一种基于压力传感器的考勤管理系统

林小娟，蔡健文，张芳，周柏

（佛山职业技术学院，广东佛山，528137）

0 引言

课堂考勤是学校教学管理中的重要环节，现有的签到考勤方式，分为人工点名和信息技术手段点名两种。人工点名方式，点名者需要将点名册学生的名字全部读一遍，从而确认学生出勤情况，所花费时间与学生人数规模成正比，效率低，耗费精力大，且无法精确记录学生出勤时长。信息技术手段点名，一般采用外在装置例如打卡机、信息采集装置等采集签到信息，以上两种方式都无法精确记录学生出勤时长，且很难核实学生身份的真实性。综上，本文提出一种基于压力传感器的考勤管理系统，使用人脸识别技术核实学生身份，通过压力传感器来记录每一个学生的出勤时长。

1 考勤系统概述

■1.1 系统硬件方面

如图1所示，系统硬件包括座椅、压力传感器、主控模块、电源模块、NB-IOT通信模块、A/D转换器等。

图1 考勤座椅结构示意图

具体包括椅座、与椅座转动连接的靠背、靠背上开设有容纳腔和走线槽，容纳腔位于靠背的上侧，走线槽位于靠背的左侧边或右侧边，走线槽的槽口可拆卸安装有走线板，走线板与走线槽适配，走线槽的一端与容纳腔连通，走线槽的另一端开设有走线孔，走线孔位于椅座一侧。

安装时，将主控模块、电源模块、NB-IOT通信模块、以及A/D转换器先连接好，将走线板打开，从走线槽与容纳腔的连通处，将连接好的主控模块、电源模块、NB-IOT通信模块、以及A/D转换器置入容纳腔内，并将A/D转换器和压力传感器的连接线沿走线槽布放，穿过走线孔，与坐垫内的压力传感器连接，在通电后确认主控模块、电源模块、NB-IOT通信模块、A/D转换器、以及压力传感器正常工作，最后将走线板安装在走线槽上，完成座椅的安装。

如图2所示，使用时，压力传感器,检测座椅上的压力信号,由于9个压力传感器以九宫格的形式等间距排布，当上课考勤时，学生正常坐在座椅上，均可检测到压力信号，不会存在检测盲区；接着，A/D转换器将该压力信号进行模数转换，得出一个压力值，主控模块通过压力值判断座椅上是否有人，示例性地，若压力传感器没有检测到压力信号（压力信号状态为OFF），则主控模块判断座椅上没人；若压力传感器检测到压力信号（压力信号状态为ON），则主控模块判断座椅上有人，根据系统工作策略判断程序以进行检测。NB-IOT通信模块将主控模块的检测结果进行上报，从而完成自动考勤。

图2 考勤座椅电路框图

■1.2 系统软件方面

本考勤系统包括“课堂开始前”、“课堂开始及考勤”、“课堂结束”“状态处理”四个模块。

考勤系统的工作流程:“课堂开始前”模块，学生通过考勤系统点击签到模块，系统启动手机前置摄像头，通过人脸识别功能匹配是否学生本人。匹配成功后，学生扫描教师现场发布的课堂二维码进行签到并选择座椅进行个人ID绑定。随后进入“课堂开始及考勤”、“课堂结束”模块，系统根据座椅上的压力传感器记录学生出勤时长，精确记录学生迟到、早退、旷课等情况。课堂结束后，由“状态处理”处理模块判断考生最终出勤状态，并自动生成所有学生课堂累计出勤时长及考勤状态，作为课程出勤考核依据，达到课堂精确化管理的目的。

2 系统设计

■2.1 “课堂开始前”模块

如图3所示，教师用户登陆系统发布签到二维码和设置课堂开始结束时间，学生用户点击签到模块，启用人脸识别功能后，扫描签到二维码并填写教室座位号，以此完成学生的身份确认和个人ID与座椅的绑定工作。有特殊情况的学生可以通过在“请假”模块进行相应申请。

图3 “课堂开始前”模块工作策略图

■2.2 “课堂开始及考勤”模块

如图4所示，课堂上课时间触发后，系统自动启动工作策略。识别每个签到学生的座位压力传感器状态（ON代表座位有人，OFF代表座位没人）。判断状态是否为ON，若是，直接进入“考勤”状态，若状态为OFF，标记该生“迟到”状态，进入 “考勤”状态，具体如下：

图4 “课堂开始及考勤”模块工作策略图

步骤一：识别每个签到学生的座位压力传感器状态，判断状态是否为ON，若是，进入步骤二；若否，进入步骤三；

步骤二：判定学生在座位上，累计其出勤时长T1；

步骤三：判定学生不在座位上，累计其缺勤时长T2，进入步骤四；

步骤四：判断T2是否大于T0（T0为课程时长＊考勤系数，由教师设置考勤系数），若T2大于T0，判断为TRUE，进入步骤五；否则T2小于等于T0，判断为FALSE，不作处理，回到步骤一。

步骤五：标记该生状态为“旷课”。

■2.3 “课堂结束”模块

如图5所示，识别每个签到学生的座位压力传感器状态，判断状态是否为ON，若是，不作处理；若状态为OFF，标记该生“早退”状态。

图5 “课堂结束”模块工作策略图

■2.4 “状态处理”模块

当课堂结束后，统计该生状态数量，若该生没有任何标记，则认为正常出勤；

若学生只具备“迟到”“早退”“旷课”其中一种状态时，直接记录；

若学生具备“迟到”“早退”两种状态时，同时记录；

若学生具备“迟到”“旷课”两种状态时，只记录该生“旷课”；

若学生具备“早退”“旷课”两种状态时，只记录该生“旷课”；

若学生具备“迟到”“早退”“旷课”三种状态时，只记录该生“旷课”。

3 结语

目前,人工点名方式在高校课堂管理中依然占据较大比例，耗时长，点名效率较低。其余一些信息采集装置技术仍然很难做到自动化、精确化管理,满足不了课程考勤需求。本文提出一种基于压力传感器的考勤管理系统，操作简单，考勤效率高，可有效减轻教师负担，避免冒名代签情况，以及可以实时生成并保存每次的出勤情况，做到自动化、精确化管理，适用于会议、高校课堂、培训等应用情景。