理模块就能够按照自身的实际情况对登录密码进行修改。对于管理用户来说，不仅能够修改密码，还能够设置考勤参数[6]。在用户管理模块方面，该模块只能管理员使用，管理员在登录系统之后，能够对用户信息进行浏览，并且能够对用户信息进行添加、删除等操作。在RFID卡管理模块方面，管理员通过该模块对RFID卡和学生进行匹配，能够查看RFID卡中的日志及进行卡挂失操作。在信息管理模块，主要包括专业信息模块、班级信息模块、课程信息模块、学生信息模块，管理员能够通过这些模块根据实际情况对专业信息、班级信息、课程信息及学生信息进行调整。在学生考勤数据管理模块中，班主任登录系统之后能够对学生的考勤数据进行补录、修改及删除。在学生考勤信息查询模块中，任课教师及班主任在登录系统之后，可以对学生的考勤信息进行查询，并且能够以不同的条件为基础查询学生的不同信息，比如学生专业、课程、学号、日期等都是查询条件。在学生考勤信息评价模块中，能够实现对学生考勤信息的统计，并且以学校的相关规定对学生进行相应的考核评定，同时班主任可以通过该模块查看不同考核评价。

4 结语

以物联网技术为基础的学生考勤系统能够有效提升信息数据的传输速度和可靠性，因此学生考核系统的设计能够帮助教师解决上课点名费时费力的问题，同时能够帮助管理人员通过考勤系统对学生、教师的出勤率进行查询，帮助学校更好地管理学生和教师，提升学校智能化管理水平，促进智慧校园的建设。

参 考 文 献

[1]李珍香.基于物联网技术的学生课堂考勤管理系统[J].教育教学论坛，2017（16）：21-23.

[2]潘洁，赵翠芹，梁雪，等.基于物联网技术的考勤系统设计与实现[J].电脑知识与技术，2018，14（12）：9-10，13.

[3]沈小莉.基于物联网技术的学生考勤评价系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2014.

[4]魏伟，张连浩，张磊.基于物联网RFID技术的校园智能签到系统[J].电子制作，2019（1）：35-36.

[5]张雅琼，华正龙.基于物联网与Android平台的课堂考勤系统的设计与实现[J].微型电脑应用，2019，35（4）：42-44.

[6]喻臻钰，杨昆，袁凌云，等.基于物联网与Android平臺的考勤系统设计与实现[J].软件导刊，2016，15（10）：67-71.