一种基于蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测系统及方法，系统由蓝牙Beacon基站、教师客户端、学生客户端和服务器端组成；本发明放置在教室里的蓝牙Beacon基站周期性广播蓝牙Beacon报文，教师客户端接收到蓝牙Beacon报文，解析蓝牙Beacon报文以及填充课堂认证信息到请求签到签退报文，上传到服务器端处理，并经由服务器端下载数据分发到学生客户端；学生客户端接收受制区域内蓝牙Beacon报文，解析蓝牙Beacon报文以及填充个人信息到确认签到签退报文，经服务器端显示到教师客户端学生信息列表，完成签到签退功能；学生客户端周期性上传学生客户端屏亮时间窗口数到服务器端，完成学生课堂上网时间统计，显示到教师客户端。本发明经济、实用、便捷，能有效进行课堂管理。

说明书

技术领域

本发明属于蓝牙低功耗以及物联网智慧课堂应用领域，特别涉及一种基于低功耗蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测系统及方法。

技术背景

大学里学生课堂上迟到、早退、逃课现象相当普遍，此外，随着移动终端的普及，学生课堂上玩手机成瘾现象也比较严重，对学业造成严重影响，而教师课堂点名能在一定程度上保证教学效果。

传统人工点名方式存在费时，不便等缺陷。目前，市场上有指纹打卡签到、摄像头人脸签到以及基于Wi-Fi的教学签到等系统，具有成本高、操作不便、前期需要采集认证信息、功耗大等缺陷。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于低功耗蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测系统及方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种基于蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测系统，其特征在于：由蓝牙Beacon基站、教师客户端、学生客户端和服务器端组成；

放置在教室里的蓝牙Beacon基站周期性广播蓝牙Beacon报文，在蓝牙Beacon基站通信广播范围内，根据蓝牙接受信号强度指示，教师客户端接收到蓝牙Beacon报文，解析蓝牙Beacon报文以及填充课堂认证信息到请求签到签退报文，上传到服务器端处理，并经由服务器端下载数据分发到学生客户端；学生客户端接收受制区域内蓝牙Beacon报文，解析蓝牙Beacon报文以及填充个人信息到确认签到签退报文，经服务器端，显示到教师客户端学生信息列表，完成签到签退功能；

学生客户端周期性上传学生客户端屏亮时间窗口数量到服务器端，服务器端完成学生课堂玩手机时间统计，显示到教师客户端。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：蓝牙Beacon基站周期性发送广播信号，广播信号中包含UUID数据项和Measured Power数据项；

步骤2：在蓝牙接受信号强度抵达的区域内的教师客户端和学生客户端接受蓝牙Beacon基站广播信号，解析UUID字段用于下一步签到签退认证处理；

步骤3：教师客户端填写课程编号、时间戳及操作码、UUID，发送到服务器端，服务器端缓存UUID信息后分发到学生客户端响应，其中教师客户端UUID缓存在服务器本地，便于下一步签到签退认证处理；所述操作码为请求签到操作码或请求签退操作码；

步骤4：学生客户端接收蓝牙Beacon基站广播信号，从广播信号中获取UUID，同时接收到服务器端请求签到报文或请求签退报文，解析课程编号后，填写学生客户端UUID、课程编号、学生学号及时间戳，发送到服务器端，完成确认签到或签退操作；

步骤5：服务器端校验学生客户端签到报文或签退报文中UUID及个人信息和教师客户端缓存的UUID和信息，完成学生客户端签到或签退认证处理，认证结果推送到教师客户端，教师客户端端解析每个学生客户端的学生学号、时间戳及课程编号，在信息列表中显示学生学号、课程编号及签到或签退时间；

步骤6：学生客户端在确认签到之后，周期性上传学生客户端亮屏时间窗口数量到服务器端；经服务器端统计，结果同步到教师客户端信息列表，显示学生在课堂上玩手机时间窗口数，便于教师课堂评估。

本发明的有益效果为：

1、Beacon基站基于低功耗蓝牙技术，一颗纽扣电池能工作长达两年之久，功耗低特性，Beacon蓝牙发射装置简易、便宜和移动方便；

2、教师端请求签到及签退操作简便，学生端只需要在移动终端上完成签到及签退，便捷；

3、基于蓝牙接受信号强度和UUID标识符的身份签到认证，仅在学生上课的教室区域内完成身份签到签退认证，安全可靠；

4、通过统计学生终端设备有效亮屏时间来衡量学生上课时间玩手机量，简洁可靠；

5、学生客户端通过亮屏时间窗口约束来过滤短消息、广告等带来的短亮屏干扰，通过采样时间来剔除学生课中休息时间学生玩手机时间，减少统计时间带来的运算压力和存取压力，只需要数据表中存取时间戳和每个学生的亮屏窗口数量便可统计玩手机时刻和时长；

6、此外，教师客户端信息列表实时动态显示学生上课期间玩手机时间窗口数，及支持教师实时评估学生课堂表现，便于教师结课成绩打分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的系统原理图。

图2为本发明实施例的系统模块结构框图。

图3为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。很显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不脱离本发明本质和精神的情况下所获得的所有其他实施例，都属于本发明公开和保护的范围。

在该说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”可能并非指的是同一个实施例，也不是与其他实施例相互排斥的相互独立或选择性的实施例。此外，在流程图或图示模块的顺序，或者用来描述本发明的一个或多个实施例的序号并非固定的指代任何特定的顺序，也不构成对本发明的限制。

请见图1和图2，本发明提供的一种基于蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测系统，由蓝牙Beacon基站1、教师客户端3、学生客户端4和服务器端7组成；蓝牙Beacon基站1包括Beacon发射模块101和电源模块102；教师客户端3包括信息设置模块301、请求签到模块302、请求签退模块303、信息列表模块304和课堂评估模块305；学生客户端4包括确认签到模块401、确认签退模块402和手机上网时长统计模块403；服务器端7包括数据存取模块701、签到认证模块702和信息统计模块703。

本实施例的教师客户端用于教师在应用程序中设置课程编号等信息后，发送请求学生签到及签退指令，指令经服务器端处理后，分发给教室中的每一位在座的学生；在学生客户端确认签到及签退后，教师客户端在信息列表中显示每一位学生的签到及签退时刻；此外，教师客户端学生信息列表中动态更新显示每一位学生课堂上玩手机时刻，以及教师可根据学生课堂回答问题情况和玩手机时长，在学生列表中评估学生的课堂表现，便于给结课成绩提供参考；具体包括信息设置模块、请求签到模块、请求签退模块、信息列表模块和课堂评估模块；

信息设置模块用于教师设置课程编号、接收的Beacon中的UUID等信息；发送至服务器端，服务器端解析UUID和课程编号，其中UUID作为当前课堂学生端签到及签退认证信息，课程编号通过请求签到及签退指令发送给学生客户端。

请求签到模块用于课程上教师给课堂上在座每一位学生发送请求签到指令，包含课程编号等信息。

请求签退模块用于课程上教师给课堂上在座每一位学生发送请求签退指令，包含课程编号等信息。

信息列表模块用于动态显示教师中每一位学生信息，包含签到时刻、签退时刻、玩手机时间窗口数等信息。

课堂评估模块用于在学生信息列表中评估学生的课堂表现。

本实施例的学生客户端用于学生在应用程序中设置学号、姓名等个人信息后，发送到服务器端，教师客户端中信息列表动态显示学生个人信息；教师客户端发送请求签退及签到指令后，学生客户端响应确认签到及签退指令，显示课程信息；每个学生客户端统计学生客户端亮屏时间窗口数量，在数据连接可用时以某个频率周期性自动上报到服务器端，在数据连接不可用时缓存时间窗口数量直到数据连接可用时上传到服务器端，教师客户端从服务器端实时更新显示学生课程上玩手机时间窗口数，本实例中，为了减小短消息、广告等短亮屏带来的干扰，设置亮屏时间检测窗口△T＝5S作为约束条件，亮屏窗口数量上传频率为1/60Hz，这样减少服务器端对每个学生玩手机时间统计带来的运算和存储压力，数值大小在实际使用场景中可以依据需求调整；具体包括：确认签到模块、确认签退模块和手机上网时长统计模块；

确认签到模块用于在教师客户端发送请求签到指令后，学生客户端响应确认签到指令。

确认签退模块用于在教师客户端发送请求签退指令后，学生客户端响应确认签退指令。

手机上网时长统计模块用于依据学生课堂上移动终端亮屏时间窗口数，周期性自动上报到服务器端，教师客户端从服务器端动态显示学生课程上玩手机时间窗口数。学生客户端周期性上传学生移动终端亮屏时间窗口数到服务器端，作为学生上课期间玩手机的标志，周期性上传学生客户端亮屏时刻及灭屏时刻到服务器端完成统计和计算，计算结果动态更新到教师客户端信息列表。

在上述的学生客户端，周期性上传学生移动终端亮屏有限时间窗口数到服务器端，作为学生上课期间玩手机量大小的标记，服务器端数据表存取每个学生的亮屏有效时间窗口数量和对应的时间戳，这样数据表通过简单的计数功能便可统计每个学生课堂上的手机使用情况，并且教室客户端可以通过设置采样时间窗口数来剔除课中休息时间学生玩手机时长。

本实施例的服务器端用于中转教师客户端发送的请求签到及签退指令到学生客户端；解析教师客户端发送请求签到及签退报文中UUID1、课程编号等信息；解析学生客户端发送的确认签到及签退报文中UUID2、学号、姓名、课程信息等个人信息；通过校验UUID1和UUID2以及个人信息来验证学生能否签到及签退成功；缓存学生客户端周期性上报的终端亮屏时间窗口数量到数据库，实时更新到教师客户端动态信息列表；具体包括：数据存取模块、签到认证模块和信息统计模块。

数据存取模块用于缓存来自教师客户端的指令，分发到学生客户端；以及缓存来自每个学生客户端的数据，更新到教师客户端信息列表。

签到认证模块用于解析比较来自教师客户端的认证信息和来自学生客户端的认证信息，完成认证功能。

信息统计模块用于统计来自学生客户端的终端屏幕亮屏时间窗口数，更新到教师客户端相应的信息列表。

本实施例的电源模块为纽扣电池。

放置在教室里的蓝牙Beacon基站1周期性广播蓝牙Beacon报文，在蓝牙Beacon基站通信广播范围内，根据蓝牙接受信号强度指示，教师客户端3接收到蓝牙Beacon报文，解析蓝牙Beacon报文以及填充课堂认证信息到请求签到签退报文，上传到服务器端7处理，并经由服务器端7下载数据分发到学生客户端4；学生客户端4接收受制区域内蓝牙Beacon报文，解析蓝牙Beacon报文以及填充个人信息到确认签到签退报文，经服务器端7，显示到教师客户端3学生信息列表，完成签到签退功能；

学生客户端4周期性上传学生客户端4屏亮时间窗口数到服务器端7，服务器端7完成学生课堂上网时间统计，显示到教师客户端3。

请见图3，本发明提供的一种基于蓝牙的教学签到及课堂手机上瘾监测方法，包括以下步骤：

步骤1：蓝牙Beacon基站1周期性发送广播信号，广播信号中包含UUID数据项和Measured Power数据项；

步骤2：在蓝牙接受信号强度抵达的区域内的教师客户端3和学生客户端4接受蓝牙Beacon基站1广播信号，解析UUID字段用于下一步签到签退认证处理；

步骤3：教师客户端3填写课程编号、时间戳及操作码、UUID，发送到服务器端7，服务器端7缓存UUID信息后分发到学生客户端4响应，其中教师客户端3UUID缓存在服务器本地，便于下一步签到签退认证处理；操作码为请求签到操作码或请求签退操作码；

步骤4：学生客户端4接收蓝牙Beacon基站1广播信号，从广播信号中获取UUID，同时接收到服务器端7请求签到报文或请求签退报文，解析课程编号后，填写学生客户端4UUID、课程编号、学生学号及时间戳，发送到服务器端7，完成确认签到或签退操作；

步骤5：服务器端7校验学生客户端4签到报文或签退报文中UUID及个人信息和教师客户端3缓存的UUID和信息，完成学生客户端4签到或签退认证处理，认证结果推送到教师客户端3，教师客户端3端解析每个学生客户端4的学生学号、时间戳及课程编号，在信息列表中显示学生学号、课程编号及签到或签退时间；

步骤6：学生客户端4在确认签到之后，周期性上传学生客户端4屏亮时间窗口数到服务器端7；经服务器端7统计，结果同步到教师客户端3信息列表，显示学生在课堂上玩手机时间窗口数，便于教师课堂评估。教师客户端3依据学生课堂表现情况，在信息列表中给学生评估分值，作为结课成绩参考。

本实施例的蓝牙Beacon基站广播信号数据中包含两个数据项，分别是UUID、Measured Power。其中，UUID是16位的标识符，表示蓝牙Beacon基站唯一标识，用于教师客户端和学生客户端现场的签到认证；Measured Power是蓝牙Beacon基站与移动终端(教师客户端和学生客户端)之间相距时的参考接收信号强度(RSSI：Received Signal StrengthIndicator)，移动终端根据参考RSSI与接收的RSSI来监测学生是否在教室区域内，用来进行身份认证。

本实例中Beacon发射频率为0.5Hz，数值大小在实际场景中可以依据需求调整。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。