基于单片机和MAC地址定位的教室打卡与人流检测微信小程序
时间：2023-02-17 20:05:06 来源：千叶帆 本文已影响人
宫雨欣，蒿特祺，史 清，贾味明，张家俊
（上海工程技术大学，上海 201620）
1.1 系统开发平台（含开源/第三方工具）
本作品的集成开发平台：集成开发工具、微信开发者工具。
1.2 系统运行平台
具备Android 8及以上操作系统的手机。本设计基于微信平台，可以跨平台（Android、IOS）使用，与微信紧密结合，可使用微信（受到允许的公开信息，如昵称、头像等）实现一键登录的效果，运行需要微信6.5.2版本及以上[2]。
1.3 系统设计架构
本设计基于微信移动平台，具有更强的交互性、灵活性，无须考虑手机操作系统、版本不兼容、用户信息泄露、App下载来源、内存占用及更新等一系列问题。只需打开微信“扫一扫”或“搜一搜”，无须额外下载占用手机内存空间。
微信小程序的框架系统为MINA应用框架，实质是一种双线程模型，分为逻辑层（App Service）和视图层（View）两个部分。小程序的视图层描述语言有WXML和WXSS，以及基于JavaScript的逻辑层框架，并在视图层与逻辑层间提供了数据传输和事件系统。框架的核心是一个响应的数据绑定系统，可以让数据与视图简单地保持同步。
在小程序启动时，微信会在背后完成以下工作：下载小程序代码包、加载小程序代码包、初始化小程序首页。同时，在小程序启动或一个新的页面被打开时，页面的初始数据（Data）和路径等相关信息会从逻辑层发送给视图层，用于视图层的初始渲染。
1.4 系统软件开发
本设计采用了小程序·云开发中云数据库与云函数功能，以及腾讯云函数两种云开发资源。小程序·云开发是微信团队联合腾讯云推出的专业的小程序开发服务，其优势在于无须搭建服务器，免登录、免鉴权调用微信开放服务、不限开发语言与框架等，本设计采用JavaScript作为小程序·云函数的主要开发语言。腾讯云云函数（SCF）是腾讯云提供的无服务器执行环境，开发者只需使用平台支持的语言编写并设置代码运行的条件，即可在腾讯云基础设施上弹性、安全地运行代码，本设计在腾讯云函数部署的开发语言为Python。
本设计设定腾讯云云函数的触发方式为API网关触发，在API接收到用户端请求后，触发云函数，并将处理结果作为API响应返回给客户端。
2.1 硬件模块
采用TZ-1002 Wi-Fi模块。TZ-1002支持标准的IEEE 802.11b/g/n协议，完整的TCP/IP协议栈。TZ-1002内置的高速缓冲存储器有利于提高系统性能，并减少内存需求[3]。
2.2 设计思路
本设计采用Altium Designer15软件绘设计制原理图。图1为系统的电路原理图。为获得更加精简的硬件电路，使用Altium Designer15软件绘制原理图，绘制封装库，并检查电气连接是否存在错误。
图1 电路原理图
2.3 生成PCB模板
绘制PCB边界，将PCB设置为双层板。将电路原理图及各器件封装导入，采用交叉选择模式以就近原则摆放元器件。元器件放置完毕后进行手动布线，原则上正反两面交叉走线，尽量呈90°或45°，避免出现信号干扰。将检查无误的电路原理图生成PCB模板，并导入PCB库中。
2.4 绘制PCB图
编译所画的原理图，设置电气特性，选择合适大小的板后对图按规则进行合理的布局、布线，同时检查布线是否有误。在底层和顶层覆铜，最终生成PCB图，将生成的PCB图发送给厂家加工，得到成品。
3.1 MySQL数据库
MySQL数据库可通过配置公网IP地址的云服务器（如Linux云服务器），采用MySQL命令连接至腾讯云数据库，则可用配置的云服务器作为中转，将MySQL数据库中的数据上传至中转云服务器，再通过中转云服务器将数据导入腾讯云数据库。
硬件数据可利用腾讯云专用迁移设备与数据库建立连接，接通后就可以进行数据拷贝操作，拷贝完所有数据后，腾讯云会回收设备并将数据上传云端[4]。
3.2 接口与串口
手机通过蓝牙串口微信小程序控制手机蓝牙与单片机蓝牙通信，构建了一个单片机与手机的串口通道。单片机从串口接到数据，判断数据并做出相应动作[5]。
该小程序由主页、定位打卡模块、我的课表模块、个人中心模块这四大模块组成。
主页模块实现了注册登录的功能，基于微信开发者工具的云开发功能，将用户的注册身份信息保存至云端数据库中，同时加入信息检验模块来核验用户的登录信息和后台数据库的注册信息。
定位打卡模块主要通过MAC地址的检测与比对实现定位功能，打卡功能主要用于统计和管理学生的签到情况，用户每一次签到打卡，都会将打卡记录上传到后台数据库，进行汇总统计，同时，用户自己也可以在个人中心的打卡记录界面查看自己的打卡记录。
我的课表模块帮助用户随时随地查看自己的课程安排，用户只需要导入自己的课程信息，系统会将信息同步到后台数据库并显示给用户，用户即可在该模块中查看自己的课程安排。
个人中心模块为用户提供了许多额外功能，依托微信平台，该模块为用户提供了客服服务和意见反馈的功能，用户可以根据自己的使用体验向开发人员提出反馈意见，同时也可以督促开发人员进行项目维护与更新。
（1）基于STM32单片机开发板搭建系统，系统由GPS模块、探针模块、显示和输出模块组成。
（2）通过串口通信配合Wi-Fi探针模块实时获取手机的MAC帧，随后将解析的MAC地址进行对比去重等处理。
（3）STM32单片机将处理完成的教室人流数据通过串口收发模块传输至上位机与LDC12864显示器，该系统可得到各教室实时人流数据，人流数据包括：教室进出客人数及对应表格、教室实时人数[6]。
（4）软、硬件部分集成和衔接。
（5）系统自动记录人流，通过串口收发至宿主机，汇总OD矩阵得到教室进出人数。
小程序名为“半亩方塘”，出自南宋诗人朱熹之作《观书有感》。启动页面以较大字体突出小程序的名称，同时也体现了小程序的主要功能。节选诗作前二句，配以中国传统山水画为背景，营造出诗作中田园的意境，体现古代文人墨客的书香之气，与小程序的总体定位相符合。
进入小程序后，界面力求简约明了，既能方便用户找到自己所需的功能，又不会让用户被其纷繁复杂的设计所吸引而影响正常学习。小程序下方的菜单栏清晰说明了程序签到打卡、课表查询、个人中心的三大功能。每栏页面采用大号字体，以突显出该页面的功能。“定位”页面以加粗字体显示小程序定位分析得到的用户实时位置，让用户更为直接地获取到这一信息。“确认打卡”与“重新定位”两个选项设置参考其他广为人知的App，设置合理，符合绝大多数用户的使用习惯；
“我的课表”栏目中，用户可通过滑动课表上方的栏目选择需要查找的周次，方便快捷。课表可上下滑动，为课表内容提供更多空间，确保课表可承载课程名称、上课地点、教师姓名等关键信息；
“教室查询”栏目中，将教室名称和当前人数两大关键信息加粗、加大，突出显示，方便用户的使用。每间教室的空闲情况、Wi-Fi信号质量、有无插座等情况一目了然，帮助用户更好地选择与确定目标教室；
在“个人中心”栏目中，用户可以查看自己的打卡记录，防止老师误判旷课，还可以通过建议与反馈、在线客服及时反映系统出现的各种问题，增强小程序的交互性。
本文提出的基于STM32单片机和MAC地址定位的教室打卡与人流实时监测微信小程序，通过TZ-1002 Wi-Fi探针模块实现MAC地址的实时监测匹配，从而实现人流动态实时监测与课堂考勤的功能。经实践表明，该小程序的整体设计思路是可行的，电路硬件设计与程序软件设计可以有效结合，可延展性较强，通过后期的持续优化，该小程序还能实现更多实用功能，从而满足任课教师与学生的多种需求。■
猜你喜欢 课表原理图串口 学生出招解决”日课牌“问题科教新报(2022年17期)2022-05-24如果我是校长花火·慧阅读(2021年5期)2021-06-29基于EM9000工控板高性能双串口通信模型设计与实现现代计算机(2020年3期)2020-03-05基于Protel DXP 2004层次原理图的设计科学导报·学术(2019年44期)2019-09-10浅谈电工专业课的现场教学祖国(2017年22期)2018-01-02电子电路识图方法的探究科学与财富(2017年29期)2017-12-20INNO EDU 创新教育大会中小学信息技术教育(2017年8期)2017-08-22MCS—51单片机中的多串口通讯技术的应用电子技术与软件工程(2017年5期)2017-04-23维修电工线路板的接线技巧分析科学家(2015年12期)2016-01-20各地区学生课表留学生(2015年6期)2015-07-02 相关热词搜索：打卡，单片机，人流，
