基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)

周興 肖娟 王嵩

摘? 要： 如何利用手機(jī)提高課堂考勤效率，同時(shí)又不讓學(xué)生上課玩手機(jī)。通過(guò)研究和比較各類(lèi)考勤系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為教師端和學(xué)生端，以教師端為主體，以每節(jié)課為單位，由教師端臨時(shí)創(chuàng)建WLAN，學(xué)生端連入WLAN，接收教師端的FPR指令，完成考勤后，教師端可對(duì)學(xué)生端手機(jī)屏幕實(shí)施監(jiān)管。該系統(tǒng)解決了手機(jī)考勤中“手機(jī)來(lái)人不來(lái)”的弊端，杜絕了學(xué)生上課玩手機(jī)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： android; WLAN; FPR（指紋識(shí)別）; 課堂實(shí)時(shí)考勤

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2019）09-103-04

Classroom real-time attendance checking and mobile phone screen monitoring system using Android and WLAN+FPR technology

Zhou Xing， Xiao Juan， Wang Song

（College of Software and Communication Engineering， Xiangnan University， Chenzhou， Hunan 423000）

Abstract： How to use mobile phones to improve the efficiency of classroom attendance， while not allowing students to play mobile phones in class. By studying and comparing various attendance checking systems， a real-time attendance checking system and a mobile phone screen monitoring system are designed and implemented using Android and WLAN+FPR technology. The system is divided into teacher-side and student-side， with teacher-side as the main body and each lesson as a unit. The teacher-side temporarily creates WLAN， and the student-side connects to WLAN， receives FPR instructions from the teacher-side， completes attendance checking， and the teacher-side can supervise the mobile phone screen on the student-side. The system solves the drawback of mobile phone attendance checking which checks only the phone but not the phone owner， and eliminates the phenomenon of students playing mobile phone in class.

Key words： Android; WLAN; FPR （fingerprint recognition）; real-time class attendance

0 引言

智能手機(jī)的普及率越來(lái)越高，智能手機(jī)APP也層出不窮，很多領(lǐng)域都有了自己的APP，涵蓋人們生活和學(xué)習(xí)的方方面面[1]。利用智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)考勤不論是針對(duì)公司員工還是針對(duì)高校課堂都有了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和可能。

1 課堂考勤軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)分析

高校課堂考勤經(jīng)歷了從手工考勤->校園門(mén)禁卡->WEB應(yīng)用程序考勤->智能手機(jī)app考勤這一過(guò)程。利用手機(jī)app來(lái)實(shí)現(xiàn)課堂考勤是目前最為流行的考勤方式。目前利用手機(jī)app實(shí)現(xiàn)考勤的主流技術(shù)是利用定位技術(shù)，通過(guò)GPS和基站兩種定位方式確定被考勤者的位置信息來(lái)完成考勤。還有利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)考勤管理系統(tǒng)的，此系統(tǒng)主要利用藍(lán)牙短距離傳輸和穿墻能力差的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)通訊信號(hào)的短距離控制，考勤過(guò)程中教室端自動(dòng)與學(xué)生端通信并完成考勤過(guò)程，考勤信息在教師端匯總后顯示[2]。利用定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)考勤時(shí)定位經(jīng)常不精確，利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)考勤時(shí)覆蓋范圍小，這些類(lèi)型的手機(jī)考勤系統(tǒng)還有一個(gè)致命的弊端就是只要手機(jī)到了就能完成考勤，也就會(huì)出現(xiàn)“手機(jī)來(lái)而人不來(lái)”也可成功考勤的現(xiàn)象。

隨著生物特征識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了利用指紋識(shí)別、人臉識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的考勤系統(tǒng)。但人臉識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量大、算法復(fù)雜、成本高，不利于迅速的推廣和應(yīng)用，并且其實(shí)現(xiàn)效果還存在一定的誤差。而指紋識(shí)別技術(shù)是生物特征識(shí)別技術(shù)中最成熟的，應(yīng)用最廣泛，其實(shí)現(xiàn)成本低、操作簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)度高。

基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)APP是利用手機(jī)熱點(diǎn)組網(wǎng)技術(shù)根據(jù)課堂時(shí)間可臨時(shí)組建WLAN，利用指紋識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)考勤，能把課堂考勤與課堂教學(xué)管理相結(jié)合，考勤后還實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生手機(jī)屏幕的監(jiān)管。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)APP分為教師端和學(xué)生端兩大模塊，實(shí)現(xiàn)教師為主體學(xué)生為載體的調(diào)用。教師端有導(dǎo)入學(xué)生信息、組建局域網(wǎng)、接受學(xué)生注冊(cè)信息（第一次上課）和指紋匹配信息（每次上課）、對(duì)導(dǎo)入學(xué)生信息與學(xué)生注冊(cè)信息進(jìn)行匹配，保存學(xué)生考勤信息、查看學(xué)生考勤信息、統(tǒng)計(jì)學(xué)生考勤信息、對(duì)學(xué)生端進(jìn)行鎖屏、下課對(duì)學(xué)生端進(jìn)行解鎖。學(xué)生端的功能具有接入局域網(wǎng)、注冊(cè)自身信息和指紋驗(yàn)證等。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)，APP使用Android自帶的輕量數(shù)據(jù)庫(kù)SQLITE，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)各類(lèi)數(shù)據(jù)的管理[3-4]。

管理的數(shù)據(jù)實(shí)體有學(xué)生，課程，教師等。學(xué)生實(shí)體包括學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、MAC地址，課程實(shí)體包括課程名;教師實(shí)體包括教學(xué)信息，學(xué)生和課程之間是上課或缺課的關(guān)系，教師和課程間是授課的關(guān)系，系統(tǒng)整體E-R圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)APP中主要包括教師端無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組建，學(xué)生端指紋識(shí)別匹配，學(xué)生端手機(jī)屏幕監(jiān)控這三大功能。

3.1 教師端WiFi實(shí)時(shí)組網(wǎng)與通信功能

基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)需要教師端在上課考勤時(shí)臨時(shí)組建一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）實(shí)行實(shí)時(shí)通信。在無(wú)需其他硬件通信設(shè)備的情況下，依靠手機(jī)自身的WIFI模塊設(shè)置WLAN是最佳選擇。教師端作為無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP組建網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生端通過(guò)手機(jī)WiFi接入網(wǎng)絡(luò)。選用udp協(xié)議通信，udp協(xié)議支持一對(duì)多的通信廣播，符合一個(gè)教師端多個(gè)學(xué)生端的場(chǎng)景，面向無(wú)連接的數(shù)據(jù)傳輸，直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)應(yīng)的 IP地址，并無(wú)需建立連接，速度較快[5]。組網(wǎng)成功后，教師端作為服務(wù)端，先廣播簽到信息，學(xué)生端接受并返回信息。

3.2 指紋識(shí)別功能

為了確定學(xué)生端返回簽到信息的精準(zhǔn)性，基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用了Android6.0以上的版本提供的指紋識(shí)別api，利用指紋識(shí)別技術(shù)完成精準(zhǔn)實(shí)時(shí)考勤，從根本上解決了“手機(jī)來(lái)人不來(lái)”的手機(jī)考勤弊端。

在指紋識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)采用本地交互和對(duì)稱(chēng)加密方式，提高系統(tǒng)識(shí)別的效率，并且通過(guò)Android官方API，利用FingerprintManager. authenticate（）方法創(chuàng)建一個(gè)CryptoObject對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)。在指紋識(shí)別考勤過(guò)程中為了避免學(xué)生端通過(guò)添加他人的指紋信息來(lái)實(shí)現(xiàn)代簽的行為，本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)稱(chēng)加密KeyGenerator 創(chuàng)建一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰，該密鑰存放在 KeyStore 里，當(dāng)手機(jī)系統(tǒng)有新的指紋修改會(huì)使keyStore自動(dòng)失效，當(dāng)keyStore失效時(shí)必須進(jìn)行再一次的創(chuàng)建密鑰，而創(chuàng)建密鑰的機(jī)會(huì)只有在初次使用系統(tǒng)或利用教師端再次賦予，從而提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可用性。

3.3 學(xué)生端屏幕監(jiān)控功能

當(dāng)學(xué)生端指紋匹配信息成功發(fā)送給教師端，教師端把考勤信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)向?qū)W生端發(fā)送屏幕監(jiān)控的指令，鎖定學(xué)生端屏幕，防止學(xué)生上課玩手機(jī)。

學(xué)生端屏幕的鎖定是基于懸浮窗口的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)在鎖屏頁(yè)面開(kāi)啟的同時(shí)，開(kāi)啟一個(gè)后臺(tái)鎖屏服務(wù)，讓該服務(wù)監(jiān)聽(tīng)power鍵的響應(yīng)，屏蔽系統(tǒng)的鎖屏，然后開(kāi)啟屏幕鎖定。這樣可以使power鍵開(kāi)關(guān)機(jī)無(wú)法解除屏幕鎖定，然后開(kāi)啟一個(gè)后臺(tái)線(xiàn)程用來(lái)接收教師端信號(hào)，并通過(guò)教師端的信號(hào)的來(lái)解除鎖屏服務(wù)。由于屏幕的鎖屏和解鎖取決于教師端的信號(hào)，所以鎖屏服務(wù)必須要?jiǎng)討B(tài)注冊(cè)，手動(dòng)注銷(xiāo)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)APP，分為教師端和學(xué)生端兩大模塊。

4.1 教師端實(shí)現(xiàn)

⑴ 教師端功能實(shí)現(xiàn)

① 教師根據(jù)課程安排導(dǎo)入學(xué)生信息;

② 教師臨時(shí)組建局域網(wǎng);

③ 第一次上課接受來(lái)自學(xué)生端的注冊(cè)信息和指紋匹配信息，并與導(dǎo)入學(xué)生信息進(jìn)行自動(dòng)匹配，保存至數(shù)據(jù)庫(kù);

④ 每次上課都接受來(lái)自學(xué)生端的指紋匹配信息，完成考勤;

⑤ 對(duì)學(xué)生端進(jìn)行鎖屏;

⑥ 查看和統(tǒng)計(jì)每節(jié)課的考勤情況;

⑦ 下課時(shí)間點(diǎn)對(duì)學(xué)生端進(jìn)行解鎖。

具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

在教師端登錄后，點(diǎn)擊導(dǎo)入，可導(dǎo)入學(xué)生名單，顯示班級(jí)課程列表。點(diǎn)擊點(diǎn)到，即可進(jìn)入組建局域網(wǎng)界面。教師輸入熱點(diǎn)名稱(chēng)和密碼點(diǎn)擊創(chuàng)建，臨時(shí)組建局域網(wǎng)。學(xué)生簽到表的信息從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出并顯示，包括：學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、課程狀態(tài)，如有學(xué)生沒(méi)帶手機(jī)，點(diǎn)擊狀態(tài)欄可手動(dòng)更改簽到狀態(tài)。學(xué)生端簽到完成后可對(duì)學(xué)生端下達(dá)鎖屏指令，到下課時(shí)間教師可按解鎖按鈕對(duì)學(xué)生端解鎖。教師端還可查看學(xué)生考勤信息（姓名，班級(jí)，課程，學(xué)號(hào)，狀態(tài)），缺到詳細(xì)信息（學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、課程、時(shí)間）以及考勤的統(tǒng)計(jì)信息（學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、課程、次數(shù)）等。

⑵ 教師端UI實(shí)現(xiàn)

教師端采用fragment界面設(shè)計(jì)方法[6]，使各模塊間接切換更快速，提升性能。教師端界面如圖3所示。

4.2 學(xué)生端實(shí)現(xiàn)

⑴ 學(xué)生端功能實(shí)現(xiàn)

① 接入教師端創(chuàng)建的局域網(wǎng);

② 第一次上課要給出注冊(cè)信息和指紋匹配信息，傳送給教師端;

③ 每次上課進(jìn)行指紋匹配。

具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

學(xué)生端登錄進(jìn)入學(xué)生端主界面。在第一次上課時(shí)即可進(jìn)入注冊(cè)界面，此后直接在登錄界面錄入指紋，按照提示信息匹配指紋，然后學(xué)生輸入自己的姓名、學(xué)號(hào)、班級(jí)，點(diǎn)擊提交按鈕。在教師點(diǎn)到結(jié)束后開(kāi)啟鎖屏功能，學(xué)生端進(jìn)入鎖屏界面。

⑵ 學(xué)生端UI實(shí)現(xiàn)

學(xué)生和教師端界面實(shí)現(xiàn)的風(fēng)格是一致的，都是以綠色為主色調(diào)并且顏色的搭配以清新明朗為目標(biāo)。教師端對(duì)學(xué)生端所發(fā)出的指令都以小窗口的形式呈現(xiàn)，簡(jiǎn)單直觀。

5 結(jié)論

基于android與WLAN+FPR技術(shù)的課堂實(shí)時(shí)考勤和手機(jī)屏幕監(jiān)管系統(tǒng)，是針對(duì)android6.0以上的版本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的一款用于課堂考勤和管理的手機(jī)APP，此APP能實(shí)現(xiàn)教師端熱點(diǎn)實(shí)時(shí)組網(wǎng)，對(duì)使用場(chǎng)合無(wú)其他硬件需求;能實(shí)現(xiàn)學(xué)生端實(shí)時(shí)指紋識(shí)別簽到，完美地解決了“手機(jī)來(lái)人不來(lái)”手機(jī)考勤所存在的弊端;能實(shí)現(xiàn)教師端對(duì)學(xué)生端手機(jī)屏幕的監(jiān)控鎖屏，解決了上課玩手機(jī)這一嚴(yán)重的教學(xué)現(xiàn)象。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案新穎，有較大的創(chuàng)新和應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)在今后的應(yīng)用過(guò)程中還將不斷的完善其穩(wěn)定性和容錯(cuò)性，并考慮在IOS系統(tǒng)中的移植開(kāi)發(fā)。

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