基于二维码技术的实验教学管理系统

张 璇 ，张广斌 ， 李 莎

（1.南京航空航天大学 电子信息工程学院，江苏 南京 211100；2.南京航空航天大学 理学院，江苏 南京 211100）

随着科技的高速发展，很多复杂的过程逐渐被人们用更简单的方式代替，二维码技术的成熟及广泛应用潜移默化地引领了人们智能化的生活方式。从网络资源下载、质量防伪、名片识别到网上购物、电子商务，二维码的市场应用领域进一步扩大，二维码技术已经逐步被越来越多的部门和行业接受，二维码技术的应用和普及也为智能化数字校园建设提供了新的研究思路。

针对目前高校开放式实验教学的应用现状以及实验教学管理系统的需要，结合二维码技术成本低、容量大、可靠性高、保密防伪性强等优点[1]，文中提出了一种基于二维码技术的智能化实验教学管理系统。

1 二维码技术的发展现状

二维码最早是由日本Delso Wave公司发明的用于追踪汽车零部件的条码，国外对二维条码技术的研究始于20世纪80年代末。在二维条码符号表示技术研究方面，已研制出多种码制。在二维条码标准化研究方面，国际自动识别制造商协会（AIM）、美国标准化协会（ANSI）已完成了 PDF417，QR Code，Code 49，Code 16K，Code One 等码制的符号标准[2]。

国外的二维码技术目前已经大范围应用，被美国、德国、日本、韩国、英国等众多国家应用于商业贸易、物流业、生产制造业、交通、安防、票证等行业的管理。在日本的杂志广告和海报上，使用二维码来存储商店地址和网址，用户只需要用手机阅读解码，就可以立即连人网络，了解相关信息。在公交车站牌上也都加上了二维码，乘客只需要用手机读取二维码，就可以获取路线信息。

二维码在中国的应用也多年前已经开始起步，但之前多家企业前仆后继的尝试因为没有得到市场响应的支撑都没有成功，近几年随着互联网络的快速发展和智能手机的快速普及，从2012年开始二维码的春天终于来了。当前，作为新生事物的二维码应用正在发达地区部分城市的部分行业进行试点。北京街道上很多的广告都出现了二维码，用来增加营销；南京市推出了二维码接人的“游客助手”平台，把导游信息装人游客的衣兜。国内的麦当劳，肯德基等快餐业，纷纷推出了二维码优惠券[3]。随着我国市场经济的不断完善和信息技术的迅速发展，国内对二维条码这一新技术的需求与日俱增。它的应用领域相当广泛，如票务环节、配送领域、VIP领域、手机二维码应用等[4]。

二维码在校园中的应用也十分的广泛，如校园门禁系统二维码应用，防止闲散人员混入校园；二维码学生考勤利用先进的图像处理编码技术，准确的处理多种环境下的二维码，部分企业已经开始使用[5]；校园活动二维码的应用，利用二维码实现活动的宣传，便捷简单的告知学生活动的详细信息，二维码还可以作为校园活动的入场凭证。

2 二维码实验教学管理系统结构框架

考虑现有的二维码生成及识别技术已经成熟，系统选择二维码技术作为整个实践项目的基础。该系统主要组成部分包括数据采集及二维码生成模块、拍照储存模块、GSM短信发送模块以及手机APP模块，系统的基本框架如图1所示。

图1 二维码实验教学管理系统结构框架Fig.1 Two-dimensional code experimental teachingmanagement system framework diagram

3 二维码实验教学管理系统组成

3.1 数据采集及二维码生成模块

二维码生成模块是整个项目的关键部分。将学生个人信息导入系统数据库，生成个人专属，二维码记录了学生的个人信息、专业情况及实验相关记录。实验者预约某个实验后，会对应生成该实验记录的二维码并可以打择机印出含有二维码、个人信息及实验相关信息的实验报告。学生上课时凭二维码进行扫描签到，同时按签到顺序排定座位，扫描终端显示学生信息和对应座位，便于老师进行观察、实验指导以及课后提交成绩。实验结束后学生上交带有专属二维码的数据纸，老师批改完成后对学生实验纸进行拍照上传，供学生自行查看。教师录入成绩时只需扫描学生个人二维码，对应填入成绩即可。二维码的使用，将大大节省时间和资源，使原有的实验管理系统变得简单快捷。二维码生成器如图2所示。

3.2 拍照储存模块

在实现二维码控制的过程中，用STM32单片机微处理器作为主控模块，实现各个模块的串行通信。该模块对学生实验后的数据纸进行拍照储存，以便上传到个人平台上供学生查看。这里采用的是STM32开发板结合OV7670摄像头。OV7670是OV公司生产的一颗1/6寸的CMOSVGA图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能[6]，其VGA图像最高达到30帧/秒。功能过程包括伽玛曲线、白平衡度色度等都可以通过SCCB接口编程。它的优点自然也很多，它支持VGA、GIF和从GIF到40*30的各种尺寸输出。图3是其功能框图。

图2 二维码生成器Fig.2 Atwo-dimensional code generator

3.3 短信GSM模块

如何实现教师与学生之间的信息交互是本实验室智能化管理系统的一大重点。基于我们的STM32ARM开发平台，以及结合实际情况中单次信息数据量小，学生数量众多等特点，我们最终选择以PC访问远端DB获取相应信息进行驱动，以STM32结合GSMsim900A建立具有短信收发作用的GSM modem原型，从而对预约实验的学生进行及时有效的短信提醒。

驱动部分的主体是能够链接访问远端DB的PC上位机软件，PC和STM32之间以RS232实现串口通信，借助TIMX通用定时器由ARM定时输出高电平，PC串口接收到高电平后由上位机软件向远端实验预约DB发出指令获取具体预约信息，提取相关学生的通信号码再次传输给STM32。接收到PC指令的STM32通过串行口ADC0809发送AT指令[7]以及获取PDU协议单元字段实现对GSM模块的激活和控制，成功检测到SIM卡后的GSM短信终端再对已经被设定好的信息进行编码和发送。

3.4 手机APP设计模块

目前高校智能手机的使用已经非常普遍了，使用手机比电脑更加便捷[8]。基于 Android和IOS平台设计一款适合学生使用的大学物理实验平台必然会带来很大的方便。设计手机APP应用程序，链接教务处学生信息数据库，学生通过可以直接获取个人信息，在APP上进行预定选课，查看成绩。更加适应了学生的需求。在这一项技术中，需要首先进行准确的产品定位，即APP是为学生设计，在设计时候注意学生的简洁使用习惯，因此在使用高级语言编程时我们需要建立一个较为简单的窗口。设计时需要用JAVA编程语言进行编程，需要一定的C语言基础，用手机应用平台设计APP外形和框架，即把APP所能实现的功能拟定出来。再利用JAVA把各个框架填满，逐步实现各个功能的实现。

图3 OV7670 CMOSVGA图像传感器原理图Fig.3 OV7670 CMOSVGA image sensor schematics

4 结束语

现阶段，智能化管理系统凭借其独到的简单快捷，实时性高等特点为大多数人所接受，并逐渐发挥更大的作用。本次实践项目从提高资源管理便易程度出发，切实考虑到教师及学生在实践教授同学习环节所可能遇到的问题并给出解决方案。结合二维码的资源存储、app的移动同步等功能，力求将物理实验系统完善为易被师生接受使用的智能化管理系统，解决了传统高校物理实验室管理系统的不足，提高资源的整合程度，方便学生的查询使用，是实验管理系统的一次重要升级。

[1]顾吉涛.人脸检测技术在二维条形码（QR码）中的应用[D].北京：北方工业大学，2006.

[2]吴永祥.基于二维条形码的图形图像处理与应用研究[D].北京：北京工业大学，2007.

[3]崔莹.手机二维码支付应用技术和发展概述[J].电脑知识与技术，2013，4（9）:45-51.CUIYing.Payment application technology and development overview ofmobile two-dimensional code[J].Computer Knowledge and Technology，2013，4（9）:45-51.

[4]刘柯言.中国电信手机二维码业务市场拓展研究 [D].北京：北京邮电大学，2009.

[5]任凤，张波.二维码在校园信息化中的应用[J].电子世界，2012（8）:117-118.RENFeng，ZHANGBo.Two-dimensionalcodein theapplication of information technology on campus[J].Electronic World，2012（8）:117-118.

[6]孟祥斌.水表号码图像识别系统研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2011.

[7]魏英钦，陈连坤.基于TC35i的PC机短消息收发模块[J].电子世界，2007（2）：22-24.WEIYing-qin，CHEN Lian-kun.Based on APC TC35i short messagingmodule[J].Electronic World，2007（2）:22-24.

[8]谢海平.移动手机的发展轨迹和电脑化趋势[J].硅谷，2011（14）:18.XIE Hai-ping.Development track mobile phones and computers trend[J].Silicon Valley，2011（14）:18.