CN107492154A - 一种课堂考勤系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于教育物联网领域，提供一种课堂考勤系统及其工作方法，该系统包括移动终端和课堂考勤系统服务器，以及安装于移动终端上的APP应用程序，所述APP应用程序包括进出检测模块、学生自主签到模块。本发明使用智能Android设备定时发送包含物理地址的探测请求帧，教室内的无线路由器接收到该请求帧后判定学生身份，并记录学生的进出时间。除此之外，学生还需要通过学生端APP选定自己在教室内的位置，服务器会通过教室内的摄像头对每一个学生位置进行定点拍照，所有的图片都作为二次考勤的依据，杜绝考勤作弊行为的发生。本发明能够实现学生进入教室自动考勤，并抓取教室内每位同学的实时图片作为考勤依据，更加高效可靠。

Description

一种课堂考勤系统及其工作方法

技术领域

本发明属于教育物联网领域，具体涉及一种基于WIFI技术与教室图像考勤的课堂考勤系统及其工作方法。

技术背景

学生课堂管理工作是高校进行教务管理的一项重要工作，也是学校日常管理中最为重要的一个环节。

学校的考勤工作基本上是由当堂的任课教师来完成，采取的是人工点名抽查的方式。对于考勤的结果，还需要人工地进行汇总，根据汇总情况打出最终的考勤分。

传统的人工课堂考勤方法存在以下弊端：

(1)效率低：通常由老师进行点到，整个点到流程需要花费数分钟时间，如果是大课堂则会占用更多的时间而且最终得到的考勤情况还要进行人工汇总，最后打出考勤分。

(2)误差大：由于是纯人工操作，当学生出现代签到、代答到的情况，或者出现答到后早退的情况则会干扰人工记录考勤数据，造成考勤误差。

综上所述，鉴于传统的人工课堂考勤方法存在的缺陷，节省教师授课时间，开发课堂考勤系统具有重要的意义和推广应用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术中的不足，提出一种课堂考勤系统及其工作方法，该系统能够实现学生进入教室自动考勤，并抓取教室内每位同学的实时图片作为考勤依据，更加高效可靠。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种课堂考勤系统，该系统包括移动终端和课堂考勤系统服务器，以及安装于移动终端上的APP应用程序，所述APP应用程序包括进出检测模块、学生自主签到模块；

所述进出检测模块，用于判断学生是否在教室内，并记录学生进入教室的时间与离开教室的时间，使用时只需打开移动终端上的APP即可自动运行该模块，该模块需要与课堂考勤系统服务器、无线路由器配合使用；

所述自主签到模块，在学生点击自主签到按钮之后，进入自主签到页面，同时从课堂考勤系统服务器获取当前教室的图片，学生从当前教室的图片中选择出自己所处的位置之后，模块会将所选位置坐标传输给课堂考勤系统服务器，以供课堂考勤系统服务器定时定点对学生进行拍照。

在上述技术方案中，所述课堂考勤系统服务器作为处理所有事务的中心，服务器端以轻量级的Tomcat作为Web服务器，对外以Url的形式提供各类外部调用的接口，在收到相应接口的请求时进行相应的交互。与课堂考勤系统服务器关联的数据库使用关系型数据库Mysql实现，用于储存学生学号以及MAC地址、教师职工号、学生进出时间、考勤图片记录、课堂时间、教室使用情况以及日志信息等关键信息，这些信息均以不同的表来储存记录。

本发明还提供了一种上述的课堂考勤系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)学生在系统中提交自己的个人信息与所拥有的移动终端设备(如手机等设备)的MAC地址，提交后与自己的个人账号进行绑定，以在数据库中记录自己的个人信息，以供考勤使用。

(2)学生打开APP，登录成功后应用会在后台开启一个定时器任务，每隔30秒广播一次包含自己MAC地址的802.11协议中的探测请求帧，无线路由器收到该帧即可知道学生已进入教室范围，并可以识别学生身份。

(3)教室内的无线路由器会循环扫描范围内的请求帧，学生在上课期间携带自己在系统中提交过MAC地址的移动设备进入教室后，即可被无线路由器扫描，同时课堂考勤系统服务器记录学生进入的时间，在一定时间内没有扫描到该生的帧信号，则可认为学生已经走出了教室范围，判定学生走出之后则记录学生走出教室的时间。

(4)判断学生进入教室后，学生即可通过自主签到模块进行自己所在教室位置坐标选取，首先APP从课堂考勤系统服务器获取当前教室的图片，学生通过教室内实时图片找到自己所在图片中的坐标，框选出坐标后点击确定，APP则会向课堂考勤系统服务器传递出对应学生的位置信息，课堂考勤系统服务器随后根据学生所传位置信息每隔10分钟进行一次定时定坐标拍照，将相应同学的当堂课不同时段的图像进行存储。

在上述技术方案中，记录进入时间与记录走出时间的操作流程如下：

第一步，学生进入教室，所携带移动终端设备安装的APP每隔30秒广播发出探测请求帧；

第二步，教室内无线路由器循环扫描教室内的探测请求帧，接收到帧后解析出设备的MAC地址，并与数据库内学生信息进行比对，判断出学生身份，记录学生进入教室时间和进入教室的状态；

第三步，教室内无线路由器循环扫描教室内移动终端设备状态，若状态为在教室内的学生在1分30秒内无任何帧信号发出，则可判定学生已经走出教室，并记录学生走出教室时间和走出教室的状态。

在上述技术方案中，自主签到的操作流程如下：

第一步，学生进入教室后，点击自主签到按键，APP从课堂考勤系统服务器获取教室内图片进行显示，形成一个初始坐标系，并初始化一个可以改变大小、位置的选择框；

其中初始坐标系原点以图片左上角开始，一个像素点为一个单位，向右横坐标增加，向下纵坐标增加；

第二步，学生拖动选择框，经过移动、放大、缩小等操作将选择框调整至教室图片内自己所处的位置时，即可点击确定上传学生位置等相关信息；

其中学生位置属性包含如下几点：选择框左上角所在图片坐标系的坐标(x,y)，选择框长度Height，选择框宽度Width，根据这些属性课堂考勤系统服务器即可进行学生上课实时图片截取；

第三步，课堂考勤系统服务器每隔10分钟将教室内指定坐标的图像进行保存，以作为考勤依据，后期经过人脸识别可以对学生进行考勤打分，以确保学生确实在教室内。

本发明提供的技术方案与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)操作简单：学生只需携带移动终端设备如手机，进出教室，即可完成进出检测与时间记录。

(2)杜绝作弊：WIFI+图像双考勤模式，学生需要整堂课一直在教室内才能在服务器内存入相应的图像数据，极大程度的减少了早退、代答到的现象。同时，与比单纯携带电子标签等考勤方式相比，避免了同学帮携带标签进入教室等现象，一定程度地杜绝了作弊的现象。

(3)效率高：使用课堂考勤系统可以极大的减少课堂中消耗在考勤签到上的时间，使教师能够更好的利用课堂时间进行授课。

附图说明

图1为本发明中使用到的802.11协议中的Probe Request探测请求帧的结构图。

图2为本发明中自主签到模型示意图。

图3为本发明中自主签到模块的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种课堂考勤系统，该系统包括移动终端和课堂考勤系统服务器，以及安装于移动终端上的APP应用程序，所述APP应用程序包括进出检测模块、学生自主签到模块。下面以Android系统为例进行说明。

首先对本发明中的进出检测功能实施方式进行介绍。

本发明使用了802.11协议管理帧中的Probe Request探测请求帧来向无线路由器发送MAC地址，Probe Request帧结构如图1所示，该帧为广播帧，所以无需建立网络连接即可工作，使用较为便捷。

该帧在设备扫描周围的无线网络时可以发出。课堂考勤系统只需要设定定时进行无线网络扫描即可进行该帧的发送，加上系统也会定时扫描周围可用网络，所以无线路由器端在教室范围内能够较为轻松、顺利的接收到该帧并通过解析获取相应设备的MAC地址，由于该帧较小，所以发射该帧能耗也较低。

通过Android系统的WifiManager.startScan方法可以进行一次环境中的无线网络扫描，扫描的同时也会发出Probe Request帧。执行WifiManager.startScan方法前首先要在AndroidManifest.xml里添加权限android.permission.ACCESS_WIFI_STATE，随后获取系统的WifiManager，关键代码如下：

WifiManager wm＝(WifiManager)getApplication().

getSystemService(getApplication().WIFI_SERVICE)；

wm.startScan()；

学生使用的移动终端上的APP需要间隔30秒执行一次WifiManager.startScan方法，这里定时操作使用Timer.schedule(TimerTask task,long delay,long period)方法实现，其中task为要进行的TimerTask类操作，delay参数表示任务在多少毫秒后开始执行，period表示间隔时间。其中将WifiManager.startScan写入task中，period设定为30000即可30秒进行一次无线网络扫描。

课堂考勤系统采用Android系统中的Service组件来实现定时发送探测请求帧来完成进出检测的考勤功能，若无额外的声明，Service组件运行在与它应用程序相同的进程的主线程中，虽然它工作在主线程当中，但它不是线程，所以在使用时也需要避免直接进行一些耗时的操作，如新开线程来完成耗时操作等。同时，针对锁屏程序停止运行和长时间后台后系统杀死Service组件的进程的情况，使用了WakeLock锁并设定服务为前台进程来解决。

自主签到模块工作的模型示意图如图2所示，首先学生A、B、C先选取自己在教室内的坐标，并上传至服务器，服务器将坐标储存至数据库，同时根据数据库内坐标在教室内对同学A、B、C进行定时定点拍照，拍取的签到图像也将存入数据库中。

具体的，上课后，同学们已经坐好，每一位同学所在教室图像内的位置，都可以化为一个以左上角为原点，包含x,y坐标以及图片长度、宽度的签到坐标属性值，只要服务器拥有了这些数据，就可以对每一位同学进行定时定点签到拍照，截取出的学生实时图像如箭头所指图片。

自主签到模块程序流程图如图3所示，系统首先通过HTTP协议向服务器请求Bitmap图片，Bitmap图片获取完毕后通过setImageBitmap(Bitmap)方法将其设置为ImageView的背景图片。

初始化完成后，实现void onDraw(Canvas canvas)方法进行自定义页面绘制。首先绘制的是选择框，选择框的初始化大小为原图图片大小，四角有4个小方块，使用者可拖动小方块以进行图片放大缩小等操作。未选中的区域分为左、上、右、下四个部分，使用Paint的setAlpha方法来设定未选中区域的透明度，将其设置为半透明状态，以实现未被选中区域的阴影效果。

绘制出选择框后，还要实现触摸事件的响应，Android的触摸事件有许多种，这里要识别的主要是以下几个事件：

(1)MotionEvent.ACTION_DOWN：代表着按压手势的开始，并且记录了手势按下的初始位置；

(2)MotionEvent.ACTION_UP：代表着按压手势的结束；

(3)MotionEvent.ACTION_MOVE：在ACTION_DOWN与ACTION_UP之间，代表按压手势正在进行。

判断出手势的基本动作之后，设计选择框缩放、拖动、选择的手势规则。触摸并拖动四周的四个小矩形框为选择框的放大缩小的手势，拖动触摸并拖动选择框内区域为选择框的移动手势，点击事件不响应。在判定出相应的动作后，调整相应的绘制方法，然后调用invalidate()方法，这样视图会在未来的某个时间点调用void onDraw(Canvas canvas)方法进行重绘。

最终，绘制出具体考勤页面，并实现了触摸、平移等选择框触摸功能，选择出自己的位置后，点击确定即可向服务器传输坐标。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种课堂考勤系统，其特征在于：该系统包括移动终端和课堂考勤系统服务器，以及安装于移动终端上的APP应用程序，所述APP应用程序包括进出检测模块、学生自主签到模块；

所述进出检测模块，用于判断学生是否在教室内，并记录学生进入教室的时间与离开教室的时间，使用时只需打开移动终端上的APP即可自动运行该模块，该模块需要与课堂考勤系统服务器、无线路由器配合使用；

所述自主签到模块，在学生点击自主签到按钮之后，进入自主签到页面，同时从课堂考勤系统服务器获取当前教室的图片，学生从当前教室的图片中选择出自己所处的位置之后，模块会将所选位置坐标传输给课堂考勤系统服务器，以供课堂考勤系统服务器定时定点对学生进行拍照。

2.根据权利要求1所述的课堂考勤系统，其特征在于：所述课堂考勤系统服务器作为处理所有事务的中心，服务器端以轻量级的Tomcat作为Web服务器，对外以Url的形式提供各类外部调用的接口，在收到相应接口的请求时进行相应的交互。与课堂考勤系统服务器关联的数据库使用关系型数据库Mysql实现，用于储存学生学号以及MAC地址、教师职工号、学生进出时间、考勤图片记录、课堂时间、教室使用情况以及日志信息，这些信息均以不同的表来储存记录。

3.一种如权利要求1所述的课堂考勤系统的工作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)学生在系统中提交自己的个人信息与所拥有的移动终端设备的MAC地址，提交后与自己的个人账号进行绑定，以在数据库中记录自己的个人信息，供考勤使用；

(2)学生打开APP，登录成功后应用在后台开启一个定时器任务，每隔30秒广播一次包含自己MAC地址的802.11协议中的探测请求帧，无线路由器收到该帧即可知道学生已进入教室范围，并可以识别学生身份；

(3)教室内的无线路由器循环扫描范围内的请求帧，学生在上课期间携带自己在系统中提交过MAC地址的移动终端设备进入教室后，即可被无线路由器扫描，同时课堂考勤系统服务器记录学生进入的时间，在一定时间内没有扫描到该生的帧信号，则认为该学生已经走出了教室范围，判定学生走出之后则记录学生走出教室的时间；

(4)系统判断学生进入教室后，学生通过自主签到模块对自己所处于教室里的位置坐标进行选取，首先APP从课堂考勤系统服务器获取当前教室的图片，学生通过教室内实时图片找到图片中自己所处的坐标，框选出坐标后点击确定，APP则会向课堂考勤系统服务器传递出对应学生的位置信息，课堂考勤系统服务器随后根据学生所传位置信息每隔10分钟进行一次定时定坐标拍照，将相应同学的当堂课不同时段的图像进行存储。

4.根据权利要求3所述的课堂考勤系统的工作方法，其特征在于该方法中的记录学生进入教室时间与记录学生走出教室时间的操作流程如下：

第一步，学生进入教室，所携带移动终端设备安装的APP每隔30秒广播发出探测请求帧；

第二步，教室内无线路由器循环扫描教室内的探测请求帧，接收到帧后解析出设备的MAC地址，并与数据库内学生信息进行比对，判断出学生身份，记录学生进入教室时间和进入教室的状态；

第三步，教室内无线路由器循环扫描教室内移动终端设备状态，若状态为在教室内的学生在1分30秒内无任何帧信号发出，则可判定学生已经走出教室，并记录学生走出教室时间和走出教室的状态。

5.根据权利要求3所述的课堂考勤系统的工作方法，其特征在于该方法中的自主签到的操作流程如下：

第一步，学生进入教室后，点击自主签到按键，APP从课堂考勤系统服务器获取教室内图片进行显示，形成一个初始坐标系，并初始化一个可以改变大小、位置的选择框；

其中初始坐标系原点以图片左上角开始，一个像素点为一个单位，向右横坐标增加，向下纵坐标增加；

第二步，学生拖动选择框，经过移动、放大、缩小操作将选择框调整至教室图片内自己所处的位置时，点击确定上传学生位置信息；

其中学生位置属性包含如下：选择框左上角所在图片坐标系的坐标(x,y)，选择框长度Height，选择框宽度Width，根据这些属性课堂考勤系统服务器即可进行学生上课实时图片截取；

第三步，课堂考勤系统服务器每隔10分钟将教室内指定坐标的图像进行保存，以作为考勤依据，后期经过人脸识别可以对学生进行考勤打分，以确保学生确实在教室内。