1.简介

  基于RFID的课堂签到系统设计是一种利用无线射频识别（RFID）技术实现课堂自动签到的系统。这种系统通过RFID标签（通常是学生携带的卡片或手环等）与安装在教室内的RFID读写器之间的无线电信号进行数据交换，从而实现学生的自动识别和签到。
研究背景及意义

2.研究背景及意义

  传统的高校课堂考勤方式多采用手工签到或点名，这种方式不仅耗时，而且容易出错，如漏签、代签等问题频发。由于依赖于学生的自觉性，传统考勤方式的数据真实性和准确性难以保证。对于管理员来说，处理和汇总大量的考勤数据是一项繁重的工作，且容易出错。
  随着校园信息化的不断推进，各种智能设备和技术被广泛应用于学校管理中。RFID技术作为一种成熟的无线通信技术，具有识别速度快、准确率高、操作简便等优点，被越来越多地应用于校园服务中。
  RFID技术已经在物流、零售、交通等多个领域得到广泛应用，并取得了显著成效。在校园环境中，RFID技术也被用于一卡通系统、图书管理系统等多个方面，为学生和教职工提供了极大的便利。
  高校作为人才培养的重要基地，其教育管理水平直接影响到教学质量和学生的综合素质。因此，建立一套高效、准确的课堂签到系统对于提升教育管理水平具有重要意义。
  基于RFID的课堂签到系统可以实现自动识别和记录学生的签到信息，大大节省了考勤时间，提高了考勤效率。RFID技术具有唯一性和不可复制性，可以确保每个学生的签到信息都是真实准确的，避免了传统考勤方式中的漏签、代签等问题。自动化的考勤系统可以自动处理和汇总考勤数据，减轻了管理员的工作负担，使其能够更多地关注于教学管理工作。
  通过建立高效的课堂签到系统，学校可以更加准确地掌握学生的出勤情况，为教学管理提供有力支持。同时，该系统还可以与学校的其他管理系统进行集成，实现数据的共享和互通，进一步提升教育管理水平。基于RFID的课堂签到系统是校园信息化建设的重要组成部分。通过该系统的建设和应用，可以推动学校其他信息化项目的实施和发展，促进校园信息化的全面提升。
  综上所述，基于RFID的课堂签到系统设计具有重要的研究背景和意义。它不仅能够解决传统考勤方式中存在的问题，提高考勤效率和数据准确性，还能够减轻管理员负担、提升教育管理水平并推动校园信息化建设的发展。

3.整体系统设计

  基于RFID的课堂签到系统设计是一个结合了现代信息技术和教育教学管理需求的创新方案。RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）技术通过无线电信号实现对物体或人员的自动识别，具有识别速度快、准确率高、无需人工干预等优点，非常适合应用于课堂签到等场景。
  基于RFID的课堂签到系统主要由以下几个部分组成：
  RFID标签：作为学生身份的唯一标识，通常制作成卡片或手环形式，内置RFID芯片，存储学生的个人信息（如姓名、学号、班级等）。
  RFID读写器：安装在教室门口或指定位置，用于读取学生携带的RFID标签中的信息。
  信息处理系统：包括服务器和相应的软件程序，用于接收RFID读写器传输的数据，并进行处理、存储和展示。
  上位机app应用：用于统计上课人数、正常签到、迟到、缺勤以及上课地点、签到时间。
  整体系统框图如下所示：

4.硬件系统设计

  根据系统设计要求，系统硬件选型为主控制器为最新系统板STM32F103C8T6、射频刷卡模块RC522、44矩阵按键、有源蜂鸣器、OLED屏幕和一个电源状态指示LED灯。整体硬件原理图设计如2-1所示：
  系统核心控制器使用最小系统板STM32F103C8T6,基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器。默认工作频率为72MHZ,拥有丰富外设接口如USART、SPI、I2C、DMA等。48个引脚，其中可编程输入/输出引脚37个[15]。FLASH空间大小64KB，RAM空间20KB。本次最小系统板所有可编程引脚均已引出，具有稳压电路、复位电路、电源转换电路、外部晶振电路、ST_Link程序下载电路以及miniUSB供电接口，硬件实物如图所示：
  MFRC522模块是一款基于Philips MFRC522芯片的射频识别（RFID）模块282828。它主要用于读取和写入13.56MHz的射频标签，支持多种被动非接触式通信方式和协议，包括ISO/IEC 14443A等。其工作原理是通过产生13.56MHz的射频电磁场与附近的RFID标签进行通信。它发送初始化命令和脉冲来激活标签并读取其信息。读取到的信息会被解码并存储在MFRC522的内存中，并进行校验和比对以确保数据的完整性和准确性。一旦标签的信息被成功读取并验证，MFRC522会向控制单元发送一个信号，表示读取操作成功。此外，MFRC522还支持向标签写入数据。
  MFRC522具有使用方便、成本低廉、读卡距离远等特点，适用于各类射频通讯电子设备。供电电压为3.3V,高速SPI通讯通讯方式，传输速率最高可达800kbps，使得读卡器能够快速读取RFID卡的标签信息，硬件实物如图所示：

  44矩阵键盘获取键值原理基于矩阵式排列，通过逐行/逐列循环扫描方式实现。在矩阵键键盘中，所有按键均通过行列交叉连接，当需要判断某一按键是否按下，仅需将该按键的这一行设置为高电平，其它行全部设为低电平，然后再循环对列进行读取，当读到该某列为高电平时，即可驱动是否被按下。其硬件原理图如所示：

5.上位机app设计

  本次上位机软件使用Qt5开发。在Qt 5中，设计一个基于RFID的课堂签到系统可以涉及到多个Qt模块，如Qt Widgets用于构建用户界面，Qt Serial Port（或类似的库，如果RFID读写器通过串口通信）用于与RFID读写器通信，以及Qt SQL模块用于数据库操作等。以下是一个简化的设计概述，重点介绍如何在Qt 5环境中实现这样的系统。
  1.确保你有RFID标签、RFID读写器以及必要的连接线。RFID读写器可能需要通过USB、串口或其他接口与计算机连接。
  2.安装Qt 5开发环境和相应的编译器。确保你的开发环境支持C++和Qt库。使用Qt SQL模块或第三方数据库管理工具设计一个数据库来存储学生信息和签到数据。数据库表可能包括学生表（存储学生ID、姓名、班级等信息）和签到记录表（存储签到时间、学生ID、课程ID等信息）。
  3.使用Qt Widgets设计用户界面，包括主窗口、学生列表、签到按钮、签到结果显示区等。主窗口可以包含一个标签页控件，用于在不同的视图（如学生列表、签到记录等）之间切换。使用QTableView或QListWidget显示学生列表和签到记录。
  4.如果RFID读写器通过串口通信，使用Qt Serial Port模块打开串口，配置串口参数（如波特率、数据位、停止位等）。编写代码以发送命令到RFID读写器并接收响应。这些命令可能包括请求读取标签ID、写入标签信息等。
将RFID读写器的响应解析为学生ID，并将其与数据库中的学生信息关联起来。
  5.当学生进入教室并靠近RFID读写器时，RFID读写器读取标签ID并发送给计算机。计算机上的Qt应用程序接收到标签ID后，查询数据库以找到对应的学生信息。如果学生信息存在，则将该学生的签到记录添加到数据库中，并在用户界面上更新签到状态。可以设置定时器或事件触发机制来定期检查学生的签到状态，并在需要时更新用户界面。
  6. 部署与维护，将Qt应用程序编译为可执行文件，并部署到需要使用的计算机上。提供用户手册和技术支持，以便教师和学生能够顺利使用签到系统。定期检查和维护数据库和RFID读写器，以确保其正常运行和数据的准确性。
  上位机软件整体效果如下：