一套教室人数智能统计与显示系统的研制

　　摘 要 为提高学生的按时到课率，帮助教师了解学生的到课情况，以及改善教室的学习环境，基于微控器设计教室人数智能统计与显示系统。对该系统的功能、结构和工作原理进行阐述，并介绍传感系统和计量原理。结果表明，该系统的考勤功能显著提高了学生的按时到课率，系统的空余座位显示功能方便了学生寻找自习教室。
　　关键词 教室人数智能统计与显示系统；考勤；微控器；传感器
　　中图分类号：G642 文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2016）24-0040-03
　　Research of An Intelligent Counting and Display System for Classroom//ZHANG Haichao， MA Fengling， ZHENG Boming， CAI Zhanxiu， QIU Zhaoyun
　　Abstract In order to improve the rate of students to class on time， help teachers to understand the situation and improve the learning environment of the classroom， an Intelligent Counting and Display System based on the mircro-controller for classroom is designed. The
　　function， structure and working principle of the system are described，
　　and the sensing system and measurement principle are introduced emphatically. The results show that the system’s attendance function significantly improves the rate of students to class on time， and the function of system to display spare seats is convenient for student to look for self-study classroom.
　　Key words intelligent counting and display system for classroom； attendance； mircro controller； sensor
　　1 引言
　　考勤方法主要有點名、签到、IC卡刷卡、指纹识别[1]和人脸图像识别[2]。分析发现传统的点名和签到的考勤方法耗时且不方便；IC刷卡考勤的缺点在于可由他人代替考勤；较为先进的指纹扫描考勤可靠性较高，但指纹扫描速度相对较慢；先进的人脸图像识别考勤系统需要配备计算机，系统相对庞大，造价相对高昂。
　　显然，上述考勤方法均不适于课间间隔只有10分钟的教室考勤。针对此问题，基于微控器并采用双调制频率双光路的可逆计量传感器，研制一套教室人数智能化统计与显示系统，实现自动、快速考勤的目的。考虑到学校的学习环境情况，该系统具有人数统计、剩余座位统计、日历时间显示等功能，能实时、直观显示多种有用信息，且操作方便，节省时间，造价低廉，避免了上述考勤方法的缺点，对于提高学生的到课率，增强教师的授课效果[3]以及改善教室的学习环境，具有实际价值。
　　2 教室人数智能统计与显示系统的设计
　　统计与显示系统的功能 教室人数智能统计与显示系统的主要功能是课堂考勤，能够对出入教室的人员进行智能化统计。下课后，为方便学生寻找有空位的自习教室，该系统设计有剩余座位统计功能；为防止上课期间被打扰，设计有上课提醒功能；为便于教师掌控授课时间，设计有日历、时间显示等功能。
　　用于考勤的人数统计功能包括按时到课人数统计和自习时室内人数统计功能。考勤功能便于教师对到课人数进行统计，督促学生准时上课，提高学生的上课积极性。日历、时间显示功能包括日历显示、课堂剩余时间显示、课间剩余时间显示和“正在上课”显示等功能，能够提醒教师掌握授课时间，避免拖堂而影响学生的生活与学习。“正在上课”和剩余座位统计功能则有利于提醒和告知寻找自习教室的学生，无须开门就清楚教室内有无空余座位、是否正在上课，避免对上课和自习带来的干扰，对于改善教学和学习环境、营造良好的学习氛围具有重要意义。
　　统计与显示系统的构成 图1为教室人数智能统计与显示系统的整体构成框图。该系统主要由微控器系统、传感器系统、时钟系统、显示系统、键盘系统等部分组成。其中微控器系统采用STC89C52单片机[4]为核心设计，单片机内建有程序存储器、数据存储器、用户EEPROM、程序监控系统、上电复位等系统资源，仅通过I2C总线扩展一片时钟芯片，其他I/O口通过连接器与其他系统连接，大大简化微控器系统的设计。传感器系统由红外发射电路和接收电路构成，对进出教室人员信息进行检测，通过两个I/O口线输入微控器系统对数据进行处理。微控器还分时扫描时钟系统和键盘输入系统，并将统计数据和时钟计时等信息输出到显示系统进行实时显示。键盘输入系统则用于控制操作、时钟校准、密码输入和系统设置。
　　统计计量的准确性主要取决于传感器系统，为此采用自主设计的双频双通道可逆计量传感器[5]。为方便观察，显示系统由室内显示器和室外显示器构成，两显示器显示的信息不尽相同，其中室内显示器主要用于考勤和计时，而室外显示器主要用于告知室外人员教室内部的状态。
　　统计与显示系统的工作过程 接通电源后，系统自动进行初始化，并进入系统运行主程序，依次循环执行程序流程：读取相关数据→刷新显示数据→查询传感器状态→扫描键盘状态→返回主程序。其中读取的数据包含考勤数据、剩余座位数据和时钟计时数据，并送显示缓冲区，供显示程序刷新显示。系统检测到传感器系统传送数据时，微控器将根据传感器的状态做相应运算处理，即确认人员进入室内时，则室内人员数加1，剩余座位数减1，然后返回主程序并将考勤结果送室内显示器，剩余座位数送室外显示器。同时，两显示器的时间窗口显示时钟数据。

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