CN103268579A

CN103268579A - 一种具有防代点到功能的非接触式自动点名联网系统

Info

Publication number: CN103268579A
Application number: CN2013101458741A
Authority: CN
Inventors: 王玉凤; 范必双
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明属于教育管理领域，涉及一种具有防代点到功能的非接触式自动点名联网系统。它为了解决现有的自动点名系统存在刷卡效率低、学生代刷卡、成本高的弊端而提出的。系统由学生终端和管理终端组成，学生终端包括光电传感电路(1)、主控器(2)、LCD显示器(3)和有源RFID(4)；管理终端包括有源RFID(5)、主控器(6)、远程教务管理系统(7)和教室电脑(8)。它利用对由光电血液容积检测技术所获得的学生脉搏信号波形指标参数进行判断和处理来实现防代点到功能，并利用有源RFID技术实现非接触式自动点名。通过和学校教务管理系统联网实现课程安排时间、学生班级、学生姓名和学号信息的自动读取以及点名结果的自动存档。

Description

一种具有防代点到功能的非接触式自动点名联网系统

技术领域

本发明涉及教育管理领域的一种具有防代点到功能的非接触式自动点名联网系统。

背景技术

随着高校扩大招生规模，教学质量有日益下滑的趋势，其中很大一部分原因是学生逃课现象比较严重。由于教师及教室等资源有限,需要对多个班的学生进行合班上课,造成每个教学班的学生人数众多,因此上课点名已经成为教师比较头疼的问题。其不仅浪费宝贵的上课时间，还不能从根本上杜绝学生逃课现象。为此，几款自动点名系统应运而生。如台湾研发出人脸辨识自动点名系统，该系统虽然具有很好的识别率，但需要在每个座位前安装一台摄像机，不仅成本高，还会影响学生上课，另外也不便于维护。中国地质大学(武汉)大二女生张雅莉设计出了上课出勤自动记录装置。这个装置可与校园一卡通互联，上课前学生刷一次卡，装置就自动记录下学号、姓名、年级、专业、课程等信息，还可以播报姓名，老师马上就知道哪些学生没有上课。该设计虽然相对成本较低，但是不能解决学生代刷卡逃课现象，而且刷卡效率很低（必须排队刷卡）。

光电血流容积检测是根据光电转换的原理检测末梢血流内血液灌流状态的方法。其原理是根据血液和组织对光线吸收系数的不同，利用校准的光源和适当的检波器，由反射或透射光线的多少以反映外周血流的变化，从而判断血流的机能状态。根据朗伯（Lambert）定律，光波经过物质吸收后，其强度将逐渐减弱，减弱的程度与物质的性质、厚度及光波波长有关。如果射入的单色平行光束为L ₀，则从吸收体射出的光线强度可表示为：

L=L₀/(10EX)

式中：L一透过光线：L ₀—射入光线；x—吸收体厚度（cm）；E—吸收系数，其值由物质的性质和光波波长决定。

当一不定波长的光束能照射在检测面上，受到人体的血流周围组织和血液的吸收和衰减作用，以致反射到光敏电阻时，引起光敏电阻阻值的改变。由于血流周围组织在血液循环中处于相对恒定的状态，它对光的吸收、衰减作用也是恒定不变的，但所测区域内血流的管径和血流的容积则随着心脏射血的过程而呈规律性搏动性变化，致使其对光的吸收、衰减作用也呈脉动性变动。由于人血液和组织（皮肤、骨骼、肌肉等）的光学通透性个体差异很大，因此其光电血液容积波形指标参数也有很大的不同。

RFID（Radio Frequency Identification）是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性，实现对被识别物体的自动识别和实时监控及管理，具有快速、实时、准确、高效的采集与处理能力，已被公认为本世纪十大重要技术之一。基于有源RFID技术的电子标签除了具备无源RFID标签结构简单、体积小、低成本、功耗低、快速扫描、抗污染能力强、可重复使用、穿透性和无屏障阅读的诸多优点之外，还具有其本身突出的优点，如：识别距离远、传输数据量大、发射功率小、可靠性和兼容性好等。目前有源RFID技术已在多个领域中成功应用，如：基于有源RFID技术的不停车收费系统、煤矿人员定位安全管理系统、药品运输温度监控系统、仓库安全管理系统、集装箱运输管理系统和汽车防盗系统等。

发明内容

本发明要解决现有的自动点名系统存在刷卡效率低、学生代刷卡、成本高的弊端，利用光电血液容积检测技术和有源RFID技术实现一种低成本并具有防代点到功能的非接触式自动点名联网系统。

系统由学生终端和管理终端组成。学生终端包括光电传感电路(1)、主控器(2)、LCD显示器(3)和有源RFID(4)。管理终端包括有源RFID(5)、主控器(6)、远程教务管理系统(7) 和教室电脑(8)。学生终端设计为手表式样，LCD显示器(3)显示数字时钟和自动点名是否成功提示。管理终端的主控器(6)通过网络连接远程教务管理系统(7)，读取本教室的课程安排时间、学生班级、学生姓名和学号信息。每次上课前10分钟，管理终端的主控器(6)通过有源RFID(5)启动教室里每个学生终端通过光电传感电路(1)实现对学生脉搏信号进行采样。接着主控器(2)对学生脉搏信号波形指标各参数：脉动周期（t _ag）、速射时间（t _ab）、心缩时间（t _bc）、缓降时间（t _cd）、主波宽度（t _de）、主波高度（h _b）、潮波高度（h _d）、降中峡深度（h _e）、重搏波高度（h _f）进行提取。等待每个学生终端参数提取完毕后，管理终端通过有源RFID(5) 根据学生学号依次读取每个学生终端的学生脉搏参数信号。

由于血液和组织光学通透性以及心率的个体差异，每个人的脉搏波参数指标在同一时间段内相同几率非常低，因此，当管理终端完成对所有学生的脉搏参数读取后，如果发现有两组脉搏波各参数指标雷同率达到90%以上，则判断有学生代为点到，即两个学生终端所采集的脉搏信号来自于同一个学生。出现这种现象时，两个学生均作为缺课处理。自动点名成功后，管理终端会给每个学生终端发送一个点名成功信号，并在学生终端的LCD显示器(3)上显示“Success”，否则，显示“Failure”（代为点到的学生终端直接显示“Absence”）。对于处于“Failure”状态的学生终端，管理终端会再次发送点名命令重新点名。而对于处于“Success”和“Absence”的学生终端则不再接收任何外部射频信号。

当点名结束后，管理终端会将点名结果直接通过网络传给远程教务管理系统(7)进行存档，同时传送到教室电脑(8)以便任课教师在需要时进行核对，并对一些特殊情况进行处理，如有的学生终端出现故障而无法成功点名。

附图说明

图1是具有防代点到功能的非接触式自动点名联网系统的组成框图。该系统由学生终端和管理终端组成。学生终端包括光电传感电路(1)、主控器(2)、LCD显示器(3)和有源RFID(4)；管理终端包括有源RFID(5)、主控器(6)、远程教务管理系统(7) 和教室电脑(8)。

图2是人体脉搏光电血液容积检测的正常波形图。其中包含的波形指标参数有：脉动周期（t _ag）、速射时间（t _ab）、心缩时间（t _bc）、缓降时间（t _cd）、主波宽度（t _de）、主波高度（h _b）、潮波高度（h _d）、降中峡深度（h _e）、重搏波高度（h _f）。

具体实施方式

结合图1和图2说明对本实施方式进行说明。其中学生终端设计为手表式样，LCD显示器(3) 分两行显示实时的数字时钟和每次自动点名是否成功提示。管理终端的主控器(6)通过网络连接远程教务管理系统(7)，读取本教室的课程安排时间、学生班级、学生姓名和学号信息。两个终端的有源RFID平常不发射任何射频信号，处于一种低功耗的待机状态，当需要工作时再将其唤醒，并给予相应的工作指令；当两个终端完成信息交互后，立即进入低功耗的待机状态，等待下一次唤醒。这种方式下有源RFID标签工作时间很短，能够很好地与现有的其它通信系统共存而不互相干扰。

管理终端的主控器(6)通过网络连接远程教务管理系统(7)，读取本教室的课程安排时间、学生班级、学生姓名和学号信息。每次上课前10分钟（如8：00钟上课，则为8：00到8：10这段时间）进行点名操作。在每次上课时间到达时刻，管理终端的主控器(6)通过有源RFID(5)使用广播唤醒的方式启动教室里每个学生终端通过光电传感电路(1)实现对学生脉搏信号进行采样，采样结束后立即将光电传感电路(1) 关闭以达到节电的目的。接着主控器(2)对学生脉搏信号波形指标各参数：脉动周期（t _ag）、速射时间（t _ab）、心缩时间（t _bc）、缓降时间（t _cd）、主波宽度（t _de）、主波高度（h _b）、潮波高度（h _d）、降中峡深度（h _e）、重搏波高度（h _f）进行提取。等待每个学生终端参数提取完毕后（从每次上课时间到达时刻开始算起，等待5分钟，保证学生终端能够采集到至少一个完整有效的脉搏信号），管理终端通过有源RFID(5) 依次发送学生的学号，而每次只有对应学号的学生终端才会应答，并通过有源RFID(4)将该终端的学生脉搏参数信号发回给管理终端，一旦发送完毕，立即让有源RFID(4)进入低功耗的待机状态，等待下一次的唤醒。

当管理终端完成对所有学生的脉搏参数读取后，进入参数信号的分析和处理阶段。由于血液和组织光学通透性以及心率的个体差异，每个人的脉搏波参数指标在同一时间段内相同几率非常低，因此，如果管理终端的主控器(6)发现有两组脉搏波各参数指标雷同率达到90%以上，则判断有学生代为点到，即两个学生终端所采集的脉搏信号来自于同一个学生。出现这种现象时，两个学生均作为缺课处理。自动点名成功后，管理终端会给每个学生终端发送一个点名成功信号，并在学生终端的LCD显示器(3)上显示“Success”，否则，显示“Failure”（代为点到的学生终端直接显示“Absence”）。对于处于“Failure”状态的学生终端，管理终端会再次发送点名命令重新点名。而对于处于“Success”和“Absence”的学生终端则不再接收任何外部射频信号。

Claims

1.一种具有防代点到功能的非接触式自动点名联网系统，系统由学生终端和管理终端组成，学生终端包括光电传感电路(1)、主控器(2)、LCD显示器(3)和有源RFID(4)；管理终端包括有源RFID(5)、主控器(6)、远程教务管理系统(7) 和教室电脑(8)；其特征在于学生终端设计为手表式样，LCD显示器(3)显示数字时钟和自动点名是否成功提示；管理终端的主控器(6)通过网络连接远程教务管理系统(7)，读取本教室的课程安排时间、学生班级、学生姓名和学号信息；每次上课前10分钟，管理终端的主控器(6)通过有源RFID(5)启动教室里每个学生终端通过光电传感电路(1)实现对学生脉搏信号进行采样；接着主控器(2)对学生脉搏信号波形指标各参数：脉动周期（t _ag）、速射时间（t _ab）、心缩时间（t _bc）、缓降时间（t _cd）、主波宽度（t _de）、主波高度（h _b）、潮波高度（h _d）、降中峡深度（h _e）、重搏波高度（h _f）进行提取；等待每个学生终端参数提取完毕后，管理终端通过有源RFID(5) 根据学生学号依次读取每个学生终端的学生脉搏参数信号；当管理终端完成对所有学生的脉搏参数读取后，如果发现有两组脉搏波各参数指标雷同率达到90%以上，则判断有学生代为点到，即两个学生终端所采集的脉搏信号来自于同一个学生；出现这种现象时，两个学生均作为缺课处理；自动点名成功后，管理终端会给每个学生终端发送一个点名成功信号，并在学生终端的LCD显示器(3)上显示“Success”，否则，显示“Failure”（代为点到的学生终端直接显示“Absence”）；对于处于“Failure”状态的学生终端，管理终端会再次发送点名命令重新点名；而对于处于“Success”和“Absence”的学生终端则不再接收任何外部射频信号；点名结束后，管理终端会将点名结果直接通过网络传给远程教务管理系统(7)进行存档，同时传送到教室电脑(8)以便任课教师在需要时进行核对，并对一些特殊情况进行处理，如有的学生终端出现故障而无法成功点名。