基于物联网的教学信息挖掘系统的研究与构建

摘要

针对如何科学评价课堂教学质量、跟踪学生学习状态和高效管理教室资源等一系列亟待解决的问题，学校开始逐渐改善教学管理方法，将以前主要依赖老师收集教学数据（如老师点名、学生自习签到）、计算机辅助统计的教学管理模式提升为更加高效、创新、友好的现代教学管理模式。将快速发展的物联网技术和数据挖掘技术可以有效应用到教学管理中。因此，研究和设计基于物联网技术和数据挖掘技术的教学信息管理系统，将具有较大的实际应用价值和广阔的推广应用前景。
　　首先，分析了教学信息管理系统的国内外研究现状，规划了基于物联网技术的教学信息挖掘系统的功能，论证了信息采集模块、网关模块、服务器的技术方案和教学信息挖掘系统的核心算法，设计了系统的总体架构，给出了系统的开发方法。然后，基于微控制器STM32F103进行了课堂学生信息采集子系统的软硬件设计，实现了课堂学生出勤率和抬头率的统计功能。接着，采用具有Cortex-M3内核的ARM芯片STM32F207、以太网接口芯片DP83848、RS485通讯接口芯片SN65HVD11、电源芯片TPS5430，进行了网关子系统的硬件设计;通过移植FreeRTOS操作系统到STM32和移植LwIP协议到FreeRTOS，完成了网关子系统的软件设计。
　　最后，基于PageRank算法提出了教学信息数据挖掘算法，采用B/S结构设计了教学信息挖掘系统的上位机软件。系统通过课堂学生出勤率、抬头率两个指标的大数据，可以挖掘和关联出许多有用的教学管理和教学质量评价的信息。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国外研究动态

1．2．2 国内研究动态

1．3 论文研究内容和主要工作

第2章 基于物联网技术的教学信息挖掘系统总体设计

2．1 基于物联网技术的教学信息挖掘系统的功能规划与描述

2．2 基于物联网技术的教学信息挖掘系统的总体架构设计

2．3 系统方案的论证与选择

2．3．1 信息采集模块的方案论证与选择

2．3．2 网关模块的方案论证与选择

2．3．3 服务器的方案论证与选择

2．3．4 教学信息挖掘系统的核心算法论证与选择

2．4 基于物联网技术的教学信息挖掘系统的开发方法

2．5 本章小结

第3章 课堂学生信息采集子系统设计

3．1 课堂学生信息采集子系统的总体设计

3．2 课堂学生信息采集子系统的硬件设计

3．2．1 核心控制模块的设计

3．2．2 显示与时钟模块的设计

3．2．3 智能摄像头模块的设计

3．3 课堂学生信息采集子系统的软件设计

3．4 本章小结

第4章 网关子系统的硬件设计

4．1 网关子系统的硬件总体设计

4．2 核心控制模块的设计

4．3 以太网接口电路模块的设计

4．4 RS485通信接口电路模块的设计

4．5 电源电路模块的设计

4．6 网关子系统的PCB设计

4．7 本章小结

第5章 网关子系统的软件设计

5．1 网关子系统的软件架构

5．2 Freertos操作系统及其移植方法

5．2．1 Freertos操作系统概述

5．2．2 基于STM32的FreeRtos操作系统移植方法

5．3 LwIP协议栈及其移植方法

5．3．1 Lwip协议概述

5．3．2 基于FreeRTOS的LwIP协议移植方法

5．3．3 网络驱动程序的设计

5．4 嵌入式Webserver的软件设计

5．4．1 网页技术概述

5．4．2 基于FreeRTOS的嵌入式Web构建

5．5 485通信的软件设计

5．6 编译环境Keil μVision4简介

5．7 本章小结

第6章 教学信息挖掘系统的上位机软件设计

6．1 上位机软件的开发环境

6．2 上位机软件的总体功能设计

6．3 服务器与网关之间收发数据的软件设计

6．3．1 MySQL数据库

6．3．2 数据库程序设计

6．4 教学信息数据挖掘算法设计

6．5 浏览器客户端程序设计

6．6 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

作者简介