基于树莓派的辅导员学生管理系统设计

2021-05-20张征宇任玲玲方梦瑶范雅静

江苏通信 2021年2期

张征宇任玲玲方梦瑶范雅静程攀

安阳工学院

0 引言

随着校园信息化工作的推广，许多高校已经实现了数字化校园，各种管理系统层出不穷，然而，在实际的使用过程中，已有的系统暴露了不足：首先，已有的一些办公系统不具备平台兼容性，彼此是分立的系统，虽有管理功能，但是辅导员和学生都需要下载和注册各种软件，使用过程繁琐，且更容易泄露个人信息；其次，现有系统不具备智能性，本质上都是常规数据库的衍生，无法智能化地解决常见问题；最后，已有的系统虽然有语音提醒功能，但是提示内容单一，且多为常见的机器人以及虚拟电话，容易引起学生误会以及反感。因此，开发出更便利的面向学生友好且适用于辅导员工作这一特殊应用场景的系统成为新的需求。

1 系统的整体设计方案

本系统通过Python语言编程控制SIM7600CE，串口通信发送AT指令等待返回，完成对SIM7600CE的控制，通过在树莓派上搭建Nginx服务器，借助Nginx的占有内存少、并发能力强、易于开发、部署方便以及支持多语言等特点，将自己的网站以及微信公众号的服务程序部署在树莓派服务器上，并且可借助NATAPP进行内网穿透，实现访问跨区域范围的服务器。

通过设置单个用户的电话以及短信提醒任务，实现对系统中所有用户的任务的提醒。使用超文本标记语言html完成网站前端的搭建，学生可以完成签到任务、人脸识别签到以及使用Python的Django框架管理网站。Django是基于MVC构建的框架，模型视图控件（Model View Controler，MVC）是一个设计模式，强制性地使应用程序的输入、处理和输出分开，使管理更加方便、快捷。此外，本系统将借助微信开发平台进行二次开发，使用微信公众号帮助管理者快捷查看微信签到情况、任务的发布与修改以及语音或短信提醒内容的修改。系统工作流程如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 控制模块

选用树莓派作为主控，与常见的51单片机和STM32等嵌入式微控制器相比，其不仅可以完成相同的IO引脚控制，还能运行相应的操作系统，并且将服务器布置在树莓派上，简单地完成对网站后台的管理以及微信公众号后台管理服务程序。

2.2 SIM7600CE-T通信模块

系统采用SIM7600CE实现电话拨打以及短信发送等功能。SIM7600CE是一款4G芯片，可通过AT指令进行简单控制，其性能稳定，外观小巧，性价比高，可以低功耗地实现SMS和数据信息的传输。在使用芯片时，为其添加串口、电源以及SIM卡接口等模块，可以使本模块完全配合树莓派实现拨打电话、短信发送上网等功能。

因为常规的SIM卡会经常拔插，可能会接触到ESD产生源，因此，要防止在强干扰的状况下出现SIM卡掉落的情况，就需要ESD保护器件，来避免工作在设计参数的极限附近。SMF05C型ESD器件，是利用电阻与稳压二极管的电路组合对连接的电路进行过压和限流保护，对SIM卡接口起到保护作用。

3 系统软件设计

3.1 学生功能模块

学生功能模块包含个人信息管理、人脸识别签到、待办任务模块等。学生通过学校的学号以及邮箱进行注册登录，并拍照完成面部信息的采集。系统后台将采集的面部信息存入到百度人脸库中，将学号和邮箱存入树莓派的MySQL数据库中。在任务代办模块，学生可以关注微信公账号获取任务、任务反馈情况，通过后台数据库反馈给辅导员微信端，方便辅导员实时统计查询。

3.2 辅导员功能模块

辅导员可以进入后台网页查看学生信息状态和任务完成情况。后台管理采用Django管理页面，图形化数据库页面，通过Django提供的框架，将数据库中的信息图形化，能够更加直接地展现出学生信息状态。即使不懂数据库的管理者，也可以通过点击页面中的按钮去查看签到情况、发布任务等，如图2所示。另外，辅导员可以设置定时提醒学生完成发布的任务统计，并将反馈数据信息发送到管理员的微信端。在微信端，辅导员可以使用文字或语音方式发送指令，微信公众号收到消息会进行语音或文字解析，并进行关键字匹配等，最后，将处理后的信息反馈给辅导员。微信界面展示如图3所示。