基于蓝牙技术的智能手机袋系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于蓝牙技术的智能手机袋系统及方法，它涉及物联网技术，特别是蓝牙识别及测距技术的应用。所述系统包括手机袋、前端代理服务器、云端服务器、WEB客户端及用户手机。前端代理服务器是一个基于单片机的系统，安装在手机袋中，通过网络与云端服务器相连；前端代理服务器可以获取该手机的蓝牙MAC、名字及距离等信息，并感应手机压力，再将它们发送到云端服务器来记录考勤及手机上交的情况，实现签到考勤和将手机集中管理。系统简单可行，而且用户的手机不用安装任何程序，只要蓝牙可见就行了；全程自动实现，无需人工监督。本发明适用于学校及其它人员集中的场所，以实现对所有人签到考勤和手机集中管理的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及物联网技术，特别是蓝牙识别及测距技术的在智能考勤及手机集中管理中的应用。

背景技术

人们随着生活水平的提高，几乎人手一台手机，且似乎无时无刻都离不来手机，如果不加以控制，将严重影响人们的学习或工作。于是，有人发明了布料作的简单手机袋，每个手机袋分出几十格，并编上号，很多的学校都会在每个教室里钉一个，要求所有学生上课前将手机放入手机袋中。如果有人监督，还会有部分人将手机放入手机袋中，但如果没有人监督，时间长了，很少会有人将手机放入手机袋中，因此，这种简单的手机袋已经不能发挥其应有的作用了。

中国实用新型专利201720667215.8公开了一种改进的《教室用手机袋》，该手机袋主要用于教室，用金属为主要材料制作成一个密闭的箱体。其主要特点是手机袋的金属材料箱可以屏蔽内部手机的信号，以免影响课堂教学，而对手机上交的情况仍需要有人监督，手机袋才能真正发挥其作用，而且无法自动实现上交情况的报表和统计。

中国专利201910386241.7公开了《一种基于智能手机袋的签到管理系统及方法》。该系统包括教师端、学生手机端、智能手机袋和服务器端，学生手机通过事先安装的APP实现向教师端扫二维码签到，并将手机放入智能手机袋的某格中，系统通过格子中的限位开关来检测手机是否上交，从而实现手机集中管理。该专利确实具有一定的智能特征，但该专利说明中并未指出每一格与学生对应关系，系统将无法确定谁的手机未交；另一方面，由于需要学生手机上安装APP，这会遭到很多学生的排斥，从而会增加实施的难度。

中国专利201910374853.4公开了《一种课堂手机收纳智能监管系统》，该发明所公开的智能监管系统，通过数据采集模块对每一个手机收纳处的重量信息进行采集，并通过数据传输网络将信息传送至所述单片微控制器模块；但本专利并没有说明怎么样将每个格子与具体的学生对应，因此无法判断哪个学生没有上交，只能判断本次课堂同学是否全部上交手机。因此，该系统仍需有人监督才能发挥其声称的作用，这增加了实施成本。另一方面，有关业务逻辑都写在单片机上，实现和升级都比较麻烦。

根据以上分析，目前已经公开的专利中所提的方案大多都具有可行性不高的特点：这些方案基本都仍然需要人工监督管理才能一直发挥其手机集中管理的目的，因此并不能减轻手机集中管理的工作量；或者，虽然有些系统可以实现签到功能，但要求参与签到的用户的手机事先要安装APP，而很多用户不愿意安装APP，这就使得推广存在许多困难；或者，有些系统由于结构复杂、造价偏高，而导致安装和维护的困难，增加了维护成本。

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构简单、安装和升级方便、造价低廉、用户接受度高的智能手机袋系统。既能实现签到与考勤功能，又能实现无需人员监督的手机集中管理的目的，以便将人们的注意力转移到学习或工作中来。

发明内容

下面以学校应用场景为例来阐述本发明解决其问题所采用的技术方案。

基于蓝牙技术的智能手机袋系统，包括手机袋、前端代理服务器、云端服务器、WEB客户端及学生手机。系统拓朴结构如附图2所示。

进一步，手机袋被分割出多个格子，每个格子可以放一台手机，结构见图1。手机袋可以安装在每个教室前面的墙壁上，以方便同学们相互监督。每个格子中安装一个压力传感器、一个黄色的手机已入袋指示灯和一个绿色的签到指示灯，压力传感器和指示灯都通过电路与前端代理服务器相连。当手机放入手机袋的某格后，该格中压力传感器受压，相应格中黄灯亮起，当手机从某格取出，压力传感器失压，黄灯熄灭。压力传感器的压力变化实时通过前端代理服务器报告给云端服务器，并记录到相应考勤记录的“手机已入袋”字段中。

进一步，考勤记录是指每次上课前，教师可通过所述WEB客户端为全班所有应到学生创建的初始考勤记录。记录至少包括以下字段：记录号、学号、座位号、课程号、教室号、上课时间、下课时间、蓝牙MAC、考勤标记、最后更新时间、手机已入袋、考勤记录完结；初始考勤记录是指记录的以下字段被赋值：记录号、学号、座位号、课程号、教室号、上课时间、下课时间。

进一步，前端代理服务器安装在手机袋中，可以是专门的单片机，也可以是一台普通的智能手机来充当，必须始终插上电源，其中可安装一张有效的SIM卡，通过手机通讯网络与云端服务器相连，或者通过LAN端口或WIFI连接互联网，再与云端服务器相连。前端代理服务器一个主要的工作是获取学生手机蓝牙信息（包括蓝牙MAC、名称、离前端代理服务器的距离），再向云端服务器报告，并将云端服务器返回的信息显示在其屏幕上；另一个工作是接收压力传感器的信号，并控制指示灯，且实时向云端服务器报告某格手机入袋状态。前端代理服务器还留有多个手机袋扩展接口，当一个袋手机格数量不够时，可以通过扩展接口增加手机袋。

进一步，云端服务器一方面接收到前端代理服务器报告的学生手机蓝牙信息，根据收到的时间为匹配（匹配方法可参考规则1）的考勤记录标记“正常”或“迟到”；接收前端代理服务器报告的压力信息，并按座位号为匹配的考勤记录标记“手机已入袋”；另一方面，根据一定的业务逻辑（可参考下文业务规则5，也可参考图4）标记相应考勤记录为“旷课”、“早退”及“考勤完结”，这是云端服务器按一定的时间间隔不断运行的基础工作。

进一步，WEB客户端可以是PC端浏览器，也可以是手机浏览器；通过它，学生可以查询上课的座位号，并按座位号将手机放入手机袋的相应格子中，也可以通过它来实现手机蓝牙绑定、相关考勤错误的申诉以及相关考勤信息的查询与统计；老师可以在每堂课开始时为所有应到学生创建初始考勤记录，以及考勤信息查询与统计；管理人员可以实现系统维护、管理及查询与统计工作。

进一步，学生手机作为系统的另一种主要的客户端，其实它只是系统的必要参与者，其上不用为此安装任何客户端APP，只要将蓝牙打开并设置可见就行了（现在的手机一般都带有蓝牙）。但是为了方便理解，仍然叫它客户端。一般要求它是学生平常最常用的手机，将它来考勤和集中管理，才可以防止学生上课玩手机，将他们的注意力全部拉回课堂。

以下是一些主要业务规则的介绍。

规则1：学生与蓝牙MAC对应关系的确定可以按以下两种方式之一进行。

第一种方式：某手机第一次用来考勤时，应将手机的蓝牙名称修改为自己的学号；这时，前端代理服务器向云端服务器上报的手机蓝牙信息中包含的含蓝牙的名称即学号，如果系统按蓝牙MAC匹配考勤记录失败，则自动按蓝牙的名称（即学号）来匹配，实现签到，并将此MAC与该学生绑定。

第二种方式：由WEB客户端程序或学生主动查到自己的手机蓝牙MAC后，通过WEB客户端程序填写到该生的MAC字段，完成绑定。

规则2：老师每堂课开始前必须为本堂课创建新初始考勤记录，以下是具体步骤。

步骤1.如果有课表数据支持，则只需用WEB客户端选择本堂课要进行的课表项，系统便可加载该堂课应到学生名单。若没有课程表数据，则可以由老师通过WEB客户端临时开始一堂课，并指定任课老师、教室、上下课的标准时间及上课的学生名单等必要的信息。

步骤2.为每个学生分配座位号，并创建初始考勤记录，且至少以下字段被赋值：记录号、学号、座位号、课程号、教室号、上课时间、下课时间。

规则3：学生签到的流程可参考图3，以下是具体步骤。

步骤1.学生上课前先通过WEB客户端查询本次上课对应的座位号。说明：老师上课前已经为本堂课所有应到学生创建了初始考勤记录，可从中导出座位号对应表。一般如果同一批人上课，座位号是固定的，不一定每次都要查询，记住就行了；也可由上课的老师上课前事先将座次表投影到大屏幕上，不用学生各自查询。

步骤2.学生将自己的手机先打开蓝牙（如果是第一次使用该手机，则必须将蓝牙名称修改为学号），再按座位号将手机放入手机袋的对应格子中。接下来的步骤分以下两种情况：

a.如果某格的压力传感器感应到压力，本格中黄色的指示灯亮起，并报告云服务器本格座位号，云端服务器根据座位号匹配学生考勤记录，并记录“手机已入袋”；

b.如果压力传感器未感应到压力，重新执行步骤2。

规则4：前端代理服务器的循环进行的主要工作流程可参考图3，以下是其具体的步骤。

步骤1.前端代理服务器扫描手机袋中的所有蓝牙设备，获取手机的蓝牙信息，并将蓝牙信息发送到云端服务器。

步骤2.云端服务器将收到的蓝牙信息与考勤记录匹配，匹配方法具体两种情况：

a.该蓝牙MAC与本堂课未完结的某条考勤记录的MAC匹配成功，则并按当前时间为该考勤记录标记正常或迟到，并记录最后刷新时间。并向前端代理服务器返回相应学生的座位号及签到成功的消息；

b.该蓝牙MAC与本堂课的初始考勤记录的MAC匹配不成功时，则又要分两种情况：

①.按蓝牙的名称与初始考勤记录中的学号匹配，若匹配成功，则标记该考勤记录为正常，并将收到的MAC与该生绑定；

②.按蓝牙的名称与初始考勤记录中的学号匹配不成功，则不作任何操作。

步骤3.前端代理服务器若收到云端服务器回复的消息，则按返回的座位号打开手机袋中相应手机格的考勤指示灯，将返回信息显示在其屏幕上。

步骤4.重复步骤1～步骤3。

规则5：云端服务器按设定的时间间隔（与前端代理服务器扫描蓝牙的间隔相同）刷新考勤记录，流程参考图4，以下是具体步骤。

步骤1.云端服务器专用线程不停扫描所有未完结的考勤记录，分两种情况作相应处理；

a.该考勤记录的最后刷新时间早于下课时间，又要分两种情况：

①.如果该考勤记录中手机入袋标记为真（可能是蓝牙关闭或手机掉电了），则记录蓝牙异常标志，并记录最后更新时间，若之前已经异常，则不更新最后更新时间；

②.如果该考勤记录中手机入袋标记为假，则将本考勤记录标记早退；

b.该考勤记录最后刷新时间为空，且当前已经到了下课时间，则记录该考勤记录为旷课。

步骤2.重复步骤1。

本系统简单可行，前端代理服务器中只有少量的程序，大部分程序都在云端服务器上。前端主要用来发现用户的手机蓝牙，并向云端服务器报告蓝牙信息，具体怎么实现签到等业务逻辑都由云端服务器来实现，这样一旦业务规则有变化只要升级云端服务器上的程序就行了，分散在各处前端代理服务器基本不用升级，这就使得系统维护变得十分简单。

本系统甚至还可以进一步简化为：去掉每格中的指示灯和压力传感器，前端代理服务器可采用普通的智能手机代替，但其上要运行一个很小的前端代理服务器程序，以不断向云端服务器报告所发现的蓝牙。若用这种简化版的手机袋，就要求学生的手机必须开机，且蓝牙必须始终处于可见状态，而且不用考虑手机袋放在哪一格了，前端代理服务器会把发现的蓝牙手机的大致距离一同发送给云端服务器，当距离小于某一阀值时，就可认定手机放入了手机袋了，否则只能认定该生已经到课，相当于只签到而没有上交手机。对于简化版的手机袋，要增加手机格数量更简单，只要将添加的手机袋并排安装就行了，无需连接线路。由于省去了指示灯，云端服务器反馈信息只能显示在前端代理服务器的屏幕上。虽然文字不够大，距离远了可能看不清楚，但签到状态和手机上交状态可以滚动显示，而且还可以手工翻阅查看。当然，也可以由云端服务器通过别的渠道将签到状态发送给学生，比如：邮件、短信或微信等。

本系统还有另一优点就是：学生手机无需为此安装任何APP，只要打开蓝牙并设置蓝牙可见，方便前端代理服务器随时获取其蓝牙信息，而且，获取蓝牙信息过程中，学生手机不用蓝牙配对，也不用作任何回应，使得签到和手机集中管理变得十分简单；同时，这一特点还使得系统应用范围更广泛，接受度高，甚至可以应用于会场签到。虽然学生手机不用安装任何客户端程序，但为了便于理解，本系统仍然象别的系统一样称学生手机为客户端，而所有前端代理服务器与云端服务器一起称为服务端，前端代理服务器相当于云端服务器在每个手机袋中设的代理，它们相互配合一起为整个系统服务。

本发明不仅适用于学校对学生手机集中管理和考勤，也适用行工厂、企业、事业单位集中工作场所，以实现对在场人员的手机集中管理和签到。由于不需要安装任何程序，因此对临时会场也适用。

由于系统且有高度的智能化，而且拥有完整而丰富的管理功能，特别是可以查询统计各次的考勤情况及手机上交情况，这对学生将形成一种威慑，学生会自觉是将手机放入手机袋中，从而实现无需人工监督的手机集中管理，因此，大大提高了本系统的可行性和实用性。

附图说明

图1为本发明手机袋部分外形及构造示意图；

图2为本发明之智能手机袋整个系统拓朴结构图；

图3为本发明之前端系统（即手机袋及前端代理服务器）运行流程图；

图4为本发明之云端系统基础工作流程图；

图5为本发明之整个系统各部分的连接图；

图6为本发明之简化版手机袋及其它各部分的连接图；

图7为本发明之简化版前端系统（手机袋及前端代理服务器）运行流程图；

图8为本发明之手机袋部分的另一种形状：盒式手机袋的外形及构造示意图；

图中：

1——手机袋；1-1——座位号；1-2——签到指示灯；1-3——手机入袋指示灯；1-4——压力传感器；1-5手机格；1-6固定孔；1-7扩展手机袋接口；

2——前端代理服务器；2-1——前端代理服务器屏幕；

3——云端服务器；

4——WEB客户端；

5——学生手机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例是标准版系统，参照图1至图5，基于蓝牙技术的智能手机袋系统，包括手机袋1、前端代理服务器2、云端服务器3、WEB客户端4及参与考勤的学生手机5。

手机袋1被隔出多个手机格1-5，每个手机格1-5可以放一部学生手机5。手机袋1可以通过固定孔1-6安装在每个教室前面的墙壁上，以方便同学们相互监督。每个手机格1-5中安装一个压力传感器1-4、一个黄色手机入袋指示灯1-3和一个绿色的签到指示灯1-2，压力传感器1-4、手机入袋指示灯1-3和签到指示灯1-2都通过电路与前端代理服务器2相连。当手机放入手机袋的某手机格1-5后，该手机格中压力传感器1-4受压，手机入袋指示灯1-3亮起，当手机从某手机格1-5中取出，压力传感器1-4失去压力，相应手机格中手机入袋指示灯1-3熄灭，同时，压力传感器1-4的压力变化实时通过前端代理服务器2报告给云端服务器3，云端服务器3将手机入袋状态写入相应的考勤记录。

前端代理服务器2安装在手机袋1中，它是一台专用的单片机，始终插上电源。前端代理服务器2中安装了一张有效的SIM卡，通过手机通讯网络与云端服务器3相连。前端代理服务器2的一个主要的工作是扫描并获取学生手机蓝牙信息（含蓝牙MAC、名称、距离），逐个再向云端服务器报告（也可将本轮扫描到的所有蓝牙信息一起报告），并处理云端服务器返回的签到和手机入袋信息（也可处理批量信息），并显示在前端代理服务器屏幕2-1上，且通过签到指示灯1-2来显示；另一个工作是接受压力传感器1-4的压力信号，打开或关闭手机入袋指示灯1-3，并向云端服务器3报告某格手机入袋状态。具体操作规则参考图3。

云端服务器3一方面的工作是：接收到前端代理服务器2报告的学生手机蓝牙信息后，并根据图3的流程来实现签到。另一方面的（基础）工作是：根据图4的流程对所有未完结的考勤记录标记旷课、早退或考勤记录完结。

WEB客户端4可以是电脑浏览器，也可以是手机浏览器；通过它，学生可以查询上课的座位号，并按座位号将手机放入手机袋的相应座位号的格子中，也可以通过它来实现手机绑定、相关考勤错误的申诉以及相关考勤信息的查询与统计；老师可以在每堂课开始时为所有应到学生创建初始考勤记录，以及考勤信息查询与统计；管理人员可以实现系统维护、管理及查询与统计工作。

学生手机5是指学生常用的手机，其上不用为此安装任何APP，只要将蓝牙打开并设置可见就行了（现在的手机一般都带有蓝牙）。用常用手机来考勤和集中管理，可以防止学生上课玩手机，将他们的注意力全部拉回课堂。

实施例2：

本实施例是系统的简化版，可参考图1、图2、图4、图6及图7，与实施例1有以下区别。

前端代理服务器2用一台普通的智能手机实现，其中安装前端简化版程序，用于扫描蓝牙，并将发现的蓝牙名称、MAC及距离信息上报到云端服务器3，以便对考勤记录标记签到情况。具体流程可参考图7。

云端服务器3收到蓝牙信息，可根据MAC或名称匹配指定的考勤记录，如果匹配成功，表明签到成功；另外，根据蓝牙的距离信息对比阀值可以确定手机是否入袋。云端服务器3可以将签到及入袋信息返回给前端代理服务器2。前端代理服务器2收到反馈信息可在其屏幕上显示签到者名字及签到状态与手机入袋情况。

云端服务器3的基础工作中关于判断手机是否仍在手机袋中时（如图4），可以直接判定为“否”。

其余同实施例1。

实施例3：

本实施例可以设计成标准版或简易版，则相应版本与实施例1或实施例2有以下区别。

手机袋1可以制作成盒式，如图8所示，手机格1-5可制成一个一个向内延伸的硬格子，可以排列得紧凑些；这样，所述压力传感器1-4就可用重力传感器或者用限位开关代替。可能的缺陷就是座位号1-1文字可能比较小，再加上手机格1-5比较小且密，因此，坐在后面的学生可能无法看清签到和手机入袋指示灯。但可以通过WEB查询，或者短信、微信等交互方式推送到学生手机，方便下课时查看，如果签到失败，学生可以通过WEB客户端申诉。

这种形状的手机袋内部有一个一定厚度的空腔，前端代理服务器2与用户放入其中的手机5都在空腔内部，且可以制成金属的外壳，形成一个信号屏蔽罩，一方面可以屏蔽手机信号，避免干扰正常教学工作，另一方面又可避免扫描到手机袋外的蓝牙设备，因此，判断手机入袋更准确。

其余同实施例1或实施例2。

实施例4：

本实施例可以设计成标准版或者简化版，手机袋形状也可以做成盒状的，则相应版本与实施例1、实施例2及实施例3的对应版本系统比较，有以下区别。

前端代理服务器2中可以不用SIM模块，而使用LAN模块或WIFI模块或其它网络模块与互联网连接，进而连接云端服务器3。

具体规则同实施例1、实施例2及实施例3之一。

实施例5：

本实施例可以设计成标准版或者简化版，手机袋形状也可以做成盒状的，则相应版本与实施例1、实施例2、实施例3及实施例4的对应版本系统比较，有以下区别。

应用场合还可以是工厂、办公室、会场或其它人员聚集的场合，如果人数较多，可以通过安装多套前端系统（即手机袋1及前端代理服务器2），进行并行处理；也可以只增加手机袋，若是标准版，则还要通过电路接入原有的前端代理服务器的扩展口上。这样，也相当于把大场所分成了多个区域，参加者按座位号指定的区存放手机即可（若是合班上课，座位号仍然之前记住的）。以上各实施例描述时用的称谓应作适应性修改。

具体规则同实施例1、实施例2、实施例3及实施例4之一。

以上对本发明的几种优选具体实施方式作了详细介绍。所述具体实施方式只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，或者使用到其它应用场合，这些改变和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。