陳騫　黃辰

摘 要：文中設計了一款軟硬件結合的無線答題系統(tǒng)，軟件部分為基于SpringMVC實現(xiàn)的Web系統(tǒng)，硬件包含接收器，電子答題器等。硬件通過串口與PC上的Web系統(tǒng)通信，實現(xiàn)所需要的系統(tǒng)功能。

關鍵詞：SpringMVC；答題系統(tǒng)；串口通信；Web

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）09-0-03

0 引 言

隨著網(wǎng)絡和多媒體技術發(fā)展逐漸完善，多媒體授課，網(wǎng)絡授課在學生的課堂中扮演著越來越重要的角色。分析了目前學校課堂的信息化程度后發(fā)現(xiàn)，如果有一種無線答題系統(tǒng)能夠方便老師課堂上通過題庫選擇題目，學生當場通過設備作答，可以大大提高教師和學生之間的溝通互動，使得該系統(tǒng)擁有廣闊的市場前景[1]。

本文根據(jù)此背景，設計了一種可進行課堂教學評價和師生無線答題的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將學生的答題器連接到接收機和計算機軟件，由老師控制軟件實現(xiàn)互動。

1 系統(tǒng)功能設計

本系統(tǒng)具有題目、人員信息導入，硬件配置，選擇題作答，答題結果統(tǒng)計等功能。題目類型分為單選、多選，支持同一題目多次作答，系統(tǒng)會記錄每次作答的結果，同時還可實現(xiàn)統(tǒng)計所有題目的作答情況。

教師通過系統(tǒng)出多道選擇題（包括單選和多選），軟件后臺通過接收器下發(fā)作答指令，學生作答后提交答案，接收器將學生的作答答案及提交時間上傳到后臺，由后臺軟件進行數(shù)據(jù)處理，可統(tǒng)計出提交答案人數(shù)、正確人數(shù)、錯誤人數(shù)和正確率等。

2 系統(tǒng)總體架構

本系統(tǒng)涉及的硬件包含接收器，答題器，服務器。服務器充當答題器上位機和軟件系統(tǒng)的角色，軟件部分為基于Java Web技術實現(xiàn)的Web系統(tǒng)，電子答題器通過2.4 G網(wǎng)絡與接收器通信，數(shù)據(jù)通過接收器透傳給服務器，其擁有17個物理按鍵和1個人機交互顯示屏，采用2.4 G免費頻段通信，支持遠距離考勤最大距離為50 m，支持多終端同時并發(fā)120個數(shù)。接收器通過USB與多媒體計算機連接，主要收集答題器的數(shù)據(jù)，匯總后發(fā)送給中間件，同時將上層的配置指令等發(fā)送給下層答題器。系統(tǒng)邏輯圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)邏輯圖

本系統(tǒng)軟件部分在SpringMVC框架的基礎上進行開發(fā)，SpringMVC是目前Java Web體系中非常流行的MVC框架，軟件系統(tǒng)包含View層、Pipe層、Logic層、Data層，其中View層包含了Web端，是“前端”的一部分，實現(xiàn)了用戶可觀看的軟件或網(wǎng)站界面；其他三層均為“服務端”部分，具有向前端傳遞數(shù)據(jù)，提供HTTP接口，處理業(yè)務邏輯等功能[2]。本系統(tǒng)軟件體系結構如圖2所示。

圖2 軟件體系結構圖

（1）View層負責實現(xiàn)網(wǎng)站或軟件頁面展示與前端簡單邏輯展示。

（2）Pipe層負責處理數(shù)據(jù)請求的發(fā)送，規(guī)定了所有端口基于何種協(xié)議與服務器進行交互，以及數(shù)據(jù)類型的規(guī)范，對請求進行安全驗證。

（3）Logic層進行整個程序業(yè)務邏輯請求的處理，將處理結果通過HTTP接口的形式使用戶可通過URL地址調(diào)用。Logic層在SpringMVC框架中在具體實現(xiàn)時包括Controller層和Service層。

（4）Data層包括訪問數(shù)據(jù)庫或其他數(shù)據(jù)源等，具體有對數(shù)據(jù)庫中表的查詢、修改、刪除等功能，供Service層調(diào)用。Data層在MyBatis框架中的實現(xiàn)包括Mapper層和POJO層[3]。

本系統(tǒng)選擇JSON數(shù)據(jù)格式+HTTP協(xié)議作為系統(tǒng)前端后臺的接口方案。在具體實現(xiàn)過程中，利用Jackson框架將后臺Java對象轉換成JSON對象。在Controller層接口返回Response，經(jīng)springMVC的@ResponseBody注解封裝，通過Jackson轉換成JSON字符串，服務器再利用HTTP協(xié)議返回給前端AJAX接口調(diào)用者。

3 題目作答模塊設計

題目作答模塊實現(xiàn)了學生通過答題器向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，頁面實時展示，后臺存儲相關數(shù)據(jù)等功能。

為實現(xiàn)上述功能，該模塊的Controller層需向View層提供的HTTP接口如圖3所示。View層需要向Controller層發(fā)送所有請求序列，完成該題目的一次答題活動。

3.1 視圖層實現(xiàn)

作答需點擊“開始”，通過調(diào)用開始答題、開始發(fā)送題目、開始接受數(shù)據(jù)HTTP接口與電子答題器進行交互，循環(huán)調(diào)用刷新HTTP接口以展示當前投票情況，結束時，調(diào)用停止接收數(shù)據(jù)、結束答題HTTP接口結束與答題器的交互。

3.2 邏輯層實現(xiàn)

HTTP接口實現(xiàn)方法可封裝在ChoiceQuestionController類中，開始答題接口首先獲得最新的答題次數(shù)，并添加新的答題記錄，開啟答題的硬件指令，接收答題器數(shù)據(jù)。

實時答題數(shù)據(jù)接口方法負責開始答題后，動態(tài)刷新答題率、答題人數(shù)等數(shù)據(jù)。此接口由前端自動循環(huán)調(diào)用100 ms刷新間隔，因此邏輯必須精煉，且運行時長越短越好，數(shù)據(jù)庫操作應去除查詢?nèi)哂嘧侄?，獲取總人數(shù)及當前已作答人數(shù)，并計算百分比，以圖形形式返回展示。

答題結束的接口方法計算結束作答后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)并作持久化處理。作答結束后，更新本次作答記錄，將結束時間添加進去，作為一條完整作答記錄存儲。所有答案在串口線程運行時已寫入Answer表，通過Service層方法得到相關數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計計算并進行持久化處理。

4 串口通信模塊設計

為了實現(xiàn)Java與串口硬件通信，本文采用RXTX項目提供的Java串口通信包API。在此系統(tǒng)中，通信內(nèi)容包括服務端下發(fā)給接收機的指令和答題器通過接收機透傳給服務端的數(shù)據(jù)，可以設計一個SerialPortDataController類來處理相關通信內(nèi)容。endprint

下發(fā)指令部分，設計一個SendCommand方法來處理諸如答題器匹配，白名單開啟，清屏，發(fā)送開始答題指令等。將指令數(shù)據(jù)通過COM參數(shù)設置的端口號，以指定的波特率發(fā)送。具體程序流程如圖4所示。

接收答題器數(shù)據(jù)的部分，由于該過程是持續(xù)性的工作，不同于一次性的指令，所以需設計一個線程類SerialThread，采用多線程運行。

（1）開啟串口，打開輸入流，循環(huán)檢查輸入流中的數(shù)據(jù)，并進行讀取、緩存。

（2）根據(jù)線程調(diào)用相關信息，確定報文類型（選擇，判斷），利用checksum函數(shù)對數(shù)據(jù)進行異或差錯校驗，再分別選擇協(xié)議解析，將解析出來的數(shù)據(jù)轉換成對象，然后進行數(shù)據(jù)持久化處理。

作答數(shù)據(jù)解析流程如圖5所示。

5 系統(tǒng)測試

圖6展示了當前正在作答的人數(shù)以及所占總人數(shù)的百分比，且隨時可結束作答。

點擊“停止”后，顯示答題結果，預期只有一個人正確，兩人錯誤，一人未作答，統(tǒng)計結果如圖7所示，與預期相符。

6 結 語

本文主要介紹了SpringMVC框架技術在無線答題系統(tǒng)中的應用，圍繞核心題目作答功能模塊闡述了HTTP接口設計、視圖層、邏輯層設計與關鍵通信技術。設計的系統(tǒng)滿足了預期的功能需求，系統(tǒng)能促進教學過程中教師學生的互動，使得老師對學生的成績管理數(shù)據(jù)歸檔有據(jù)可依，充分體現(xiàn)了當代課程改革的理念。

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