“数智课代表”之收作业本课代表
项目简介：一款基于开源硬件行空板K10的智能收作业装置。本装置充当班级的"收作业课代表"，每个学生作业本上贴有NFC芯片，交作业时用行空板K10连接NFC读卡器刷一下，即可识别是哪位同学的作业本。装置通过编写身份认证函数，将NFC芯片ID与学生姓名一一对应；刷完作业本后，系统语音播报确认"某某同学已交"，同时将收作业情况通过SIoT物联网平台上传到电脑端Mind+实时模式搭建的物联网大屏，直观显示全班收作业状态，让老师一目了然看到谁已交、谁未交。
一、项目背景与创意来源
在小学班级管理中，课代表承担着收取、统计作业本等职责，是班级运转的重要一环。但在实际操作中常常遇到几个问题：
- 收作业本效率低：传统收作业本靠课代表逐本翻看姓名或点名确认，效率低、易出错，也常出现"忘交、漏记"的情况；
- 难以实时掌握谁交谁没交：靠人工记忆或纸质登记，难以实时掌握全班收作业进度，老师询问时往往答不上来；
- 统计枯燥繁琐：机械的收交登记缺乏趣味性，课代表负担重。
本项目是"数字课代表"系列的第二款装置，希望用开源硬件行空板K10，打造一款充当班级"收作业课代表"的智能装置——借助NFC近场通信与物联网技术，让收作业更高效、更可靠：
- 每个作业本贴有NFC芯片，学生交作业时用NFC读卡器刷一下，即可识别作业本归属；
- 装置通过身份认证函数将芯片ID转为学生姓名，刷完即语音确认"某某同学已交"；
- 收作业情况通过SIoT物联网上传到电脑大屏，老师一眼就能看出谁已交、谁未交。
让收作业从"逐本翻看登记"升级为"NFC智能收交"，体现"数字智慧（AI+数字化）赋能校园管理"的理念。
二、功能设计
| 功能模块 | 具体说明 |
|---|---|
| 作业本NFC识别 | 学生交作业时，用NFC读卡器刷作业本上的NFC芯片，读取芯片唯一编号 |
| 身份认证（芯片ID转姓名） | 通过身份认证函数，将芯片ID与学生姓名一一对应，确认作业本归属 |
| 语音确认反馈 | 识别成功后，系统语音播报"某某同学已交"，确认收作业成功 |
| 本地屏幕状态 | 行空板K10屏幕显示笑脸图标，表示装置就绪（屏幕为旋转摆放，不做交互显示） |
| 物联网上报 | 将收作业情况发送到SIoT物联网平台 |
| 大屏状态显示 | 电脑端Mind+实时模式搭建物联网大屏，显示全班学生名单，已交同学的名字前显示对应标记 |
系统工作流程：
设备初始化（逐一刷每个学生的作业本芯片，绑定芯片ID↔学生姓名）→ 学生交作业本刷NFC → 读取芯片ID → 身份认证函数将ID转为学生姓名 → 语音播报"某某同学已交" → 发送SIoT → 电脑大屏点亮该同学收作业状态
三、硬件器材清单
| 类别 | 器材 | 说明 |
|---|---|---|
| 主控 | 行空板K10 | 基于Linux的主控板，带屏幕，具备AI语音识别与Wi-Fi功能，作为系统"大脑" |
| 扩展 | 行空板K10扩展板 | 用于扩展连接NFC读卡器等模块 |
| 传感器 | NFC读卡器（蘑菇云出品） | 采用I2C接口方式连接，读取作业本NFC芯片编号 |
| 耗材 | NFC芯片（磁贴/电子标签） | 每个学生作业本粘贴一枚，具有唯一编号 |
| 结构 | 激光切割椴木板模板 | 采用激光切割制作外壳/底板，支撑与美化 |
制作用软件：Mind+（行空板K10图形化编程 + 电脑端实时模式物联网大屏）、LaserMaker（外壳结构激光切割设计）、SIoT（物联网平台）。
四、制作过程
步骤一：需求分析与方案设计
明确核心目标：NFC识别作业本 + 身份认证函数（芯片ID转姓名）+ SIoT大屏显示。规划"感知层（NFC读卡器）— 控制层（行空板K10）— 交互层（本地笑脸屏幕）— 云平台（SIoT）"的整体架构。
步骤二：结构设计与制作（激光切割模板）
本装置采用激光切割椴木板制作外壳/底板。使用LaserMaker软件设计外壳结构，通过激光切割成型，预留行空板K10、NFC读卡器的安装位置。装置采用便于刷卡的摆放结构，确保NFC读卡区外露、操作便捷、整体美观。
步骤三：硬件电路搭建与调试
将行空板K10、扩展板与NFC读卡器（蘑菇云出品，I2C接口）连接，调试确认NFC读卡器能正常读取作业本芯片编号、读卡稳定。
步骤四：程序编写与功能实现
使用Mind+图形化编程软件编写主程序：
身份认证函数（编程亮点）：由于行空板编程没有数据库，只有变量，本项目编写了一个身份认证函数。设备开始使用前，先逐一刷每个学生作业本上的NFC芯片，将读取到的芯片ID与学生姓名通过变量一一对应保存；之后刷到某个芯片时，通过该函数将芯片ID转化为对应的学生姓名；
- NFC收作业识别：学生交作业时刷作业本NFC，读取芯片ID，调用身份认证函数转为学生姓名；
- 语音确认反馈：识别成功后，语音播报"某某同学已交"，确认收作业成功；
- 本地屏幕显示：行空板K10屏幕显示笑脸图标，表示装置就绪（屏幕为旋转摆放，不做额外交互显示）；
物联网上报：通过Wi-Fi将收作业情况上传至SIoT物联网平台对应主题。
步骤五：物联网大屏搭建与算法实现
本装置的物联网大屏同样使用Mind+软件的实时模式在电脑端搭建（与背古诗课代表一致）：
- 舞台名单表格展示：在舞台上通过创建角色的名字，用表格形式（实际以图片形式）展示全班学生名单；
- 收作业标记角色：创建一个用于标记已交作业的绿色角色；
- 接收物联网信息：行空板端通过SIoT发送收作业信息，电脑端接收到的是一条编号数据；
- 编号转行列算法：电脑端编写算法，将接收到的学生编号折算成对应学生名字所在的第几行第几列；
克隆显示标记：在定位到的学生名字前，用克隆方式显示标记角色，标记"该同学已交作业"。
步骤六：系统集成、测试与优化
将各模块集成安装到激光切割外壳内，进行全系统功能测试：初始化逐一刷每个学生芯片完成绑定；模拟学生刷作业本，验证NFC读取准确率、芯片ID转姓名是否正确、语音能否准确播报学生姓名、SIoT大屏是否点亮对应同学，并对结构进行优化与外观美化。
五、创新与特点
- 装置即"收作业课代表"：本作品将智能装置本身定位为班级的"收作业课代表"，承担收作业本与统计工作，体现"数字智慧赋能校园管理"的理念；
- NFC智能收交：每个作业本贴NFC芯片，刷一下即可识别作业本归属，替代传统逐本翻看姓名，高效且不易出错；
- 芯片ID转姓名的身份认证函数（编程亮点）：在行空板无数据库、仅有变量的条件下，编写身份认证函数，将NFC芯片ID与学生姓名一一对应，并通过语音播报准确说出学生姓名，解决了"无数据库存储学生名单"的难题；
- 语音确认反馈：刷完作业本即语音播报"某某同学已交"，交互直观、确认明确；
物联网大屏"编号转行列+克隆标记"算法（编程亮点）：在电脑端Mind+实时模式中搭建物联网大屏，通过"编号折算行列 + 克隆显示标记"的算法，直观展示全班学生的收作业状态，老师一眼看出谁已交、谁未交；
- 开源可复现：完整开源硬件清单、程序与结构设计，便于其他学校与爱好者复刻改进。
六、结语与展望
"数智课代表之收作业课代表"将经典校园收作业场景与开源硬件、NFC近场通信、物联网等数字技术深度融合，让收作业更智能、更高效、更可靠。它与"背古诗课代表"共同组成"数字课代表"系列，未来可进一步拓展：两个子项目数据打通形成完整班级作业档案、通过大屏统计未交作业自动提醒、增加更多科目作业本识别等功能，让"数智课代表"成为班级管理的智能小助手。
