基于行空板K10与Arduino IDE的作业登记系统制作方案

基于行空板 K10 与 Arduino IDE 的作业登记系统制作方案一、系统概述

小编当上了多个课代表，每天收作业登记累死个人，索性在寝室中拿lattepanda熬了一个星期的夜，搞出来，不要在意没有图片

本作业登记系统以行空板 K10 为核心硬件，采用 Arduino IDE 作为编译开发环境，通过编制 40 个唯一条码对应 40 名学生，实现条码扫描、作业提交信息实时登记，并自动生成 Excel 格式数据文件存储至 SD 卡。系统适配 Arduino 生态的库文件与开发逻辑，简化程序编译与上传流程，确保教师无需复杂操作即可完成作业管理，提升教学效率。

二、系统设计目标

1. 完成 40 个唯一条码编制，每个条码与学生信息（姓名、班级、学号）精准绑定，无重复或错配。

2. 基于 Arduino IDE 开发程序，实现行空板 K10 与条码扫描模块的通信，确保条码识别准确率≥99%，扫描响应时间≤1 秒。

3. 程序自动将作业提交数据（学生信息、科目、提交时间、状态）按规范格式写入 Excel 文件，并实时保存至 SD 卡，支持断电数据不丢失。

4. 系统操作流程简化，教师仅需通过行空板按键选择科目、查看提示，无需代码操作；设备连续运行稳定性≥98%，故障率低。

三、硬件与软件准备（一）硬件准备（同原方案，补充兼容性说明）

1. 行空板 K10：核心控制单元，需支持 Arduino 生态（行空板 K10 底层兼容 Arduino 架构，可通过 Arduino IDE 识别并上传程序），负责条码数据接收、SD 卡读写、Excel 数据生成。

2. 条码扫描模块：优先选择 UART 串口通信类型（如 HC-32 串口条码模块），需与行空板 K10 的硬件串口（如 TX1/RX1）兼容，支持自动扫描、数据主动发送，识别精度≥0.1mm，扫描距离 5-20cm。

3. SD 卡：容量≥16GB，格式化为 FAT32 格式（Arduino 下 SD 库仅支持 FAT32），用于存储 Excel 文件，建议选择 Class 10 及以上高速卡，确保数据写入速度≥5MB/s。

4. 电脑：安装 Arduino IDE，用于程序编写、编译、上传，以及条码编制、Excel 数据查看；需具备 USB 接口，用于行空板与电脑的连接。

5. 电源适配器：输出电压 5V/2A，与行空板 K10 电源接口匹配，确保设备满负载（扫描模块 + SD 卡读写）时供电稳定，无电压波动。

6. 杜邦线（可选）：若条码扫描模块为非 USB 接口，需用杜邦线将模块的 VCC、GND、TX、RX 与行空板对应引脚连接（如模块 TX 接行空板 RX1，模块 RX 接行空板 TX1）。

（二）软件准备（核心调整：适配 Arduino IDE）

1. Arduino IDE 安装与配置

◦ 下载并安装最新版 Arduino IDE（官网：https://www.arduino.cc/en/software），支持 Windows/macOS/Linux 系统。

◦ 配置行空板 K10 开发环境：打开 Arduino IDE，依次点击「文件」→「首选项」→「附加开发板管理器网址」，输入行空板官方提供的 Arduino 板型配置网址（如 https://xxx.com/arduino/package_xxx_index.json，需从行空板官网获取对应型号配置），点击「确定」。

◦ 进入「工具」→「开发板」→「开发板管理器」，搜索 “行空板 K10”，安装对应板型驱动与核心文件（约 50-100MB，需联网），安装完成后在「开发板」列表中选择 “Xingkongban K10”，并选择正确的端口（如 COM3，可通过「工具」→「端口」查看）。

1. 必备 Arduino 库文件（需手动安装）

◦ SD 库：Arduino 自带基础 SD 卡读写库，用于初始化 SD 卡、创建 / 写入文件，无需额外安装；若需更复杂的文件操作，可安装第三方库 “SDFat”（通过「项目」→「加载库」→「管理库」搜索安装）。

◦ Excel 数据生成库：选择 “Excelito” 或 “SimpleXLSX” 库（均需通过库管理器安装），支持在 Arduino 环境中生成 .xls 格式文件（兼容 Excel 2007+），无需依赖电脑端软件，直接在 SD 卡中创建结构化表格。

◦ 串口通信库：Arduino 自带 “HardwareSerial” 库，用于行空板与条码扫描模块的 UART 串口通信，实现数据接收与解析；若模块为 USB 虚拟串口，需安装 “USBSerial” 库适配。

◦ 时间库：安装 “RTClib” 库（Adafruit 官方库），若行空板无内置 RTC 模块，可通过该库结合网络（需额外联网模块）或手动校准时间，确保提交时间记录准确（格式：YYYY-MM-DD HH:MM:SS）。

1. 条码编制软件（同原方案，补充 Arduino 数据适配）

◦ 使用 LabelJoy、Bartender 或免费软件 “Zint Barcode Studio”，编制 Code 128 条码（兼容扫描模块，数据密度高），每个条码数据格式统一为 “年级 + 班级 + 学号”（如 “250101” 代表 2025 级 1 班 1 号），确保数据长度≤10 位（适配 Arduino 串口数据解析效率）。

◦ 编制时需将条码数据与学生信息（姓名、班级）整理为 “条码数据 - 姓名 - 班级” 对照表，后续用于 Arduino 程序中的数组定义。

1. 辅助软件

◦ 串口监视器（Arduino IDE 自带）：用于调试时查看条码扫描数据、SD 卡状态、程序运行日志，波特率需与程序中设置一致（如 9600bps）。

◦ Excel 软件（Microsoft Excel/WPS）：用于查看 SD 卡中生成的作业记录文件，验证数据格式与完整性。

四、详细实施步骤（核心调整：Arduino IDE 程序开发）（一）条码编制（1-2 天，同原方案，补充数据格式规范）

1. 打开条码编制软件，新建项目，选择 Code 128 条码类型，设置尺寸（宽度 3-5cm，高度 2-3cm）、对比度（黑底白字）。

2. 按 “年级（2 位）+ 班级（2 位）+ 学号（2 位）” 格式输入条码数据（如 250101 代表 2025 级 1 班 1 号），关联学生姓名（如 “张三”）、班级（如 “一年级一班”）。

3. 依次编制 40 个条码（数据从 250101 至 250140），预览确认无重复后，用防水标签纸打印，分发给学生贴于作业本封面。

（二）硬件连接（1 天，补充 Arduino 引脚定义）

1. 条码扫描模块与行空板连接（以 UART 串口模块为例）

◦ 模块 VCC → 行空板 5V 引脚（确保模块供电匹配，若模块为 3.3V 需接行空板 3.3V 引脚）；

◦ 模块 GND → 行空板 GND 引脚（共地，避免信号干扰）；

◦ 模块 TX → 行空板 RX1 引脚（行空板硬件串口 1 接收端，对应引脚编号需参考行空板 K10 引脚图，如 D0）；

◦ 模块 RX → 行空板 TX1 引脚（行空板硬件串口 1 发送端，如 D1）；

◦ 若模块支持 “自动扫描” 引脚，可将其接行空板 D2 引脚，通过程序控制扫描启停（可选，简化操作）。

1. SD 卡与行空板连接

◦ 直接将 FAT32 格式的 SD 卡插入行空板自带的 SD 读卡器接口，无需额外接线（行空板内置 SD 卡模块，通过 SPI 通信，Arduino 程序中通过 SD 库直接调用）。

1. 供电与调试连接

◦ 用电源适配器连接行空板电源接口，通电测试；

◦ 用 USB 线连接行空板与电脑，用于 Arduino IDE 程序上传与串口调试。

（三）系统程序开发（3-4 天，基于 Arduino IDE 编写）1. 程序框架与库引用

打开 Arduino IDE，新建项目 “HomeworkRegistration.ino”，首先引用所需库，定义全局变量与引脚：

[size=11.0000pt]// 引用必备库 [size=11.0000pt]#include <SD.h>          // SD卡读写库 [size=11.0000pt]#include <Excelito.h>    // Excel文件生成库 [size=11.0000pt]#include <RTClib.h>      // 时间库（若有RTC模块） [size=11.0000pt]#include <HardwareSerial.h> // 硬件串口库 [size=11.0000pt]// 定义引脚与参数 [size=11.0000pt]#define SCAN_TX_PIN 1    // 条码模块RX接行空板TX1（D1） [size=11.0000pt]#define SCAN_RX_PIN 0    // 条码模块TX接行空板RX1（D0） [size=11.0000pt]#define SD_CS_PIN 4      // 行空板SD卡片选引脚（参考行空板引脚图，默认多为D4） [size=11.0000pt]#define SUBJECT_PIN1 5   // 科目选择按键1（如语文，D5） [size=11.0000pt]#define SUBJECT_PIN2 6   // 科目选择按键2（如数学，D6） [size=11.0000pt]#define LED_PIN 13       // 状态指示灯（D13，扫描成功亮绿灯） [size=11.0000pt]// 定义全局变量 [size=11.0000pt]HardwareSerial ScanSerial(1); // 初始化串口1（对应条码模块） [size=11.0000pt]Excelito excel;               // 初始化Excel对象 [size=11.0000pt]RTC_DS3231 rtc;               // 初始化RTC对象（若无RTC，可注释此句，用手动时间） [size=11.0000pt]String scanData = "";         // 存储扫描到的条码数据 [size=11.0000pt]String currentSubject = "语文";// 当前选择的科目（默认） [size=11.0000pt]bool isScanned = false;       // 扫描状态标记 [size=11.0000pt]// 学生信息数组（40名学生，条码数据→姓名→班级） [size=11.0000pt]struct Student { [size=11.0000pt]  String barCode;   // 条码数据（如"250101"） [size=11.0000pt]  String name;      // 姓名 [size=11.0000pt]  String className; // 班级 [size=11.0000pt]} students[40] = { [size=11.0000pt]  {"250101", "张三", "一年级一班"}, [size=11.0000pt]  {"250102", "李四", "一年级一班"}, [size=11.0000pt]  // ... 依次补充剩余38名学生信息，按条码数据顺序排列 [size=11.0000pt]  {"250140", "赵四十", "一年级一班"} [size=11.0000pt]};

2. 初始化函数（setup ()）

完成硬件初始化（串口、SD 卡、RTC、按键、指示灯）：

[size=11.0000pt]void setup() { [size=11.0000pt]  // 初始化串口（调试用，波特率9600） [size=11.0000pt]  Serial.begin(9600); [size=11.0000pt]  while (!Serial) {} // 等待串口连接 [size=11.0000pt]   [size=11.0000pt]  // 初始化条码模块串口（波特率需与模块一致，常见9600） [size=11.0000pt]  ScanSerial.begin(9600, SERIAL_8N1, SCAN_RX_PIN, SCAN_TX_PIN); [size=11.0000pt]  while (!ScanSerial) {} [size=11.0000pt]   [size=11.0000pt]  // 初始化SD卡 [size=11.0000pt]  if (!SD.begin(SD_CS_PIN)) { [size=11.0000pt]    Serial.println("SD卡初始化失败，请检查SD卡或引脚！"); [size=11.0000pt]    while (1) { [size=11.0000pt]      digitalWrite(LED_PIN, HIGH); [size=11.0000pt]      delay(500); [size=11.0000pt]      digitalWrite(LED_PIN, LOW); [size=11.0000pt]      delay(500); // 闪灯提示SD卡错误 [size=11.0000pt]    } [size=11.0000pt]  } [size=11.0000pt]  Serial.println("SD卡初始化成功！"); [size=11.0000pt]   [size=11.0000pt]  // 初始化RTC（若无RTC，注释此段，用下方手动时间） [size=11.0000pt]  if (!rtc.begin()) { [size=11.0000pt]    Serial.println("RTC模块未找到，使用手动时间！"); [size=11.0000pt]    // 手动设置初始时间（格式：年,月,日,时,分,秒） [size=11.0000pt]    setTime(10, 30, 0, 8, 9, 2025); [size=11.0000pt]  } else { [size=11.0000pt]    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__))); // 用编译时间校准RTC [size=11.0000pt]  } [size=11.0000pt]   [size=11.0000pt]  // 初始化按键与指示灯 [size=11.0000pt]  pinMode(SUBJECT_PIN1, INPUT_PULLUP); // 科目1按键（上拉输入，按下为LOW） [size=11.0000pt]  pinMode(SUBJECT_PIN2, INPUT_PULLUP); [size=11.0000pt]  pinMode(LED_PIN, OUTPUT); [size=11.0000pt]  digitalWrite(LED_PIN, LOW); [size=11.0000pt]   [size=11.0000pt]  // 初始化Excel文件（创建当天记录文件） [size=11.0000pt]  DateTime now = rtc.now(); // 获取当前时间（若无RTC，用now()函数替代） [size=11.0000pt]  String fileName = "作业记录_" + String(now.year()) + [size=11.0000pt]                    String(now.month()) + String(now.day()) +