第 卷 第 期 1 19 重庆科技学院学报( 自然科学版) 2017 年 2 月 基于 iBeacon 的课堂自动考勤系统设计与实现 ( 1． 福建商学院信息管理工程系，福州 350012; 2． 福建商学院信息网络中心，福州 350012) 林信川1 游贵荣2 APP iBeacon iBeacon Android 和微信公众号进行共享查询 基站完成室内精确定位，并使用 企事业单位日常签到等应用场景 、 摘 要: 针对高校口头点名效率不高的现状，设计了基于 芯片的 和 勤信息可通过本地 本系统具有建设成本低 会议 关键词: 考勤; iBeacon ; 中图分类号: TP368． 1 DOI:10.19406/j.cnki.cqkjxyxbzkb.2017.01.026 课堂考勤是加强课堂管理 文献标识码: A ; 蓝牙; 基站 TN925 iOS 。 。 该系统已在某高校顺利通过现场测试，效果良好 。 的课堂自动考勤系统 该系统采用配备 移动设备完成自动考勤并上传考勤信息 。 DA14850 云端的考 实用性强的特点，并可便捷地移植到 、 。 辅导员把控学生到课率的主要手段 、 优化课堂秩序和形 、 成良好学习氛围的重要措施，也是高校教师加强师 目前 生沟通 以教师口头点名 学生口头应答的方式最为常见 、 。 易操作且准确率高，但在班级学生 该点名方式直接 、 数较多的情况下，考勤效率将大大降低，且无法有效 防止代点名和早退的情况 。 。 2 1 。 。 GPS ］利用 构建了 APP Inventor 贺甘芹等人［ 唐明伟等人［ 随着物联网和移动互联网的飞速发展和各类智 能设备的普及，国内出现了一些利用各类新技术完 成课堂考勤的研究成果 USB 短信猫，通过在课堂现场公布的短信令牌实现考勤， 但该技术受到短信延迟和短信猫部署难度大的影 响，在推广上存在一定的难度 ］基于 课堂点名应用系统，但在 信号不稳定的区域，完成自动考勤的效果不够 GPS 理想，同时对学生端登录和教师端距离判断的限制 的视频签 较多 到系统，通过预先对每位学生面部特征进行采样实 现，可有效防止替代签到，但部署视频捕获设备的成 本较高，且受签到秩序及人脸到视频设备的距离影 响较明显 技术的微信 。 考勤系统，为高校课堂自动点名提供了一 摇一摇 “ 种新的思路，但在 设备新增或更新的过程 中，申请设备 与微信公众号绑定的过程较为繁 ID 琐，不利于在多 设备的环境下使用; 同时若 功能，将无法充分利用 单纯通过微信端的 ］提出的基于 ］提出的基于 谢明华等人［ 摇一摇 OpenCV iBeacon iBeacon iBeacon 郭玲［ 。 ” 3 4 “ ” 文章编号: 1673 － 1980 ( ) 2017 01 － 0097 － 04 。 智能手机上的摄像头和指纹识别设备等硬件特性所 提供的多种手段为签到服务 5 iBeacon Bluetooth 4． 0 基于上述研究成果，考虑到智能手机各项硬件 技 ］应用的普及，提出并设计 该系统 ］( 以 性能的飞速升级，结合愈加成熟的 术，特别是低功耗蓝牙［ 了基于 充分利用低功耗蓝牙技术的 下简称基站) 成本低廉 的高校课堂自动考勤系统 Near Field Com- ］准确性高的特点，在基站可覆盖的区 教师和辅导员的智能手机端安装 、 应用，便可便 教师课堂助签 、 munication 域内，通过在学生 基于 或者 捷 和辅导员实时关注考勤数据的业务需求 高效地满足学生课堂签到 、 近场通信( 、 版的本地 准确 、 基站的［ Android iBeacon APP iOS ) ［ 。 6 7 。 1 iBeacon 概述 8 7 7 月 ) ［ 4． 0 BLE ］， 2010 Bluetooth Low Energy ，简称 连接距离更长 、 年 日蓝牙技术联盟宣布正式采纳 规 范，其 中 就 包 括 了 低 功 耗 蓝 牙 规 范 的优势在 BLE 连接速度更快，现已成 、 以上 蓝牙 ( 于功耗超低 为多数智能手机的标配 和 版本的手机操作系统都已无缝支持 年 月发布的一项 的技术，可广泛用于进行室内定位的各类 ) 等芯片厂商 的蓝牙芯片，市场上的大部 技 基于 BLE 应用场景 均已发布支持 分芯片都允许进行二次开发，以提供对 是苹果公司于 德州仪器( Android 4． 2 、Nordic、 。iOS 7 iBeacon iBeacon BLE。 博通 2013 。 TI 9 iBeacon 收稿日期: 2016 － 09 － 02 基金项目: 福建省教育厅 作者简介: 林信川( 通信作者: 游贵荣( 1981 — 1974 — A “ 基于校园社交网络平台的应用系统架构研究 类项目 ) ，男，硕士，讲师，研究方向为物联网 移动互联网 、 ) ，男，副教授，研究方向为智能信息处理 。 ( ” ) JA15730 。 ·79· 

林信川，等: 基于 iBeacon 的课堂自动考勤系统设计与实现 。 当前大多数基站设备的体积和耗电量都 术的支持 很小，使用一枚纽扣电池即可支持一个基站设备持 续工作几个月到一年 这提升了基站使用和部署的 便捷性，同时也大大降低了部署成本 。 基站通过蓝牙的广播频道传送信号，即向周围 。 4 ID 32 。 和 APP APP 部 分: 。iBeacon 接收到该 ，但无法接收消息 ID ( 以下简称 不断广播自身 的客户端 作，即根据接收到的 互，从而提供近场感知和导览定位等服务 广播的数据 可 以 解 析 为 ID ) 完成消息推送的工 并通过与后台系统进行交 Measured Power。Proximity UUID Proximity UUID、 是 位标识符，系统中定义为项目类型( 当前 都 Minor 用于标识 用于标识教室编号( 其 对应 Major、Minor 标准的 为考勤场景) 和使用单位( 学校) ; 是 校内的具体教学建筑， 中已包含了具体的楼层信息) ; 广播中的 Tx Power 测得的信号强度值( 位可自行设定的标识符，目前 Measured Power 设备 的值，表示距离 Ｒeceived Signal Strength Indica- ) ，以补码结果显示，通过该值可以完 部分编码均可以 商场应用等场景) 进 、 tion 成精确到米级的距离测量 根据具体的使用场景( 如会议 行具体更改 ，简称 iBeacon 以上 Minor Major Major ＲSSI 1 m 和 。 16 4 。 2 系统设计 2． 1 业务分析 本系统选择高校课堂考勤这一典型的 iBeacon 应用场景进行系统开发，并在开发过程中重点关注 系统的通用性与可配置性信息的封装和提取，以便 将来作为一个通用性产品，可高效无缝地移植到其 他的应用场景 如企事业单位员工日常签到和各种 会议现场签到等，提升考勤的灵活性与效率 。 。 。 。 种角色 学生的主要用例包括签到 本系统的主要使用者分为学生 教师和辅导员 、 根据具体角色的使用需求进行归纳和建 3 查询签到情况和查 模 、 询课表等; 教师的主要用例包括助签 查询所任课程 、 签到情况和查询课表等; 辅导员的主要用例包括助 签 查询所管理班级的考勤情况和查询所管理班级 、 的课表等 10 min 为保证签到信息的准确性，根据课表安排，要求 到下课前使用签到系 学生从每节课上课前 统进行签到，签到的状态实时提交到服务器以便查 为了提高点名效率，有别于以往的口头 询和汇总 点名方式，本系统给任课教师和辅导员赋予了 助 对于任课教师来说，所有已正常签到 签 的学生将显示在学生签到列表的下方，而出现诸如 的权利 。 ” 。 “ 。 ·89· 。 ” 。 4． 0 。“ 助签 迟到 、 旷课等) 即可 、 忘带手机或手机不支持蓝牙 、 等情况， 手机损坏 造成无法正常签到的学生，则显示在列表上方 任 课教师大多数情况下只需要重点关注签到异常的学 生，并针对其设置对应的考勤状态( 如正常 早 、 退 功能还支持教师在上课过 程中，根据学生的到课状况( 如早退 临时请假等) 实 、 时修改任意学生的考勤状态，从而达到灵活而精准的 对于辅导员而言，以往都要在批阅学生递 考勤目的 交的纸质请假条后，请假事实方可生效，后续统计考 勤还需通过人工合并相关学生的请假数据，费时费力 且容易遗漏或出错 通过本系统辅导员可随时通过 被 类似的 标注的考勤数据将实时自动同步至服务器端，从而实 现数据在各角色用户间的无缝共享，并便捷地实现教 师和辅导员对学生日常考勤的汇总统计，方便辅导员 对学生出勤情况的实时关注和日常巡课 2． 2 系统架构设计 操作，完成对请假学生的考勤标注 ” 助签 。 “ 。 。 本系统的架构设计如图 所示 1 。 图 1 系统架构图 号) IMEI 首先在指定的考勤地点 ( 如多媒体教室或机 房) 部署基站，并在服务器端完成基础数据初始化 。 教师和辅导员的基本信息( 手机号 主要包括学生 、 与 课程安排信息和基站基本信息 考虑 、 系统的兼容性，学生 教师和辅导员的基本信息以及 、 课程安排的数据，均可通过接口与现有信息化系统 进行数据同步，或者通过可定制的中间数据接口层 同步数据 通过与课程安排信息进行绑定 后，用以确定和保证学生在指定的时间和指定的教 绑定的信息保存在服务器 室完成自动考勤活动 端，考虑到课表安排的规律性和基站部署位置的确 定性，二者的绑定信息将在 端进行缓存 基站 。 。 。 ID APP 。 

林信川，等: 基于 iBeacon 的课堂自动考勤系统设计与实现 ID 。 APP WiFi 在通过 便捷完成当前课程的自动签到 ，与当前搜索到的所有基站的 学生进入考勤区域，打开手机蓝牙开关并运行 ，系统将会通过已缓存的与当前课程 已下载的 信息对应的基站 ID 进行比对，从而完成匹配 或者移动数 据连接上网络后，学生可通过学号或手机号登录 为防止代点名 APP 的情况，一台手机在指定的上课节次内，只允许登录 一个学生账号，手机的蓝牙 码将随 考勤信息一并推送，同时学生的签到时间以服务器 端的时间为准，以上数据的校验在上传至服务器端 的过程中完成 APP 如需通过微信端查询签到结果，部署该系 端查询 统的单位必须申请并开通微信公众号，并通过基于 机制的微信网页授权框架完成用户鉴权 学生的签到结果可以立即通过 地址和 IMEI mac 。 。 。 助签 。 教师在课堂上可随时查看当前课程的学生自动 考勤情况，或通过 功能针对考勤情况特殊的 “ 学生进行管理 辅导员可随时查看所负责班级学生 的实时考勤情况，同时还可以根据学生假条批复的 情况进行 后的数据将进入完整的信 息流闭环 ， “ 助签 助签 ” 。 ” “ ” 。 OAuth 2． 0 验证 3 系统实现 3． 1 开发和部署环境 APP 本系统实现 服务端系统采用 务器选用 端分为 Android 和 架构 版本 iOS 。 数据库服 J2EE Spring MVC 。 基站选 用 DA14850 MySQL。iBeacon 设备，其核心采用了德国 April Beacon 芯片，具有 EEK 更高的通讯效率和更低的耗电量，并支持便捷的空 中升级 3． 2 系统实现关键技术 3． 2． 1 客户端 APP 。 本系统有别于其他课堂考勤系统的实现方式， 。 APP 实现的 考勤数据的获取和学生的定位是通过使用 iBeacon 此举在快捷完成点名工作的基础 结合 上，还能够有效防止用户购买无法安装 的廉价 蓝牙设备，通过他人携带到现场进行代点名的情况 。 因此， 如何与基站进行交互和数据处理是系统实 现的关键之一 客户端为例进行说明 APP APP 以 。 Android 。 基站仅进行广播，消息的交互需要通过 APP 端 类利 设备的信号强度进 。BluetoothManager 类完成 BluetoothManager 的 用回调方法对搜索到的 行排序并将其添加至设备集合中 类对应本地 中 Android iBeacon BluetoothAdapter 。BluetoothAdapter 设备的蓝牙模块 在整个系统 是单例的，当获取其实例之后， 。 就能继续完成相关的蓝牙操作 。 。 。 要完成签到数据处理的任务，必须解决基站匹 配与签到数据的生成问题 由于在教学楼的各间教 室均部署有基站，学生根据课程安排应进入指定教 室上课，因此，必须对可接收到广播的基站进行筛 筛选的依据是在系统初始化过程中，课程安排 选 此映射关 信息记录与指定基站 所示的数据库服务器中，并可以根据 系保存在图 次登录 需要通过后台系统进行维护 的过程中，将从服务器端获取该数据并保存在 若基站设备有更新或者其他变动时， 缓存中 APP 服务器端将根据更新后的映射关系，在此后登录的 过程中，将新数据推送并更新至客户端缓存 签到 格式，如下所示: 数据将生成为标准的 间的映射关系 在学生第 APP 。 。 。 。 ID 1 1 JSON { " ticket" : " * …* " ， " macAddress" : " * …* " ， " uuid" : * …* ， " major" : * …* ， " minor" : * …* ， " distance" : * …* ， " imei" : * …* ， ticket } 其中， 据，包括用户信息以及登录时间等 蓝牙设备的 为自定义的与服务器端进行交互的凭 为 和 计算出的与基站的距离，用于保证签到时学生 。macAddress 地址， 为根据 Tx Power distance mac ＲSSI 位于指定的教室中 3． 2． 2 服务器端 。 。 为了能够顺利地通过 本系统中服务器端主要完成数据验证 汇总和 、 合并功能 和微信公众 号对考勤数据进行查询和分享，自定义微信公众平 实现 台的鉴权框架的实现是系统的另一个关键点 该框架的关键是基于 其工 的鉴权机制 作机制主要分为如下 OAuth 2． 0 APP 步: 。 。 ( 1 ) 用户在关注公众号后，通过输入学号或者 此步骤主 并与学号或者工 工号及其匹配的登录密码进行授权确认 要获取用户微信号对应的 号进行绑定，从而获取 ) 通过获取的 ( 换取网页授权的 2 ( 访问令牌) ，换取的信息均以标准的 access_ 格 OpenID code。 code 。 4 JSON token 式体现，如下所示: { " access_token" : " * …* " ， " expires_in" : * …* ， ·99· 

林信川，等: 基于 iBeacon 的课堂自动考勤系统设计与实现 " refresh_token" : " * …* " ， " openid" : " * …* " ， " scope" : " * …* " ， " unionid" : " * …* " 较好的抗干扰性 上述实际考勤场景验证了软硬件 系统的可行性和可用性，在提高点名效率的同时实 现了考勤数据的云端共享和多渠道的实时获取 。 。 5 结 语 } ( 3 ( 4 ) 根据 access_token 的有效期是否过期决定 是否进行 的刷新 ) 在网页授权作用域为 access_token 。 过 鉴权过程 access_token 。 和 Open ID 时，通 拉取用户信息从而完成 snsapi_userinfo 在自定义实现的微信公众平台接口包的 inter- ( 过滤器) 层，将对所有用户的访问请求进行 ceptor 过滤，从而保证所有进行考勤信息查询的用户都是 已绑定过学号或工号的用户实体 无论用户是否关注微信公众号，当其通过微信 公众号菜单或者外链请求查询考勤数据时，过滤器 都会根据其具体请求并结合请求中的数据，判断是 否对其访问请求进行授权 OpenID 和微信 用 户 信 息，则 根 据 过 滤 规则 自 动 跳 转 到 若会话不包含 。 。 鉴权地址，要求用户进行身份绑定 。 结果精确 、 本系统具有考勤过程便捷 效率高 、 、 可维护性好等优势，是利用物联网 硬件部署成本低 、 和移动互联网技术优化考勤过程的一种全新实践 系统局限性在于手机须配置并支持蓝牙 目前市面上主流的移动设备 能 具有更加广阔的应用场景 优化基站的部署与学生在考勤时位置的准确定位 。 模块， 以上已具备此功 随着移动设备的快速升级和更新换代，该系统将 下一阶段研究的重点是 90% 4． 0 。 。 。 参考文献 ［1］ 唐明伟，庄玉良，蒋勋，等． 基于短信猫的课堂自动点名 系统［J］． 现代教育技术，2013，23( 10) : 115 － 120． ［2］ 贺甘芹，卢国庆． 基于 APP Inventor 的 GPS 课堂点名应 用系统设计与实现［J］． 中国教育信息化·基础教育， 2016( 4) : 87 － 89． ［3］ 谢明华，刘辉，王新辉． 基于 OpenCV 的实验室视频签到 系统的设计［J］． 计算机与现代化，2010( 3) : 78 － 80． ［4］ 郭玲． 基于 iBeacon 技术的微信" 摇一摇" 考勤系统的实 现［J］． 深圳职业技术学院学报，2016，15( 1) : 19 － 23． ［5］ 王剑锋，陈灿峰，刘嘉，等． 一种基于 IPv6 和低功耗蓝牙的 物联网体系结构［J］． 计算机科学，2013，40( 5) : 97 － 102． ［6］ 石志京，徐铁峰，刘太君，等． 基于 iBeacon 基站的室内 定位技术研究［J］． 移动通信，2015，39( 7) : 88 － 91． ［7］ WANT Ｒ． Near field communication［J］． IEEE Pervasive Computing，2011，10( 3) : 4 － 7． ［8］ CHO K，PAＲK W，HONG M，et al． Analysis of latency per- formance of Bluetooth Low Energy ( BLE) networks ［J］． Sensors，2014，15( 1) : 59 － 78． OAuth 4 系统运用 利用基于 的基站，设计实现了基于 12 600 BLE 2014 2015 级共 。 级和 余人以及相关的教师和辅导员 间机房部署 iBeacon 在测试过程中，以某高校信 的课堂自动考勤系统 个专业班级 息管理工程系 、 余人作 学生 个基站， 为测试参与者 69 测试中 对使用系统自动考勤的测试结果进行统计 除个 同一教学楼基站的并发数最高达到了 别参与测试的教师和辅导员忘记对特殊状态的学生 进行标记外，其他考勤数据的准确率均达到了 以上; 同时使用德国 99% 芯片的基站表现出了 通过在 。 个 。 20 23 20 。 DA14850 The Design and Implementation of an Automatic Ｒoll Call System Based on iBeacon 1． Department of Information Management and Engineering Fujian Commercial College ( : Abstract 2． Information Network Center This paper proposed the automatic iBeacon roll call system LIN Xinchuan1 YOU Guirong2 ， ， Fujian Commercial College ， ， Fuzhou 350012 China ， Fuzhou 350012 ， ) ， China ; to improve low efficiency of university oral ， roll call． This system completes the indoor positioning work with the iBeacon station equipped with DA14850 chip ， Android and iOS mobile devices which can be used to complete automatic attendance and upload information auto- matically． The cloud of attendance information can be shared between native APP and WeChat． This system has the characteristics of low cost and strong practicability． It can be easily transplanted to the meeting and daily attendance in enterprises application scenario． It has been smoothly put into practice in a university and received well feedback． : ; ; ; roll call iBeacon bluetooth station Key words ·001·