2020年系统综合实践期末大作业 19组

1、选题简介

在第七次的实验中，我们进行了人脸识别相关代码的部署，对于人脸识别所需的环境有了基本的了解。基于这个实验，我们组打算对于人脸识别有进一步深入的了解，通过人脸识别实现一个我们力所能及的应用。疫情期间，各大高校都开始采用今日校园让学生进行每日的签到。这样的签到方便快捷，但是我们想到在采用了人脸识别的技术以后可以让签到更加高效，也可以杜绝他人代签的行为。由此，我们参考了今日校园的部分功能，结合前面所学的微服务的知识，通过前后端分离的方式，实现一个基于人脸识别的签到系统。

2、设计思路

本次项目采用前后端分离的结构，将两台树莓派进行联合应用。其中一台树莓派作为服务器，另外一台树莓派作为前端。流程：

注册账号。分为学生端和教师端，学生在注册账号时需要提供头像照片。服务器接收到学生和教师的注册信息，并且保存在数据库。
教师登录客户端，填写需要签到的课程以及签到截止时间，服务器接收消息将签到课程名以及截止数据保存进数据库，并且随机生成四位签到码返回给客户端。
教师将签到码告知学生。
学生登录客户端，选择签到功能，然后输入签到码，此时服务器将对应学生的头像返回给客户端，之后进行人脸签到，若签到成功则服务器保存签到信息。
学生查看自己签到过的课程。
教师查看签到情况。

教师端
学生端

3、容器&部署

使用到的容器

使用Python编写代码，涉及到数据库的使用，因此需要用到Python和mysql两个容器。

安装docker-compose

输入如下命令安装docker-compose，树莓派需重启才会生效。

      pip install docker-compose

docker-compose.yml

version: "3"
services:
 python:
   build: ./python
   ports:
     - "5000:5000"
   volumes:
     - ./python/:/usr/src/app/
   links:
     - "mysql"
 mysql:
   build: ./mysql
   ports:
     - "3306:3306"
   volumes:
     - ./mysql/mysql_data/:/var/lib/mysql/

requirement.txt

flask
pymysql

Dockerfile
Python

FROM balenalib/rpi-python:3-latest-20200604

WORKDIR /usr/src/app

COPY requirements.txt ./
RUN pip install  --default-timeout=100 --no-cache-dir -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple -r requirements.txt 

VOLUME /usr/src/app
CMD ["python", "demo.py"]

mysql

FROM hypriot/rpi-mysql:latest
#作者信息
MAINTAINER ISLAND
copy signingsystem.sql /mysql/signingsystem.sql
#环境变量配置
ENV MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD no

ENV MYSQL_ROOT_PASSWORD 123456

启动容器

运行容器

4、数据库设计

数据库一共包含有4张表：学生信息表、教师信息表、教师发布的签到信息表、学生签到情况表。

学生信息表

存储学生学号、用户名、密码以及学生的照片信息。

CREATE TABLE `student_info`  (
  `userID` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `userName` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `passWord` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `userImg` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`userID`) USING BTREE
)

教师信息表

存储教师教工号、密码。

CREATE TABLE `teacher_info`  (
  `userID` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `passWord` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`userID`) USING BTREE
)

签到信息表

存储签到码、教师ID、课程名、截止时间。

CREATE TABLE `sign_code`  (
  `id` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `userID` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `courseName` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `deadLine` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
)

学生签到情况表

存储学生ID、签到码、教师ID、课程名、签到时间。

CREATE TABLE `sign_save`  (
  `studentID` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `signCode` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NOT NULL,
  `teacherID` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `courseName` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  `signTime` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`studentID`, `signCode`) USING BTREE
)

5、运行结果

前端树莓派发送登录、注册、签到等信息给后端树莓派，后端树莓派负责接收请求并返回相应的信息。

教师注册
教师输入教工号和密码，再次输入确认密码，即可完成注册：
注册成功反馈信息：
后端数据库新增教师信息：
学生注册
学生输入学号、密码以及用户名，点击按钮，系统会弹出窗口选择并上传照片，即可完成注册：
后端数据库新增学生信息：
教师端可选择发布签到或者查看某一门课程学生签到情况

发布签到
教师输入课程名和截止时间即可发布签到，完成发布后系统反馈给教师一个四位数字的签到码：

后端数据库新增签到信息：
查看课程签到情况
教师输入签到码即可查看学生签到情况：

如果签到码错误或者该签到无人签到，系统反馈查看失败：
学生端可选择签到或者查看签到记录：

学生签到
学生输入课程对应的签到码，点击签到，系统会调用摄像头进行人脸识别：
如果人脸识别成功，则签到成功：
数据库新增学生签到数据：
如果未在规定时间内完成人脸识别，则系统反馈识别失败，签到失败：
如果签到时间超出Deadline，则签到失败：
学生查看签到记录

6、组内分工

学号	姓名	工作	贡献
031702242	邱健强	API文档设计、数据库设计、学生签到功能、学生查看签到功能、教师查看签到情况功能、树莓派项目部署	20%
031702244	林明镇	Python与数据库的连接、老师发布签到功能、测试程序	14%
031702540	陈锦鸿	学生登入注册功能、老师登入注册功能、外网访问局域网内项目、图片的上传和下载功能、博客编写	16%
031702527	陈天恒	注册登陆界面的制作，人脸识别签到功能的实现，树莓派的操作	18%
031702542	林小棠	照片的上传下载功能，前后端交互，界面的跳转	16%
031702544	钟伟颀	原型设计，查看签到情况界面的制作，交互弹窗的制作，PPT汇报	16%

7、个人总结

邱健强：在本次期末大作业中，首先在项目的编写当中，我对Python的flask框架运用的更加的熟练，同时在这次作业的过程中也遇到了许许多多的困难，比如说如何上下传图片，如何让外部网络访问局域网内运行的项目等等等，但是通过和队友的交流和讨论，最后都将在实验过程中遇到的困难给一一解决了。然后就是关于把项目部署到树莓派的容器中，在这一步的关键就是如何选取所需要的容器，这个时候就要在dockerHub上寻找一些能再树莓派上运行的容器，最终找到了所需要的Python容器和mysql容器，有了之前几次在虚拟机上对容器操作的经验，因此在本次实验中，在部署容器的过程没有遇到十分难解决的困难。最终通过本次实验，我对微服务便捷性更加的了解，知道了如何运用微服务部署项目。
林明镇：通过本次实验，我收获了很多，一方面是知识上的，实验过程中我又重新学习了有所遗忘的SQL语言，学习了Python语言的Flask框架，进一步了解了Python语言在后端开发中的应用。另一方面是团队协作能力上的提高，“众人拾柴火焰高”，在当今社会，团队的重要性不言自明，而其中的团队协作能力更是不可或缺的，恰好我的团队协作能力一直比较欠缺，这次实验给了我很好的提升团队协作能力的机会。实验过程也暴露了我的很多不足，比如说知识水平比较不足，实验参与的能力较弱，仰仗大佬的鼎力相助。转眼间，这学期已接近尾声了，从对这门课程的一无所知，到慢慢的了解越来越多的内容，这门课程带给了我很多的惊喜与收获。
陈锦鸿：
陈天恒：在这次的作业中，我负责前端中部分UI页面的初步设计制作，以及人脸签到的功能代码，还有前端树莓派的部署操作。在第一周中，我通过队友的UI原型设计来对页面进行初步制作，简单完成各个页面通过按钮跳转的功能，此外，还熟悉了人脸识别的代码。在第二周中，我将人脸识别的功能完善，主要是参考github的代码，在之上改进，并在第二周的前两条完成，接着，在页面制作基本完成以后，我和队友进行屏幕共享等语音操作，将前端内容部署到树莓派上，最后，与后端对接，完善部署。这是我第一次使用pyqt5来制作UI，感觉pyqt5的内容不算太多，但容易踩坑，需要细心和资料的不断查询，才能渐渐上手。这次大作业中，虽然遇到了不少困难，但通过小队众人的互帮互助，总能快速解决，之前一个人做实验时遇到难题，都卡住许久。所以说做项目还是团队互帮互助才是效率最高的，一起debug的时光也不显乏味，很庆幸遇到给力的队友。这次组队的时光让我学到了很多知识，不仅是对于人脸签到和树莓派的部分，更是让我充分理解了团队合作的重要性，希望将来还能遇到这样的机会！
林小棠：在本次大作业中，我负责前后端的交互与界面的跳转。在第一周中，通过网上查询资料，完成了照片的上传与下载，主要实现从文件夹选取图片并显示在PyQt5的UI界面，同时采用form-data类型将照片上传到后端数据库中。在第二周中，完成了全部api的调用，实现了前后端的数据交互。接着，在功能基本完成后，我与队友通过QQ屏幕共享一起debug，一起将前端部署到树莓派上。最初的打算是要用网页来写前端界面的，后来因为其他事情比较多，就换成了以前用过的PyQt5来制作界面，虽然说以前用过，但还是学到了挺多新的东西的，比如弹窗的设计、按钮的变色等。在整个大作业的过程中，整组队员通过在线协作的方式一起debug，比一个人苦逼地debug欢乐多了，可以说是“三个臭皮匠赛过诸葛亮”了，哈哈哈哈。对于我自己来说，本次项目是个人最有参与感的一次项目经历，而且在debug的过程中，解决问题的同时也拓展的个人的知识面，希望以后还能有这样的组队机会！
钟伟颀：
首先是个人完成工作的总结。在本次的大作业中，我负责的前端部分的制作。在第一周中，我完成了前端页面的流程还有原型设计工作，学生查看签到页面和教师查看签到页面的制作，完成了在两个页面中读取从后端数据插入表格功能的实现，还负责了小组的选题汇报和中期汇报工作。在第二周中，我完成了主要弹窗的制作，以及从服务器上传和下载图片功能的实现。在前端页面的制作基本完成以后，我和前端小组的成员一起通过在线协作的方式一起debug，一起将我们的前端页面部署到了树莓派上。
这次工作中的个人心得。这是我第二次使用pyqt5制作GUI界面（流下不会其他技术的泪水T_T）这次的制作过程中查找了不少资料，排了不少坑，比起自己第一次使用pyqt5确实有所进步，最后完成的效果也是挺令人满意的。这次大作业过程中，令我印象最深刻的是我们前端小组的几个人一起在线协作debug的过程，在调试代码和部署代码的过程中我们遇到了许多问题，像缺少依赖，摄像头无法正常开启等等，我们几个人一起查找资料，检查代码，效率真的要比一个人闷头做高太多了，总的来说这次的队友都很给力，是一次令人愉快的合作经历！