CN105491244B - 基于wifi和智能手机的课堂自动点名系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，系统由智能手机点名主控端、WIFI无线路由器和智能手机签到端组成，智能手机点名主控端用于记录多个智能手机签到端的签到信息，学生使用智能手机签到端完成签到，智能手机点名主控端和智能手机签到端均与WIFI无线路由器连接；智能手机签到端通过发现报文和发现响应报文获得智能手机点名主控端的IP地址和其使用的端口号；然后，智能手机签到端基于指纹验证功能和TCP协议通过签到报文和签到响应报文完成签到；从而能够让老师使用的智能手机点名主控端能够快速地手机所有学生的签到信息，在课堂上实现自动多次点名，提高定名效率，节省教学时间。

Description

基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统
技术领域
本发明公开了基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，属于物联网智能控制领域。
背景技术
在教学过程中，通过课堂点名能够防止学生逃课，确保学生的上课学习时间，能够在一定程度上保证教学效果。但传统的人工点名方式存在花费时间较长的缺陷，而且也不能每节课都花费大量的时间去点名，因此，也会导致定名的效果被大打折扣。已有的指纹打卡等考勤方式则需要对于拥有众多班级的大学投入大量的设备完成上课考勤，投资较大。
本发明提出的基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，则能够充分利用学生广泛使用的智能手机作为智能手机签到端完成自动签到，具有投资小，考勤方便等特点，能够有效地实现课堂自动多次点名，提高课堂点名效率，为教学质量的提高提供较好的基础。
发明内容
本发明提出的基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，包括智能手机主控端、WIFI无线路由器和智能手机签到端，其中智能手机主控端和WIFI无线路由器的连接为双向连接，WIFI无线路由器和智能手机签到端的连接为双向连接，具体如附图1所示；作为优选，所述的智能手机主控端和智能手机签到端使用具有指纹验证功能和WIFI无线收发功能的智能手机, 智能手机签到端和智能手机主控端可选用安卓系统的智能手机或者是苹果智能手机，如果智能手机签到端选用苹果智能手机，其使用的操作系统应为IOS9.1以上版本的系统；所述的WIFI无线路由器使用TP-LINK无线路由器。
基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统各个组成部分通信时使用的报文类型有：发现报文、发现响应报文、签到报文和签到响应报文；所述的发现报文、发现响应报文、签到报文、签到响应报文中包含的字段有：报文类型（1个字节），学号（10个字节），MAC地址（6个字节），端口号（2个字节）、等待时间（2个字节，单位为秒）和CRC校验和（2个字节），具体如表1所示；其中，发现报文和发现响应报文是作为UDP报文的数据部分封装到UDP报文中进行数据传送的；签到报文、签到响应报文是作为TCP报文的数据部分封装到TCP报文中进行数据传送的；在发现报文中，端口号、等待时间信息无效；在发现响应报文中，MAC地址和等待时间无效；在签到报文中，等待时间、CRC校验和信息无效；在签到响应报文中，MAC地址、端口号和CRC校验和信息无效。
WIFI无线路由器建立自己的无线局域网，设置相应的接入密码，密码用S表示；智能手机点名主控端加入到该WIFI无线路由器所建立的无线局域网中；智能手机点名主控端将课程所有学生信息保存在签到表中，签到表包含的字段有：学号（10个字节），姓名（10个字节），MAC地址（6个字节），签到时间（4个字节），签到次数（2个字节，默认值为0），签退时间（4个字节），具体如表2所示；在智能手机点名主控端中，将课程需要考勤的所有学生的学号、姓名信息预先存储在其签到表中。
需要签到的学生使用智能手机签到端进行签到时，使用密码S尝试加入到WIFI无线路由器所建立的无线局域网中；如果不能加入，则等待一个随机的时间 秒之后（为一个随机数， ），再次选择加入上述的无线局域网，直到能够加入为止。
加入无线局域网的智能手机签到端，通过发现报文和发现响应报文获得智能手机点名主控端的IP地址和其使用的端口号；并将获得的IP地址和端口号保存在智能手机签到端的控制端信息表中；控制端信息表如表3所示，包含的字段有：IP地址（4个字节）、端口号（2个字节）、等待时间（2个字节，单位为秒），具体步骤如下：
步骤1，新加入的智能手机签到端向网络中以广播的方式发送发现报文，该报文中报文类型的数值为0x01，学号数值为使用该智能手机签到端学生的学号，MAC地址为该智能手机签到端的MAC地址，端口号为0，等待时间为0，将报文类型、学号、MAC地址、端口号和等待时间作为待校验数据使用CRC算法计算获得CRC校验和；
步骤2，智能手机主控端收到广播报文后，按照报文格式对收到的报文进行解析，解析出报文各个字段的内容；使用CRC校验和字段对该报文进行校验，如果该报文存在差错，则直接丢弃，智能手机主控端不再进行后续处理；如果该报文不存在差错，则执行步骤3；
步骤3，如果智能手机主控端解析报文得到的报文类型的数值为0x01，则表示该报文为发现报文；根据得到的学号信息在智能手机主控端的签到表中查找是否存在该学号，如果在签到表中不存在该学生的学号，则将此发现报文丢弃，智能手机主控端不再进行后续处理；如果在签到表中存在该学生的学号，则将签到表中的MAC地址设置为发现报文中的MAC地址，然后以单播的方式对发送该发现报文的智能手机签到端发送发现响应报文，其中在发现响应报文中，报文类型数值为0x02，学号的数值等于所收到的发现报文中的学号字段的值，端口号的数值为（），MAC地址为0，等待时间为0，将报文类型、学号、MAC地址、端口号和等待时间作为待校验数据使用CRC算法计算获得CRC校验和；
步骤4，智能手机签到端收到报文后，按照报文格式对报文进行解析，在发现响应报文IP首部中解析出的源IP地址即为智能手机主控端的IP地址；根据报文解析结果，使用CRC校验和校验收到的报文是否存在差错，如果存在差错，执行步骤1和步骤2；如果不存在差错，执行步骤5；
步骤5，如果解析得到的报文类型字段数值为0x02，表示该报文为发现响应报文，在该智能手机签到端中将该智能手机主控端的IP地址和收到的端口号保存在控制端信息表中；
步骤6，如果智能手机签到端广播发送发现报文后，在时间T（T=180秒）内仍然没有收到智能手机主控端发送的单播发现响应报文，则智能手机签到端等待一个随机的时间秒之后（为一个随机数，）重复执行步骤1和步骤2，一直到能够收到单播发现响应报文为止。
智能手机签到端基于指纹验证功能和TCP协议通过签到报文和签到响应报文完成此次签到，具体步骤如下：
步骤1，当使用智能手机签到端进行签到时，智能手机签到端通过其指纹验证功能要求学生输入指纹，并对输入的指纹和智能手机签到端中预先保存的指纹进行比较；如果验证不通过，则签到失败；如果指纹验证通过，则智能手机签到端作为请求方，首先从智能手机签到端的控制端信息表中读取IP地址和端口号（其中IP地址为智能手机主控端的IP地址，端口号为智能手机主控端所使用的端口号），基于读取的IP地址和端口号在智能手机签到端和智能手机主控端之间建立一条TCP连接；
步骤2，智能手机签到端以单播的方式向选中的智能手机主控端发送签到报文,报文目的IP地址为智能手机签到端中保存的智能手机主控端的IP地址，其中报文类型数值为0x03，学号使用该智能手机签到端学生的学号，MAC地址为智能手机签到端的MAC地址，端口号为，等待时间为0；
步骤3，智能手机主控端对收到的报文进行解析，解析出报文类型、学号信息；如果报文类型字段为0x03，则表示该报文为签到报文；根据得到的学号信息和MAC地址信息在智能手机主控端签到表中查找对应的记录，假定记录对应的签到次数用表示，如果，则将该记录的签到次数加1，签到时间设置为当前智能手机主控端的系统时间，签退时间为空；假定，如果，则将该记录的签到次数加1，签到时间不变，签退时间为空；如果，则该记录的签到次数加1，签到时间保持不变，签退时间为当前智能手机主控端的系统时间；如果，则该记录信息保持不变；
步骤4，智能手机主控端签到表信息更新成功后，智能手机主控端以单播的方式对发送该签到报文的智能手机签到端发送签到响应报文，其中报文类型数值为0x04，学号的数值等于所收到的签到报文中的学号，如果更新后的签到表中签到次数大于，等待时间为0秒，如果更新后的签到表中签到次数小于等于，等待时间为300秒；端口号为0，MAC地址为0；
步骤5，智能手机签到端收到签到响应报文后，对报文进行解析，如果报文类型字段数值为0x04，表示此次签到成功；如果等待时间为0秒，清除智能手机签到端的控制端信息表中保存的IP地址、端口号和等待时间；
步骤6，拆除手机签到端和智能手机主控端之间建立的TCP连接。
智能手机签到端完成此次签到后，退出其所在的无线局域网；如果智能手机签到端的控制端信息表中不存在相应的IP地址记录，则智能手机签到端完成签到；如果智能手机签到端的控制端信息表中存在相应的IP地址记录，且该记录对应的等待时间为，则在秒后，智能手机签到端再次尝试加入WIFI无线路由器所建立的无线局域网中，通过发现报文、发现响应报文、签到报文和签到响应报文再次执行上述的签到过程。
附图说明
图1是课堂自动点名系统网络结构图。
具体实施方式
WIFI无线路由器建立自己的无线局域网，设置相应的接入密码，密码用S表示；智能手机点名主控端加入到该WIFI无线路由器所建立的无线局域网中；智能手机点名主控端将课程所有学生信息保存在签到表中；在智能手机点名主控端中，将课程需要考勤的所有学生的学号、姓名信息预先存储在其签到表中。需要签到的学生使用智能手机签到端进行签到时，使用密码S尝试加入到WIFI无线路由器所建立的无线局域网中；如果不能加入，则等待一个随机的时间 秒之后（为一个随机数， ），再次选择加入上述的无线局域网，直到能够加入为止。
加入无线局域网的智能手机签到端，通过发现报文和发现响应报文获得智能手机点名主控端的IP地址和其使用的端口号；并将获得的IP地址和端口号保存在智能手机签到端的控制端信息表中；具体步骤如下：
步骤1，新加入的智能手机签到端向网络中以广播的方式发送发现报文，该报文中报文类型的数值为0x01，学号数值为使用该智能手机签到端学生的学号，MAC地址为该智能手机签到端的MAC地址，端口号为0，等待时间为0，将报文类型、学号、MAC地址、端口号和等待时间作为待校验数据使用CRC算法计算获得CRC校验和；
步骤2，智能手机主控端收到广播报文后，按照报文格式对收到的报文进行解析，解析出报文各个字段的内容；使用CRC校验和字段对该报文进行校验，如果该报文存在差错，则直接丢弃，智能手机主控端不再进行后续处理；如果该报文不存在差错，则执行步骤3；
步骤3，如果智能手机主控端解析报文得到的报文类型的数值为0x01，则表示该报文为发现报文；根据得到的学号信息在智能手机主控端的签到表中查找是否存在该学号，如果在签到表中不存在该学生的学号，则将此发现报文丢弃，智能手机主控端不再进行后续处理；如果在签到表中存在该学生的学号，则将签到表中的MAC地址设置为发现报文中的MAC地址，然后以单播的方式对发送该发现报文的智能手机签到端发送发现响应报文，其中在发现响应报文中，报文类型数值为0x02，学号的数值等于所收到的发现报文中的学号字段的值，端口号的数值为（），MAC地址为0，等待时间为0，将报文类型、学号、MAC地址、端口号和等待时间作为待校验数据使用CRC算法计算获得CRC校验和；
步骤4，智能手机签到端收到报文后，按照报文格式对报文进行解析，在发现响应报文IP首部中解析出的源IP地址即为智能手机主控端的IP地址；根据报文解析结果，使用CRC校验和校验收到的报文是否存在差错，如果存在差错，执行步骤1和步骤2；如果不存在差错，执行步骤5；
步骤5，如果解析得到的报文类型字段数值为0x02，表示该报文为发现响应报文，在该智能手机签到端中将该智能手机主控端的IP地址和收到的端口号保存在控制端信息表中；
步骤6，如果智能手机签到端广播发送发现报文后，在时间T（T=180秒）内仍然没有收到智能手机主控端发送的单播发现响应报文，则智能手机签到端等待一个随机的时间秒之后（为一个随机数，）重复执行步骤1和步骤2，一直到能够收到单播发现响应报文为止。
智能手机签到端基于指纹验证功能和TCP协议通过签到报文和签到响应报文完成此次签到，具体步骤如下：
步骤1，当使用智能手机签到端进行签到时，智能手机签到端通过其指纹验证功能要求学生输入指纹，并对输入的指纹和智能手机签到端中预先保存的指纹进行比较；如果验证不通过，则签到失败；如果指纹验证通过，则智能手机签到端作为请求方，首先从智能手机签到端的控制端信息表中读取IP地址和端口号（其中IP地址为智能手机主控端的IP地址，端口号为智能手机主控端所使用的端口号），基于读取的IP地址和端口号在智能手机签到端和智能手机主控端之间建立一条TCP连接；
步骤2，智能手机签到端以单播的方式向选中的智能手机主控端发送签到报文,报文目的IP地址为智能手机签到端中保存的智能手机主控端的IP地址，其中报文类型数值为0x03，学号使用该智能手机签到端学生的学号，MAC地址为智能手机签到端的MAC地址，端口号为，等待时间为0；
步骤3，智能手机主控端对收到的报文进行解析，解析出报文类型、学号信息；如果报文类型字段为0x03，则表示该报文为签到报文；根据得到的学号信息和MAC地址信息在智能手机主控端签到表中查找对应的记录，假定记录对应的签到次数用表示，如果，则将该记录的签到次数加1，签到时间设置为当前智能手机主控端的系统时间，签退时间为空；假定，如果，则将该记录的签到次数加1，签到时间不变，签退时间为空；如果，则该记录的签到次数加1，签到时间保持不变，签退时间为当前智能手机主控端的系统时间；如果，则该记录信息保持不变；
步骤4，智能手机主控端签到表信息更新成功后，智能手机主控端以单播的方式对发送该签到报文的智能手机签到端发送签到响应报文，其中报文类型数值为0x04，学号的数值等于所收到的签到报文中的学号，如果更新后的签到表中签到次数大于，等待时间为0秒，如果更新后的签到表中签到次数小于等于，等待时间为300秒，端口号为0，MAC地址为0；
步骤5，智能手机签到端收到签到响应报文后，对报文进行解析，如果报文类型字段数值为0x04，表示此次签到成功；如果等待时间为0秒，清除智能手机签到端的控制端信息表中保存的IP地址、端口号和等待时间；
步骤6，拆除手机签到端和智能手机主控端之间建立的TCP连接。
智能手机签到端完成此次签到后，退出其所在的无线局域网；如果智能手机签到端的控制端信息表中不存在相应的IP地址记录，则智能手机签到端完成签到；如果智能手机签到端的控制端信息表中存在相应的IP地址记录，且该记录对应的等待时间为，则在秒后，智能手机签到端再次尝试加入WIFI无线路由器所建立的无线局域网中，通过发现报文、发现响应报文、签到报文和签到响应报文再次执行上述的签到过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，由智能手机点名主控端、WIFI无线路由器和智能手机签到端组成，智能手机点名主控端用于记录多个智能手机签到端的签到信息，学生使用智能手机签到端完成签到，智能手机点名主控端和智能手机签到端均与WIFI无线路由器连接；所描述的课堂自动点名系统各个组成部分通信时使用的报文类型有：发现报文、发现响应报文、签到报文和签到响应报文，课堂自动点名系统各个组成部分通信过程包括如下步骤：
步骤11，WIFI无线路由器建立自己的无线局域网，设置相应的接入密码，密码用S表示；智能手机点名主控端加入到该WIFI无线路由器所建立的无线局域网中；智能手机点名主控端将课程所有学生信息保存在签到表中，签到表包含的字段有：学号，姓名，MAC地址，签到时间，签到次数，签退时间；其中学号字段为10个字节，姓名字段为10个字节，MAC地址字段为6个字节，签到时间字段为4个字节，签到次数字段为2个字节、默认值为0，签退时间字段为4个字节；在智能手机点名主控端中，将课程需要考勤的所有学生的学号、姓名信息预先存储在其签到表中；
步骤12，需要签到的学生使用智能手机签到端进行签到时，使用密码S尝试加入到WIFI无线路由器所建立的无线局域网中；如果不能加入，则等待一个随机的时间秒之后，再次选择加入上述的无线局域网，直到能够加入为止；其中为一个随机数，且；
步骤13，加入无线局域网的智能手机签到端，通过发现报文和发现响应报文获得智能手机点名主控端的IP地址和其使用的端口号；并将获得的IP地址和端口号保存在智能手机签到端的控制端信息表中；控制端信息表包含的字段有：IP地址、端口号、等待时间；其中IP地址字段为4个字节，端口号字段为2个字节，等待时间字段为2个字节、单位为秒；
步骤14，智能手机签到端基于指纹验证功能和TCP协议通过签到报文和签到响应报文完成此次签到，执行步骤15；
步骤15，智能手机签到端完成此次签到后，退出其所在的无线局域网；如果智能手机签到端的控制端信息表中存在相应的IP地址记录，且该记录对应的等待时间为，则在秒后，重复执行步骤12、步骤13、步骤14；如果智能手机签到端的控制端信息表中不存在相应的IP地址记录，则智能手机签到端完成签到；
在步骤14中，主要进行如下步骤：
步骤141，当使用智能手机签到端进行签到时，智能手机签到端通过其指纹验证功能要求学生输入指纹，并对输入的指纹和智能手机签到端中预先保存的指纹进行比较；如果验证不通过，则签到失败；如果指纹验证通过，则智能手机签到端作为请求方，首先从智能手机签到端的控制端信息表中读取IP地址和端口号，其中IP地址为智能手机主控端的IP地址，端口号为智能手机主控端所使用的端口号；基于读取的IP地址和端口号在智能手机签到端和智能手机主控端之间建立一条TCP连接；
步骤142，智能手机签到端以单播的方式向选中的智能手机主控端发送签到报文, 报文目的IP地址为智能手机签到端中保存的智能手机主控端的IP地址，其中报文类型数值为0x03，学号使用该智能手机签到端学生的学号，MAC地址为智能手机签到端的MAC地址，端口号为，等待时间为0；
步骤143，智能手机主控端对收到的报文进行解析，解析出报文类型、学号信息；如果报文类型字段为0x03，则表示该报文为签到报文；根据得到的学号信息和MAC地址信息在智能手机主控端签到表中查找对应的记录，假定记录对应的签到次数用表示，如果，则将该记录的签到次数加1，签到时间设置为当前智能手机主控端的系统时间，签退时间为空；假定，如果，则将该记录的签到次数加1，签到时间不变，签退时间为空；如果，则该记录的签到次数加1，签到时间保持不变，签退时间为当前智能手机主控端的系统时间；如果，则该记录信息保持不变；
步骤144，智能手机主控端签到表信息更新成功后，智能手机主控端以单播的方式对发送该签到报文的智能手机签到端发送签到响应报文，其中报文类型数值为0x04，学号的数值等于所收到的签到报文中的学号，如果更新后的签到表中签到次数大于，等待时间为0秒，如果更新后的签到表中签到次数小于等于，等待时间为300秒，端口号为0，MAC地址为0；
步骤145，智能手机签到端收到签到响应报文后，对报文进行解析，如果报文类型字段数值为0x04，表示此次签到成功；如果等待时间为0秒，清除智能手机签到端的控制端信息表中保存的IP地址、端口号和等待时间；
步骤146，拆除手机签到端和智能手机主控端之间建立的TCP连接。
2.根据权利要求1所述的基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，其特征在于：所述系统包括智能手机主控端、WIFI无线路由器和智能手机签到端，其中智能手机主控端和WIFI无线路由器的连接为双向连接，WIFI无线路由器和智能手机签到端的连接为双向连接；作为优选，所述的智能手机主控端和智能手机签到端使用具有指纹验证功能和WIFI无线收发功能的智能手机, 智能手机签到端和智能手机主控端可选用安卓系统的智能手机或者是苹果智能手机，如果智能手机签到端选用苹果智能手机，其使用的操作系统应为IOS9.1以上版本的系统；所述的WIFI无线路由器使用TP-LINK无线路由器。
3.根据权利要求1所述的基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，其特征在于：所述的发现报文、发现响应报文、签到报文、签到响应报文中包含的字段有：报文类型，学号，MAC地址，端口号，等待时间和CRC校验和；其中，报文类型字段为1个字节，学号字段为10个字节，MAC地址字段为6个字节，端口号字段为2个字节，等待时间字段为2个字节、单位为秒，CRC校验和字段为2个字节；其中，发现报文和发现响应报文是作为UDP报文的数据部分封装到UDP报文中进行数据传送的；签到报文、签到响应报文是作为TCP报文的数据部分封装到TCP报文中进行数据传送的；在发现报文中，端口号、等待时间信息无效；在发现响应报文中，MAC地址和等待时间无效；在签到报文中，等待时间、CRC校验和信息无效；在签到响应报文中，MAC地址、端口号和CRC校验和信息无效。
4.根据权利要求1所述的基于WIFI和智能手机的课堂自动点名系统，其特征在于，在步骤13中，主要进行如下步骤：
步骤41，新加入的智能手机签到端向网络中以广播的方式发送发现报文，该报文中报文类型的数值为0x01，学号数值为使用该智能手机签到端学生的学号，MAC地址为该智能手机签到端的MAC地址，端口号为0，等待时间为0，将报文类型、学号、MAC地址、端口号和等待时间作为待校验数据使用CRC算法计算获得CRC校验和；
步骤42，智能手机主控端收到广播报文后，按照报文格式对收到的报文进行解析，解析出报文各个字段的内容；使用CRC校验和字段对该报文进行校验，如果该报文存在差错，则直接丢弃，智能手机主控端不再进行后续处理；如果该报文不存在差错，则执行步骤43；
步骤43，如果智能手机主控端解析报文得到的报文类型的数值为0x01，则表示该报文为发现报文；根据得到的学号信息在智能手机主控端的签到表中查找是否存在该学号，如果在签到表中不存在该学生的学号，则将此发现报文丢弃，智能手机主控端不再进行后续处理；如果在签到表中存在该学生的学号，则将签到表中的MAC地址设置为发现报文中的MAC地址，然后以单播的方式对发送该发现报文的智能手机签到端发送发现响应报文，其中在发现响应报文中，报文类型数值为0x02，学号的数值等于所收到的发现报文中的学号字段的值，端口号的数值为，且，MAC地址为0，等待时间为0，将报文类型、学号、MAC地址、端口号和等待时间作为待校验数据使用CRC算法计算获得CRC校验和；
步骤44，智能手机签到端收到报文后，按照报文格式对报文进行解析，在发现响应报文IP首部中解析出的源IP地址即为智能手机主控端的IP地址；根据报文解析结果，使用CRC校验和校验收到的报文是否存在差错，如果存在差错，执行步骤41和步骤42；如果不存在差错，执行步骤45；
步骤45，如果解析得到的报文类型字段数值为0x02，表示该报文为发现响应报文，在该智能手机签到端中将该智能手机主控端的IP地址和收到的端口号保存在控制端信息表中；
步骤46，如果智能手机签到端广播发送发现报文后，在时间T内仍然没有收到智能手机主控端发送的单播发现响应报文，则智能手机签到端等待一个随机的时间秒之后重复执行步骤41和步骤42，一直到能够收到单播发现响应报文为止；其中，T=180秒，为一个随机数，且。
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